Kinh nghiệm bồi dưỡng HS giỏi chủ đề áp suất chất lỏng phần cơ học lớp 8

Với những suy nghĩ như vậy nên trong quá trình dạy đội tuyển tôi đã xâydựng phần lý thuyết tổng hợp và lựa chọn những bài tập điển hình để đưa vềcùng một dạng chính vì vậy chất lượng dạy

PHẦN I MỞ ĐẦU 1.Lí do chọn đề tài:

Trong sự nghiệp “Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đápứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trườngđịnh hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế” thì mỗi thầy cô giáo phảikhông ngừng trau rồi nghiệp vụ chuyên môn, sự sáng tạo trong dạy học mới đemlại hiệu quả Dù đó là kiến thức đơn giản hay phức tạp thì người giáo viên cũngphải có phương pháp phù hợp mới khơi dậy cho học sinh tinh thần học tập cóhứng thú, có như vậy việc truyền đạt nội dung bài giảng mới đạt hiệu quả cao

Trong những năm qua khi đảm nhận dạy bồi dưỡng đội tuyển đi thi tỉnhcủa huyện, với kinh nghiệm của bản thân về chủ đề áp suất chất lỏng phần cơhọc vật lý 8 Nếu giáo viên và học sinh chỉ sử dụng sách giáo khoa và sách bàitập thì rất đơn giản, bài tập vận dụng ít về số lượng, chưa phong phú về dạng bàitập Chính vì vậy khi học sinh gặp các dạng bài tập này khi tham gia thi học sinhgiỏi thường lúng túng, thậm chí không giải được

Với những suy nghĩ như vậy nên trong quá trình dạy đội tuyển tôi đã xâydựng phần lý thuyết tổng hợp và lựa chọn những bài tập điển hình để đưa vềcùng một dạng chính vì vậy chất lượng dạy và học đội tuyển được nâng lên Do

đó tôi xin đưa ra sáng kiến kinh nghiệm với đề tài “Kinh nghiệm dạy bồi dưỡng học sinh giỏi chủ đề áp suất chất lỏng phần cơ học vật lý 8”

2 Mục đích nghiên cứu

Việc nghiên cứu thành công đề tài sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên

và học sinh nắm vững lí thuyết và phân dạng cũng như giải bài tập về áp suấtchất lỏng

- Phân tích một số bài tập điển hình về áp suất chất lỏng

+ Từ đó học sinh rèn luyện kĩ năng nhận dạng bài tập, hình thành cáchgiải

+ Giúp học sinh tự nghiên cứu, tìm tòi và đưa ra cách giải cho bài toántương tự

4 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng là tác động của giáo viên đến việc hình thành một đơn vị kiếnthức nâng cao về áp suất chất lỏng cho học sinh lớp 8 đồng thời phân tíchhướng dẫn học sinh giải được một số dạng bài tập cơ bản về áp suất chất lỏng

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu tài liệu, thu thập và xử lícác bài tập trong tài liệu, các bài tập trên mạng

- Phương pháp điều tra: Tiến hành dạy thử nghiệm theo phương pháptrong đề tài đối với học sinh trong đội tuyển, khái quát thành bài học kinhnghiệm

Trong phần cơ học vật lý 8 chủ đề áp suất được dạy ở 3 bài 7, 8, 9 Tuynhiên các tính chất của áp suất chất lỏng trình bày trong chương trình THCS dựatrên nội dung định luật Pa - xcan không được trình bày trong chương trìnhTHCS Việc hình thành công thức tính áp suất chất lỏng được suy ra từ côngthức tính áp suất chất rắn P = F S Còn các tính chất của áp suất chất lỏng đượcrút ra từ thí nghiệm thực tế

Trong quá trình bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm tôi nhận thấy để họcsinh có thể phát hiện hướng giải và giải thành thạo các bài tập dạng này, thìtrong quá trình dạy người giáo viên cần xây dựng lại kiến thức lý thuyết có hệthống, phân dạng bài tập, bài tập có liên quan để cho học sinh suy luận có tínhlogic một vấn đề

