Đang tải... (xem toàn văn)
CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2 LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC CHUYÊN ĐỀ 1 TÍNH CÔNG CƠ HỌC TRONG CHẤT LỎNG 2 1 Các công thức cơ bản Công thức tính công cơ học A = F S A là công cơ học (Đơn vị J) F là lực tác. TỦ SÁCH BỔ TRỢ KIẾN THỨC PHỔ THÔNG.
CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CƠNG CƠ HỌC CHUN ĐỀ 1: TÍNH CƠNG CƠ HỌC TRONG CHẤT LỎNG 2.1- Các công thức - Cơng thức tính cơng học: A = F.S A công học (Đơn vị J) F lực tác dụng (Đơn vị N) S quãng đường dịch chuyển (Đơn vị m) - Cơng thức tính lực đẩy Ác –Si - Mét: FA = d.V FA lực đẩy Ác – Si - Mét (Đơn vị N) d trọng lượng riêng chất lỏng (Đơn vị N/m3) V thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ (Đơn vị m) 2.2- Phương pháp tính cơng học chất lỏng Trường hợp mực chất lỏng không thay đổi đơn giản, nêu cách tính cơng mực chất lỏng thay đổi Có trường hợp thường gặp tính cơng nhấc vật khỏi chất lỏng tính cơng để nhấn vật ngập vào chất lỏng 2.2.1-Tính cơng để nhấc vật khỏi chất lỏng + Tính quãng đường dịch chuyển - Tính độ cao h vật ngập chất lỏng cân - Tính độ hạ xuống mực chất lỏng vật khỏi chất lỏng x= V S Trong V thể tích vật ngập chất lỏng lúc ban đầu S tiết diện bình chứa - Quãng đường dịch chuyển s = h - x CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC + Tính lực kéo trung bình - Tính lực kéo vật chìm chất lỏng F1 = P - Fa - Tính lực kéo vật chất lỏng F2 = P (P trọng lượng vật, Fa lực đẩy chất lỏng vật chìm hồn tồn ) - Lực kéo trung bình F = F1 + F2 P − Fa = 2 2.2.2-Tính cơng để nhấn chìm vật vào chất lỏng + Tính quãng đường dịch chuyển - Tính độ cao h vật chất lỏng cân - Tính độ dâng lên mực chất lỏng vật chìm chất lỏng x = V S Trong V thể tích vật bên ngồi chất lỏng lúc ban đầu S tiết diện bình chứa - Quãng đường dịch chuyển s = h - x + Tính lực đẩy trung bình - Tính lực đẩy vật chìm chất lỏng F = Fa - P - Lực đẩy tăng từ đến F nên lực đẩy trung bình F đ = + F Fa − P = 2 CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CƠNG CƠ HỌC Nhận xét: Trong cách tính cơng vừa nêu, việc tính quãng đường dịch chuyển hay tính lực khơng xét theo q trình thay đổi mà xét thời điểm ban đầu thời điểm cuối, cách tính gọn gàng nhiều so với cách làm truyền thống CÁC BÀI TOÁN MINH HỌA 3.1- MỘT SỐ LƯU Ý CHUNG - Khi đầu khơng nói đến tiết diện bình chứa, khơng nói đến thay đổi mực chất lỏng cho tiết diện bình chứa lớn, kích thước vật nhỏ so với bình ta có tốn khơng thay đổi mực chất lỏng Trong trường hợp này, cách tính lực kéo lực đẩy trung bình thực nêu phần trên; độ dịch chuyển vật đơn giản hơn: tính cơng kéo vật độ dịch chuyển độ cao vật ngập chất lỏng, tính cơng nhấn chìm vật độ dịch chuyển độ cao vật chất lỏng - Mỗi tốn mẫu tính cơng theo cách, cách làm truyền thống phương pháp Trong viết nêu cách vài toán để thấy hiệu phương pháp mới, tốn khác trình bày tính cơng theo phương pháp 3.2- MỘT SỐ BÀI TOÁN MẪU CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC Bài 1: Thả khối gỗ hình lập phương có cạnh a = 20cm, trọng lượng riêng d = 9000N/m3, vào chậu đựng sẵn hai chất lỏng khơng bị trộn lẫn có trọng lượng riêng d1 = 12.000N/m3 d2 = 8000N/m3 a) Tính độ cao vật chìm chất lỏng d1 b) Tính cơng để nhấn chìm khối gỗ hồn tồn vào chất lỏng d1 ( Theo 1.135,tr 33 – 500 tập vật lí trung học sở, Phan Hồng Văn ) Lời giải: Cách 1: Theo sách 500 tập vật lí THCS, trang 99 a)Gọi x phần gỗ nằm chất lỏng d1 Vật đứng yên trọng lượng vật cân với lực đẩy chất lỏng P = FA1 + FA2 d.a3 = d1.a2.x + d2.(a – x).a2 x= (1) d − d2 9000 − 8000 a = 20 = 5cm d1 − d 12000 − 8000 b)Khi nhấn chìm khối gỗ vào chất lỏng d1 thêm đoạn y, lực cần tác dụng vào khối gỗ lúc là: F = F1’ + F2’ – P Hay F = (d1 –d2) a2y + d1a2x + d2a2 (a – x) – P (2) Từ (1) (2) ta có F = (d1 – d2)a2y Lực cần tác dụng vào khối gỗ tăng dần từ ( y = 0) đến chìm hồn tồn d1 (y = a – x) Fđ = (d1 – d2)a2.(a- x) = 24N CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CƠNG CƠ HỌC Lực đẩy trung bình F = (0 + 24):2 = 12N Khối gỗ dịch chuyển đoạn y = a – x = 15cm = 0,15m Công cần thực A = F.y = 12.0,15 = 1,8J Cách 2: a) Tính x = 5cm = 0.05m b)Trọng lượng vật P = d.a3 = 9000.(0,2)3 = 72N Khi vật chìm d1, lực đẩy chất lỏng d1 F1 = d1.a3 = 12000.(0,2)3 = 96N Lực đẩy tay vật chìm hồn tồn d1 Fđ = F1 – P = 96 – 72 = 24N Lực đẩy tăng dần từ đến 24N nên lực đẩy trung bình F = (0 + 24):2 = 12N Công cần thực A = F.(a – x) = 12( 0,2 – 0,05) = 1,8J Nhận xét: Cách tính thứ khơng xét theo chi tiết trình thay đổi lực nên tránh biểu thức phức tạp số (2) Cách tính rõ ràng đơn giản ! Bài 2: Một khối gỗ hình hộp chữ nhật có diện tích đáy S = 150 cm2 cao h = 30cm, khối gỗ thả hồ nước sâu H = 0,8m cho khối gỗ thẳng đứng Biết trọng lượng riêng gỗ d0 = d n với dn trọng lượng riêng nước d n = 10 000 N/m3 Tính cơng lực để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ theo phương thẳng đứng ? Bỏ qua thay đổi mực nước hồ CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC ( Theo 75, trang 59 – 200 tập vật lý chọn lọc, PGS Vũ Thanh Khiết ) Lời giải Cách 1: Theo sách 200 tập vật lý chọn lọc , trang 65 Gọi x phần gỗ chìm nước Ta có P = FA hay dg.S.h = d.S.x (1) x= dg h = 30 = 20cm dn Khi khối gỗ nhấn chìm thêm đoạn y, lực đẩy Acsimet tăng lên lực tác dụng F = FA’ – P = d0.S.(x + y) – dg.S.h (2) Từ (1) (2) ta có F = d0.S.y Khi khối gỗ chìm hồn tồn, lực đẩy lúc F = d0.S.(h – x) = 15N Vậy từ lúc đến mặt khối gỗ ngang với mặt thoáng, lực tác dụng tăng từ đến F = 15N công thực giai đoạn là: 2 A1 = F (h − x) = 15.(0,3 − 0, 2) = 0, 75 J Trong giai đoạn tiếp theo, lực tác dụng không đổi F = 15N Đến chạm đáy hồ, khối gỗ quãng đường S = H – h = 80 – 30 = 50cm = 0,5m CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CƠNG CƠ HỌC Cơng lực giai đoạn A2 = F.S = 15.0,5 = 7,5J Công tổng cộng A = A1 + A2 = 0,75 + 7,5 = 8,25J Cách 2: Tính x = 20cm = 0,2m Trọng lượng khối gỗ là: P = dgVg = 2 d Vg = 10000.0,0045 = 30N 3 Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên toàn khối gỗ là: FA = doVg = 10 000.0,0045 = 45 N Lực đẩy tay khối gỗ ngập nước F = F A – P = 45 - 30 = 15N Phần gỗ mặt nước : S = h – x = 30 - 20 = 10 cm = 0,1 m * Cơng để nhấn chìm khối gỗ vào nước: A = 15.0,1 F S = = 0,75 2 (J) * Cơng để nhấn chìm khối gỗ xuống đáy hồ: A = F.(H – h) = 15.(0,8 0,3) = 7,5 (J) * Công cần thực A = A1 + A2 = 0,75 + 7,5 = 8,25 (J) Bài 3: Một bình chứa chất lỏng khơng trộn lẫn có trọng lượng riêng d1= 12000N/m3 d2= 8000N/m3 Thả vào bình vật hình lập phương cạnh a = 20cm, trọng lượng riêng d = 9000N/m3 Tiết diện bình chứa S = 600cm2, vật rắn bỏ lọt vào bình chất lỏng khơng tràn ngồi Tính cơng tối thiểu để nhấn vật chìm hồn tồn chất lỏng d1 (Dựa theo 1) Lời giải CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC Tương tự 1, dễ dàng tính độ cao vật chìm chất lỏng d2 là: h = 15cm = 0,15m Khi vật chìm d1, lực đẩy chất lỏng d1 F1 = d1.a3 = 12000.