B Thực trạng:

1 Đối với học sinh:

Một số học sinh chưa nắm chắc được bản chất các hiện tượng vật lí

- Thụ động trong việc tiếp thu cách giải trong sách giáo khoa, sách bài tập

và hướng dẫn giải có trên thị trường

- Học sinh còn lúng túng khi nhận diện được thể loại bài tập và do đóchưa định hướng nhanh cách giải Từ đó dẫn đến trong một khuôn khổ thời giannhất định không hoàn thành được bài giải.

- Tuy nhiên học sinh có khả năng làm được các bài tập vận dụng, bài tậptổng hợp, bài tập phát triển và nâng cao khi được giáo viên gợi ý, hướng dẫn

2 Đối với giáo viên:

- Thuận lợi: Đa số đều có trình độ chuẩn và trên chuẩn tâm huyết và cónhiều năm làm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

- Khó khăn: Do kiến thức khó, do đó có nhiều giáo viên còn đầu tư ít thờigian nên ngại tìm tòi nghiên cứu nên khi dạy phần áp suất chất lỏng còn chưasâu, rộng và đủ độ để học sinh nắm chắc vấn đề

bài tập

Không làm được bài tập

⇒ P = d.h

Trong đó: P là áp suất ở đáy cột chất lỏng (Pa) h

d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

h là chiều cao cột chất lỏng tính từ mặt thoáng(m) S

* Áp suất tại một điểm trong chất lỏng.

P = P0 + d.h

P0: áp khí quyển (N/m2)

d.h: áp suất do cột chất lỏng gây ra

P: áp suất tại điểm cần tính

Chú ý: Công thức trên cũng tính hiệu các áp suất giữa các

điểm B và A trong chất lỏng hay chất khí (Hình 2)

P B - p A = d.h

( do P A = h a d, P B =h b d, mà h b - h a =h)

II.1.3: Định luật Paxcan:

* Áp suất chất lỏng ( hay khí) đựng trong bình

kín được chất lỏng ( hay khí) truyền đi nguyên vẹn theo

4

Hình 5 Dầu

Hình 6

F

P Hình 7

II.1.4 Bình thông nhau:

- Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng cân bằng mực chất lỏng

ở 2 nhánh luôn luôn bằng nhau ( H4)

- Bình thông nhau chứa nhiều chất lỏng khác nhau (H 5) đứng yên, mựcmặt thoáng không bằng nhau nhưng các điểm

trên cùng mặt ngang trong chất lỏng có áp suất bằng nhau

do đó: PA= PO+d1.h1

PB= P0+ d2.h2

PA= PB

II.1.5: Áp suất khí quyển: (Hình 6)

Trong điều kiện bình thường, áp suất khí quyển có giá trị:

P0 = 76 cmHg = 103360 N/ m2

(P0 là áp suất tiêu chuẩn)

II.1.6: Lực đẩy Acsimet: (Hình 7)

Mọi vật chìm trong chất lỏng (hay chất khí) đều chịu một lực

Có diện tích S (như hình vẽ) ở độ sâu h1

Áp lực lên các bề mặt bên cân bằng nhau

Riêng áp suất ép lên mặt trên và dưới là không bằng nhau

* Điều kiện vật chìm, nổi:

+ F < P vật chìm ⇒ dCL < d V

Nước

- Cần xác định được hướng của lực do áp suất chất lỏng gây ra Biểu thị

sự tương quan giữa các áp suất hoặc tương quan giữa lực gây ra do áp suất và trọng lực tác dụng lên vật Từ đó xây dựng các phương trình biểu thị mối tương quan ấy.