(0,2)3 = 96N Lực đẩy tay vật chìm hồn tồn d1 Fđ = F1 – P = 96 – 72 = 24N Lực đẩy tăng dần từ đến 24N nên lực đẩy trung bình F = (0 + 24):2 = 12N Khi vật chìm vào d1 độ dịch chuyển khơng phải h = 15cm bình có tiết diện S = 600cm2 nên mực chất lỏng dâng lên a h (20) 15 Độ dâng mực chất lỏng d1 x = = = 10cm = 0,1m S 600 Công cần thực A = F.(h – x) = 12.(0,15 – 0,1) = 0,6J Nhận xét: Khi mực chất lỏng thay đổi, việc tính độ dịch chuyển vật khơng phức tạp sách cũ cần xét thời điểm cuối thể tích vật ngập hồn tồn Các sách cũ tính độ dịch chuyển theo chi tiết trình thay đổi mực nước nên phức tạp! Bài 4: Một vật tiết diện tròn S = 100cm2, chiều cao h = 40cm thả thẳng đứng hồ nước Chiều cao vật nhô khỏi mặt nước h' = 10cm Nước có khối lượng riêng D = 1000kg/m3 a) Tính cơng tối thiểu để kéo vật khỏi nước b) Tính cơng tối thiểu để ấn vật chìm hoàn toàn vào nước Lời giải a)Trọng lượng vật P = Fa = 10D.S.(h – h’) = 10.1000.0.01.(0,4 - CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC 0,1) = 30N Lực kéo tăng dần từ F1 = (N) đến F2 = P = 30N nên lực kéo trung bình lên vật Ftb = F1 + F2 + 30 = = 15 N 2 Công cần thực A = Ftb.(h - h') = 15.(0,4 - 0,1) = 4,5J b) Khi vật ngập nước, lực đẩy nước tác dụng lên vật FA = 10D.S.h = 10.1000.(0,01).0,4 = 40N Lực đẩy tay Fđ = FA – P = 40 - 30 = 10N Lực đẩy tăng dần từ đến 10 N nên lực đẩy trung bình F= + 10 = 5N Cơng đẩy vật chìm vào nước A = F.h’ = 5.0,1 = 0,5J Bài 5: Thả khối gỗ hình trụ, chiều cao h = 40cm, tiết diện S1 = 50cm2 vào chậu có tiết diện S2 = 2S1 đựng nước Trọng lượng riêng gỗ d1 = d (d2 trọng lượng riêng nước d2 = 10000N/m3) khối gỗ nước chiều cao mực nước H = 60cm a) Tính cơng để nhấc khối gỗ khỏi nước b) Tính cơng cần thực để nhấn chìm khối gỗ xuống đáy chậu Lời giải a) Gọi x phần khối gỗ chìm nước Ta có P = FA hay d1.S1.h = d2.S1.x x= d1 h 40 h = = = 20cm = 0,2m d2 2 CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC Khi nhấc khối gỗ khỏi nước, mực nước hạ xuống đoạn y= x.S1 x 20 = = = 10cm = 0,1m S2 2 Trọng lượng vật P = d1.S1.h = 5000.0,005.0,4 = 10 N Lực kéo khối gỗ khỏi nước tăng dần từ đến 10N nên lực kéo trung bình F = ( + 10) : = 5N Công kéo vật khỏi nước A = F.( x – y) = 5.(0,2 – 0,1) = 0,5J b) Lực đẩy nước lên khối gỗ chìm hồn tồn FA = d2.S1.h = 10000.0,005.0,4 = 20N Lực đẩy tay đẩy vật chìm hồn tồn nước Fđ = FA – P = 20 – 10 = 10N Khi vật chìm vào nước, nước dâng thêm đoạn y’ = (h − x).S1 h − x 0, − 0, = = = 0,1m S2 2 Công để đẩy vật chìm vào nước là: A1 = 1 Fđ.(h – x – y’) = 10.(0,4 – 0,2 – 0,1) = 0,5J 2 Công để đẩy vật chìm đến đáy bình ĐS: 10,6 m/s = 38,2 km/h * Một máy bay phản lực có cơng suất trung bình động 2000 kW bay từ Hà Nội vào thành phố Hồ Chí Minh tiêu thụ hết 1,5 xăng Hỏi thời gian máy bay bay ? Biết hiệu suất động bay 30%, suất tỏa nhiệt xăng q = 4,6.10 J/kg * Một đầu máy có trọng lượng P = 15000 N chạy điện với hiệu điện U = 220 V, chuyển động dốc (chiều dài l = 300 m, chiều cao h = m) mặt đường nằm ngang với vận tốc v = 36 km/h Xác định cường độ dòng điện chạy qua moto đầu máy chuyển động xuống dốc, lên dốc mặt đường nằm ngang Biết hiệu suất đầu máy H = 80% Lực ma sát bánh xe đầu máy với mặt đường 0,03 trọng lượng HD: - Khi đầu máy chuyển động xuống dốc theo phương song song với mặt phẳng nghiêng BC, đầu máy chịu tác dụng lực: + Lực FK1 gây đầu máy; h F gây trọng lượng P hướng xuống dưới: F = P l + Lực ma sát Fms bánh xe đầu máy với mặt đường hướng lên trên: Fms + Lực = 0,03P Vì đầu máy chuyển động dốc nên: FK1 + F = Fms suy ra: FK1 = Fms - F Công lực kéo: AK1 = FK1S = FK1vt = (Fms – F)vt Cơng dịng điện chạy qua đầu máy: A1 = UI1t Hiệu suất đầu máy: H= AK1 = (Fms − F )vt = (Fms − F )v (1) A1 UI t UI h (0, 03 − )Pv (0, 03 − )15000.10 (Fms − F )v l 300 Suy : I = = = 8, A HU HU 0,8.220 - Khi đầu máy chuyển động lên dốc theo phương song song với mặt phẳng nghiêng BC, đầu máy chịu tác động ba lực FK hướng lên trên; hướng xuống Do đó: FK2 = Fms + F Cơng lực kéo cơng dịng điện chạy qua đầu máy tương ứng là: [Type text] F Fms AK2 = FK2S = (Fms + F)vt A2 = UI2t H= AK = (Fms + F )vt = (Fms + F )v (2) A2 UI2t UI2 h (0, 03 + )Pv (0, 03 + )15000.10 (Fms + F )v l 300 I = = = 42, A HU HU 0,8.220 - Khi đầu máy chuyển động mặt đường nằm ngang theo phương ngang, đầu máy chịu tác dụng hai lực FK Fms ngược chiều có độ lớn nhau: FK3 = Fms Công lực kéo công dòng điện chạy qua đầu máy tương ứng là: AK3 = Fms.S = 0,03Pvt; A3 = UI3t H= Suy ra: AK = 0, 03Pvt = 0, 03Pv A3 UI3t UI3 0, 03Pv 0, 03.15000.10 I 3= = = 25, A HU 0,8.220 * Dùng động điện có cơng suất khơng đổi kW kéo kiện hàng có khối lượng 500 kg từ thuyền lên bờ sông, theo đường máng nghiêng gồm nhiều mặt phẳng nghiêng có độ cao h ghép nối tiếp Bờ sơng có độ cao so với thuyền H = 35 m Mặt phẳng nghiêng lập với phương nằm ngang 300, mặt phẳng nghiêng liền sau có góc nghiêng tăng mặt phẳng nghiêng liền trước 50 mặt nghiêng cuối có góc nghiêng 600 Hỏi: a) Thời gian để kéo 01 kiện hàng từ thuyền lên đến bờ sông b) Vận tốc kiện hàng mặt nghiêng mặt nghiêng cuối cùng? Bỏ qua ma sát Lấy = 1, 73 HD: a) Khơng có ma sát, cơng thực kéo 01 kiện hàng theo mặt nghiêng công kéo 01 kiện hàng theo phương thẳng đứng lên độ cao H : A= P.H = mgH = 500.10.35=175.000J A 175000 Thời gian cần thiết kéo hàng: A=N.t → t = = = 35(s) N 5000 [Type text] b) Dễ dàng tính có mặt phẳng nghiêng Độ cao mặt phẳng nghiêng 5m Thời gian cần thiết kéo kiện hàng mặt phẳng nghiêng: A 25000 A=N.t → t = = = 5(s) N 5000 Độ dài mặt phẳng nghiêng cuối là: h h h Từ s = →s = s = Thay số s1 = 10 m ; s2 = 5,78 m sin sin 300 sin 600 Vận tốc kiện hàng mặt phẳng nghiêng tương ứng v1 = 2m/s; v2 = 1,16 m/s * Một người xe đạp với vận tốc không đổi 14,4 km/h đường nằm ngang sản cơng suất trung bình 40 W a) Tính lực cản chuyển động xe b) Người đạp xe lên đoạn dốc 3% (cứ quãng đường 100 m lên cao m) Muốn trì vận tốc cũ người phải sản công suất ? Cho biết khối lượng người 48 kg, khối lượng xe đạp 12 kg, lực cản chuyển động xe không đổi * Một vật rắn hình lập phương khơng thấm nước, có cạnh a = cm thả chìm bình nước hình trụ tiết diện S = 108 cm Khi mực nước bình cao h = 22 cm a) Tính lực tối thiểu để kéo vật lên theo phương thẳng đứng Biết khối lượng riêng vật D = 1200 kg/m3, khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 b) Cần kéo vật quãng đường nhỏ để nhấc hồn tồn khỏi nước bình ? c) Tính cơng tối thiểu