- Xét áp suất tại cùng 1 vị trí so với mặt thoáng chất lỏng hoặc áp suất tại đáy bình

- Vận dụng công thức: P = P0+d.h

- Vận dụng định luật để giải thích các hiện tượng

Ví dụ 1: Một người thợ lặn mặc bộ áo lặn chịu được một áp suất tối đa là

3.105 N/ m2 Biết trọng lượng riêng của nước là 104 N/m3

a Hỏi người thợ có thể lặn được sâu nhất là bao nhiêu m?

b Tính áp lực của nước tác dụng lên cửa kính quan sát của áo lặn có diệntích 200 cm2 khi lặn sâu 20m

*Hướng dẫn:

a Khi lặn sâu người đó chịu tác dụng áp suất chất lỏng cho đến khi áo

còn chịu được ( bỏ qua áp suất khí quyển )

do đó ta vận dụng công thức:

P= d.h ( hMax) ⇔ PMax= 3.10 5 (Pa) ⇒ h =

P d

b Xác định áp suất tính bởi công thức P= d.h => P= F

⇒ hMax =

3.105

10 4

=30 m Vậy độ sâu tối đa là hMax= 30 m

b Áp suất ở độ sâu 20m là:

P = d.h = 104.20 = 2.105 ( N/ m2)

Áp lực của nước tác dụng lên kính ở độ sâu 20 m là:

F = P.S= 2.105.0,02 = 4000 (N)

Nước Dầu

Hình 8

Ví dụ 2: Trong một bình nước có một hộp sắt rỗng nổi, dưới đáy hộp có

một dây chỉ treo 1 hòn bi thép, hòn bi không chạm đáy bình Độ cao của mựcnước sẽ thay đổi thế nào nếu dây treo quả cầu bị đứt

Hướng dẫn: Xác định áp lực tác dụng lên đáy bình trong 2 trường hợp

=> chiều cao của cột nước có thay đổi không( chú ý khi dây đứt thì bi rơi xuống đáy bình do đó có thêm áp lực do bi gây ra, tuy nhiên tổng áp lức trong 2 trường hợp lên đáy bình là không đổi)

Giải :

Gọi H là độ cao của nước trong bình

Khi dây chưa đứt áp lực tác dụng lên đáy cốc là: F1 = d0.S.H

Trong đó: S là diện tích đáy bình, d 0 là trọng lượng riêng của nước.

Khi dây đứt lực ép lên đáy bình là:

xiphông bên trong đựng đầy nước

nhúng một đầu vào chậu nước, đầu kia

vào chậu đựng dầu Mức chất lỏng

trong 2 chậu ngang nhau Hỏi nước

trong ống có chảy không, nếu có chảy

thì chảy theo hướng nào ? (hình 8)

Hướng dẫn: Xác định áp suất tại miệng ống P A và PB Nước chảy về phía miệng ống có áp suất nhỏ hơn

Giải : Gọi P0 là áp suất trong khí quyển, d1và d2 lần lượt là trọng lượng

riêng của nước và dầu, h là chiều cao cột chất lỏng từ mặt thoáng đến miệngống Xét tại điểm A (miệng ống nhúng trong nước )

PA = P0 + d1h

Tại B ( miệng ống nhúng trong dầu PB = P0 + d2h

Vì d1 > d2 => PA> PB Do đó nước chảy từ A sang B và tạo thành 1 lớp nước dướiđáy dầu và nâng lớp dầu lên Nước ngừng chảy khi d1h1= d2 h2

Bài tập luyện tập :

1 Người ta thả 1 hộp sắt rỗng nổi lên trong một bình nước Ở tâm củađáy hộp có 1 lỗ hổng nhỏ được bịt kín bằng 1 cái nút có thể tan trong nước Khi

A B

Hình 9

đó mực nước so với đáy bình là H Sau một thời gian ngắn, cái nút bị tan trongnước và hộp bị chìm xuống đáy Hỏi mực nước trong bình có thay đổi không?Thay đổi như thế nào?