để kéo vật khỏi nước bình HD: a) F = P – FA = 0,432 N b) Khi vật khỏi mặt nước chiều cao mực nước bình giảm là: h = V S = cm Khi vật kéo khỏi mặt nước chuyển động quãng đường là: s = h − h = 20 cm [Type text] c) Khi vật cịn nước lực tối thiểu để kéo vật lên theo phương thẳng đứng không đổi F = 0,432 N Công để kéo vật lên vật cịn chìm hồn tồn nước là: A1 = F(h – a) = 0,06912 J Từ lúc bắt đầu nhô lên khỏi mặt nước hồn tồn khỏi nước lực tác dụng kéo vật lên tăng dần từ F = 0,432 N đến P = 2,592 N Vậy lực kéo vật trung F+P = 1, 512 N Công kéo vật giai đoạn là: A2 = Ftb (a − h) = 0, 06048 J bình giai đoạn là: Ftb = Vậy công tối thiểu lực để nhấc vật khỏi nước bình là: A = A1 + A2 = 0,1296 J Dạng 9: Bài tập thí nghiệm * Một người bán hàng có cân đĩa hai cánh cân không cân (coi đủ loại) Trong cửa hàng có số gói hàng có khối lượng khác không ghi khối lượng, có gói hàng khối lượng 0,5 kg Hãy trình bày cách để người bán hàng lấy gói hàng có khối lượng 0,5 kg * Có vật số vật: cân có khối kượng mo; cứng AB tiết diện đều, đồng chất, có khối lượng mAB; thước đo chiều dài; giá có điểm tựa; dây treo nhẹ; móc nhỏ Trình bày phương án xác định khối lượng vật m theo mo mAB * Có ca chứa đầy nước Làm cách để rót nửa khối lượng nước ca sang cốc to gần ca Khơng dùng thêm vật khác Xác định khối lượng nước cốc cách dùng thước có chia đến milimét (cho biết khối lượng riêng nước D = 10 kg/m ) [Type text] * Trên hai đĩa cân đĩa có hai cốc nhơm giống hệt Một cốc chứa 0,5 lít nước, cốc chứa đường đến mức địn cân thăng Tính trọng lượng đường chứa cốc Treo cốc chứa đường kể vào mốc lực kế thấy lị xo dãn ra, dài thêm 8cm, kim lực kế 8N Tính khối lượng cốc rỗng độ dãn lò xo treo cốc rỗng vào lực kế * Một người bán hàng có cân đĩa hai cánh cân không cân (coi đủ loại) Trong cửa hàng có số gói hàng có khối lượng khác khơng ghi khối lượng, có gói hàng khối lượng 0,5 kg Hãy trình bày cách để người bán khàng lấy gói hàng có khối lượng 0,5 kg HD: * Cho dụng cụ: Ống thủy tinh chữ U (có chia độ hai nhánh) ; phễu nhỏ; bình đựng nước bình đựng dầu Trình bày phương án xác định trọng lượng riêng dầu Cho biết trọng lượng riêng nước d = 10000 N/m3 ĐS: * Hãy trình cách xác định khối lượng riêng viên sỏi Cho dụng cụ sau : lực kế, sợi dây (khối lượng dây không đáng kể), bình có nước Biết viên sỏi bỏ lọt ngập bình nước, trọng lượng riêng nước d0 P ĐA: D = D P − PA * Hãy trình bày phương án xác định (gần đúng) khối lượng riêng vật nhỏ kim loại với dụng cụ gồm: vật cần xác định khối lượng riêng, lực kế, ca đựng nước nhúng chìm hồn tồn vật, số sợi [Type text] dây nhỏ mềm bỏ qua khối lượng Coi khối lượng riêng nước D0 biết ĐA: * Hãy trình cách xác định khối lượng riêng viên sỏi Cho dụng cụ sau : lực kế, sợi dây (khối lượng dây khơng đáng kể), bình có nước Biết viên sỏi bỏ lọt ngập bình nước, trọng lượng riêng nước d0 HD: * Trình bày cách xác định khối lượng riêng dầu hỏa phương pháp thực nghiệm với dụng cụ gồm: Một ống thủy tinh rỗng hình chữ U, cốc đựng nước nguyên chất, cốc đựng dầu hỏa thước dài có độ chia nhỏ đến mm [Type text] * Hãy trình bày phương án xác định (gần đúng) khối lượng riêng vật nhỏ kim loại với dụng cụ gồm: vật cần xác định khối lượng riêng, lực kế, ca đựng nước nhúng chìm hồn tồn vật, số sợi dây nhỏ mềm bỏ qua khối lượng Coi khối lượng riêng nước D0 biết * Hãy trình bày cách xác định tỉ trọng dầu hỏa (khối lượng riêng dầu hỏa so với khối lượng riêng nước) với dụng cụ sau: cốc nước, cốc dầu, bình rộng hình chữ U có tiết diện hai nhánh nhau, thước đo tới mm * Cho dụng cụ: Ống thủy tinh chữ U (có chia độ hai nhánh); phễu nhỏ; bình đựng nước bình đựng dầu Trình bày phương án xác định trọng lượng riêng dầu Cho biết trọng lượng riêng nước d = 10000 N/m3 * Một bình hình trụ đặt mặt bàn nằm ngang có chứa nước đến độ cao H = 15 cm Thả bát (khơng đựng gì) để mặt nước hì mực nước bình dâng lên H = 2,5 cm a) Khi nhúng cho bát chìm xuống mực nước bình có độ cao biết khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3, khối lượng riêng chất làm bát D = 5000 kg/m3 ? b) Từ tốn nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng bát sứ, cho dụng cụ: bình hình trụ đựng nước, thước mm bát sứ HD: a) Thể tích nước bị bát chiếm chỗ bát là: V = SH m = SH.D0 Khối lượng bát khối lượng nước mà chiếm chỗ: Với S: diện tích đáy bình Suy thể tích bát: V= m D = SHD0 D Khi nhúng chìm bát bình thể tích phần nước dâng lên là: H = V = H S [Type text] D0 D Mực nước bình có độ cao: H = H + H = H + H 1 D0 = 15,5 cm D b) Từ lời giải suy phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng cáibát sau: - Đầu tiên, chưa thả cốc vào bình, đo khoảng cách h1 từ mặt nước đến miệng bình - Thả bát bình, đo khoảng cách h2 từ mặt nước đến miệng bình Suy mực nước dâng lên bát bình: H = h1 − h2 - Nhấn cho bát chìm xuống, đo khoảng cách h3 từ mặt nước đến miệng bình Suy ra: H1 = h1 − h3 Dựa vào kết phần trên: H = H D0 D D = D H = D h1 − h2 0 H h −h 1 * Cho gỗ thẳng dài quay quanh trục lắp cố định giá thí nghiệm, thước chia tới mm, bình hình trụ lớn đựng nước (đã biết khối lượng riêng nước), bình hình trụ lớn đựng dầu hỏa, lọ nhỏ rỗng, lọ nhỏ chứa đầy cát có nút đậy kín, hai sợi dây Hãy trình bày phương án xác định khối lượng riêng dầu hỏa HD: [Type text] * Cho bình thủy tinh hình trụ tiết diện đều, thước chia tới mm, nước (đã biết khối lượng riêng), dầu thực vật khối gỗ nhỏ (hình dạng khơng đặn, bỏ lọt vào bình, khơng thấm chất lỏng, nước dầu thực vật) Hãy trình bày phương án để xác định a) Khối lượng riêng gỗ b) Khối lượng riêng dầu thực vật HD: [Type text] * Có cân Robecvan khơng xác hai địn cân có chiều dài khác nhau, cân xác vật cần đo khối lượng Không dùng thêm dụng cụ khác, nêu phương pháp xác định khối lượng vật cần đo * Với dụng cụ vật liệu: miếng hợp kim rắn, đặc cấu tạo hai chất khác nhau, kính thước đủ làm thí nghiệm, cốc thủy tinh có vạch chia độ, thùng lớn đựng nước Hãy trình bày phương án xác định khối lượng chất miếng hợp kim Giả sử khối lượng riêng nước khối lượng riêng chất miếng hợp kim biết * Một bình nước hình trụ đặt mặt đất Mở vịi C cho nước chảy a) Năng lượng chuyển hóa thành động dịng nước ? b) Trình bày phương án xác định vận tốc nước phun khỏi vòi C dụng cụ: thước dây, thước kẹp, đồng hồ bấm giây HD: D h , v= ( ) d t với: D: đường kính cốc nước; d: đường kính vòi C; h : độ giảm Sự giảm mặt nước chuyển hóa thành động năng; chiều cao cột nước * Trình bày phương án thí nghiệm xác định khối lượng riêng mẫu kim loại đặt trong hai cục sáp, biết khối lượng riêng [Type text] sáp hai cục Không phép lấy mẫu kim loại khỏi cục sáp Được phép dùng: cân cân; giá đỡ; dây treo; cốc đựng nước khơng có độ chia; nước cốc biết khối lượng riêng HD: - Xác định khối lượng mẩu kim loại: cân khối lượng hai cục sáp M 1, M2 Suy khối lượng kim loại: m = M2 – M1 - Xác định thể tích miếng kim loại: + Dùng dây treo cục sáp khối lượng M1 địn cân, phía bên đặt cân đồng thời để cục sáp ngập cốc nước Thêm cân cho cân thăng bằng, trọng lượng cân P1 Ta có: P1 + 10D0V1 = 10M1 + Làm tương tự với cục sáp M2, ta có: P2 + 10D0V2 = 10M2 Suy ra: Thể tích mẫu sáp: V1 = 10M1 − P1 ; V2 = 10M2 − P2 10D 10D 0 Trong đó: D0 khối lượng riêng nước + Thể tích miếng kim loại: V = V2 – V1 Khối lượng riêng miếng kim loại: 10(M2 − M1 )D0 D= m = V 10(M2 − M1 ) − (P2 − P2 ) * Hãy xác định tỉ số khối lượng riêng hai chất lỏng cho trước nhờ dụng cụ sau đây: hai bình hình trụ chứa hai loại chất lỏng; địn bẩy có giá đỡ khớp nối di động được, hai nặng nhau, thước thẳng HD: - Lần lượt nhúng nặng vào hai bình chất lỏng Sau địn bẩy cân dùng thước đo l1 l2 Ta có: (P − F1A )l1A = Pl2 A (P − F2 A )l1B = Pl2B - Suy ra: l2A = P − F1A = 1− F1A l2B = P − F1B = 1− F1B l1A P P l1B P P F l 1B B F l (l − l ) = 1− - Hay: F1A = 1− l2A suy : 1A = 1B 1A 2A F1B l1A (l1B − l2B ) P l1A P l1B - Mặt khác do: F1A = VgDA nên DA = l1B (l1A − l2 A ) F1B VgDB DB l1A (l1B − l2 B ) [Type text] Tức đo chiều dài tay địn ta có tỉ số khối lượng riêng hai chất lỏng * Xác định khối lượng riêng chất lỏng với dụng cụ: thước có vạch chia; giá thí nghiệm dây treo; cốc nước biết khối lượng riêng Dn; cốc có chất lỏng cần xác định khối lượng riêng Dx, hai vật rắn khối lượng khác chìm chất lỏng nói * Cho gỗ thẳng dài quay quanh trục lắp cố định giá thí nghiệm, thước chia tới mm, bình hình trụ lớn đựng nước (đã biết khối lượng riêng nước), bình hình trụ lớn đựng dầu hỏa, lọ nhỏ rỗng, lọ nhỏ chứa đầy cát có nút đậy kín, hai sợi dây Hãy trình bày phương án xác định khối lượng riêng dầu hỏa HD: - Lắp gỗ vào trục quay để có địn bẩy Treo lọ rỗng vào đòn bên phải, treo lọ đầy cát vào vị trí địn bên trái cho địn bẩy cân nằm ngang Ta có: P0l0 = Pl (1) - Nhúng lọ đựng đầy cát ngập nước tìm vị trí treo cho địn bẩy cân bằng: P0l0 = (P – F)l’ (2) - Từ (1) (2): F = P(l’-l)/l’ mà F = dnướcV Suy ra: dnuoc = P l '− l V l' - Lặp lại thí nghiệm cách thay nước dầu hỏa, tìm vị trí l’’ treo lọ cát để địn bẩy cân P l ''− l V l '' (l ''− l)l ' (l ''− l)l Suy ra: ddau = dnuoc hay : Ddau = Dnuoc (l '− l)l '' (l '− l)l '' - Ta có: ddau = * Xác định khối lượng riêng dầu hỏa phương pháp thực nghiệm với dụng cụ gồm: Một ống thủy tinh rỗng hình chữ U, cốc đựng nước nguyên chất, cốc đựng dầu hỏa thước dài có độ chia nhỏ đến mm HD: - Đổ nước vào cốc chữ U, sau đổ dầu vào nhánh Do dầu nhẹ khơng hịa tan nên mặt nước - Dùng thước đo chiều cao cột dầu h1 cột nước nhánh h2 [Type text] Do áp suất A B (A, B nằm mặt phẳng nằm ngang) nên: pA = p0 + 10Ddh1 = pB = p0 + 10Dnh2 Trong p0 áp suất khí Từ suy ra: Dd = Dnh2/h1 Biết khối lượng riêng nước nguyên chất, đo h1 h2 ta xác định khối lượng riêng dầu * Hãy xác định khối lượng riêng viên sỏi Cho dụng cụ sau: lực kế, sợi dây (khối lượng dây khơng đáng kể), bình có nước Biết viên sỏi bỏ lọt ngập bình nước, trọng lượng riêng nước d0 HD: - Xác định lực đẩy Acsimet: FA = P – P1 (với FA = V.d0) - Xác định thể tích vật: V = FA/d0 - Xác định trọng lượng riêng sỏi: d = P/V = P/(F A/d0) = d0P/(P – P1) Suy khối lượng riêng viên sỏi: D = D0P/(P - P1) * Trình bày phương án xác định khối lượng riêng chất lỏng với dụng cụ: bình thủy tinh rỗng, nước (đã biết khối lượng riêng Dn), chất lỏng cần xác định khối lượng riêng, cân đồng hồ có giới hạn đo độ chia nhỏ phù hợp HD: - Dùng cân xác định khối lượng bình rỗng m1 - Đổ nước vào đầy bình, dùng cân xác định khối lượng bình nước m2 Suy khối lượng nước bình là: mn = m2 – m1 - Thể tích nước bình: Vn = mn/Dn = (m2 – m1)/Dn (Đó dung tích bình) - Đổ bình rót chất lỏng vào đầy bình cân bình đựng đầy chất lỏng m3 Suy khối lượng chất lỏng bình: mx = m3 – m1 Vì dung tích bình khơng đổi nên thể tích chất lỏng bình là: Vx = Vn = (m2 – m1)/Dn Từ suy khối lượng riêng chất lỏng: Dx = mx = m3 − m1 Dn V m −m x * Cho bình nước miệng đủ rộng, ống nghiệm mỏng, thước đo chiều dài, mẫu kim loại đủ nhỏ Hãy trình bày phương án thực nghiệm xác định khối lượng riêng kim loại nói ? (Biết khối lượng riêng nước Dn) [Type text] * Hãy trình bày cách xác định khối lượng riêng rượu với dụng cụ sau: + Lọ thủy tinh rỗng đủ lớn + bình có chứa nước rượu + Nước có khối lượng riêng Dn + Cân đồng hồ có độ xác cao, có GHĐ ĐCNN phù hợp HD: - Lần 1: + Dùng cân xác định khối lượng lọ rỗng m1 + Đổ nước vào đầy lọ - cân khối lượng lọ có nước m2 + Suy khối lượng nước trọng lọ mn = m2 – m1 + Xác định thể tích nước lọ cơng thức: Vn = mn/Dn - Lần 2: + Đổ nước bình chứa – cho rượu vào đầy cốc + Cân khối lượng lọ có rượu m3 = mr + m1 suy ra: mr = m3 – m1 + Vì thể tích nước rượu lọ Vr = Vn + Xác định khối lượng riêng rượu công thức: Dr = mr/Vr * Xác định khối lượng riêng dầu hỏa phương pháp thực nghiệm với dụng cụ gồm: 01 ống thủy tinh rỗng hình chữ U, 01 cốc đựng nước nguyên chất (đã có khối lượng riêng), 01 cốc đựng dầu hỏa 01 thước có độ chia nhỏ tới mm * Bằng khí áp kế, nêu phương pháp thí nghiệm xác định độ cao núi Tam Đảo (nơi đặt tháp vơ tuyến truyền hình) so với chân núi Biết trọng lượng riêng khơng khí thủy ngân HD: Đặt khí áp kế chân núi đỉnh núi quan sát thấy độ cao cột thủy ngân khí áp kế h1, h2 (h1 > h2) Từ suy áp suất khí chân núi đỉnh núi tương ứng là: P1 = h1d1; P2 = h2d1 Độ chênh lệch áp suất khí chân núi đỉnh núi là: H = p1 − p2 = (h1 − h2 )d1 (1) Mặt khác: H = Hd2 (2) Trong đó: d1, d2 trọng lượng riêng thủy ngân không khí; H độ cao đỉnh núi so với chân núi Từ (1) (2): Hd2 = (h1 – h2)d1 [Type text] Suy ra: H= (h1 − h2 )d1 d2 * Bằng khí áp kế thuỷ ngân, nêu phương án thực nghiệm xác định độ cao núi Bạch Mã (nơi có đặt trạm quan sát cho du khách nhìn phong cảnh từ cao) so với chân núi Biết trọng lượng riêng không khí thuỷ ngân Coi mật độ khơng khí đỉnh núi vàở chân núi [Type text] ... đổi mực nước hồ CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC ( Theo 75, trang 59 – 200 tập vật lý chọn lọc, PGS Vũ Thanh Khiết ) Lời giải Cách 1: Theo sách 200 tập vật lý chọn lọc , trang... FA2 h T P2 l 12N FA1 Trọng lượng vật d2 3 P2 = d2.a = 6000.(0,1) = T a P1 6N Vật d1 chìm hồn tồn nước nên lực đẩy nước lên vật d1 CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC FA1 =... lỏng mà vật chiếm chỗ (m3) CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ THCS – PHẦN 2: LỰC VÀ CÔNG CƠ HỌC Gọi P trọng lượng chất lỏng, F lực đẩy Acsimet vật nhúng chất lỏng: * Nếu F > P: vật lên * Nếu F = P: vật lơ lửng