ĐS : Mực nước giảm.

2 Hai bình giống nhau có dạng hình nón cụt (hình

vẽ) nối thông đáy, có chứa nước ở nhiệt độ thường Khi

khoá K mở, mực nước ở 2 bên ngang nhau Người ta đóng

khoá K và đun nước ở bình B Vì vậy mực nước trong

bình B được nâng cao lên 1 chút Hiện tượng xảy ra như

thế nào nếu sau khi đun nóng nước ở bình B thì mở khoá

ĐS: Vậy sự đun nóng nước sẽ làm giảm áp suất nên nếu

khóa K mở thì nước sẽ chảy từ bình A sang bình B

II.2.2: Bài tập về máy dùng chất lỏng- Bình thông nhau:

* Phương pháp giải:

- Nếu hai nhánh của bình thông nhau chứa cùng 1 chất lỏng, nên chọn 1 điểm tại đáy bình làm điểm để so sánh áp suất Nếu chúng chứa hai loại chất lỏng không hòa tan nhau thì nên chọn điểm tại mặt phân cách giữa hai chất lỏng làm điểm so sánh áp suất.

- Nếu bình thông nhau có đặt các pitton nhẹ và tiết diện các nhánh khác nhau, cần xét tới lực tác dụng lên pittong do áp suất khí quyển gây ra

- Xét áp suất tại những điểm trên cùng mặt phẳng nằm ngang trong lòng chất lỏng ở 2 nhánh ( thông thường xét tại mặt phân cách giữa 2 chất lỏng( nếu bình có chứa nhiều loại chất lỏng đứng yên)

- Vận dụng công thức: P = P0 + d.h

Ví dụ 1: Người ta đổ nước và dầu, mỗi thứ vào một nhánh của ống hình

chữ U đang chứa thuỷ ngân, mặt thuỷ ngân trong hai nhánh ngang nhau

(Hình 10)

Biết độ cao của cột dầu là h2 = 20cm, hãy tính độ cao h1 của cột nước

Cho biết khối lượng riêng của nước và dầu lần lượt là 1000km/m3, 900km/m3

Hướng dẫn: Xét 2 điểm A,B tại 2 nhánh trên mặt phẳng nằm ngang, bài

ra mặt thủy ngân 2 nhánh ngang nhau nên xét 2 điểm A, B trên mặt thủy ngân,

do PA= PB  h1

h

Hình 11 2h

Giải:

Vì thuỷ ngân ở hai nhánh ngang bằng nhau nên áp suất tại

đó ở hai nhánh ngang bằng nhau:

PA = PB

Ta suy ra:

P0 + h1d1 = d2.h2+ P0

(p0: áp suất của khí quyển)

Hay: D1.h1 = D2.h2 (D: khối lượng riêng)

Do đó ta có:

h1=D2

D1h2 =0,9.20=18 ( cm)

Ví dụ 2: Hai ống hình trụ giống nhau Tiết diện của mỗi ống đều là

S = 11,5cm2 (Hình 11) Hai ống chứa thuỷ ngân đến mức nào đó Đổ một lít

nước vào một nhánh, rồi thả vào nước một vật có khối lượng P = 1,5N Vật nổi

một phần trên mặt nước Tính khoảng chênh lệch giữa hai mặt thuỷ ngân trong

hai nhánh Trọng lượng riêng của thuỷ ngân là d = 136000N/m3

Hướng dẫn: Xét 2 điểm A, B tại 2 nhánh trên mặt phẳng nằm ngang,

A nhánh có thủy ngân, B nhánh có nước PA=PB=dHg.h1=dHg.2h và

PB = P 1+P2

S mặt khácPA=PB  h

Giải:

Khi có cân bằng thì cột thuỷ ngân ở nhánh đổ nước hạ xuống đoạn h trong khi

cột thuỷ ngân ở nhánh bên kia dâng lên đoạn h Độ chênh lệch giữa hai mực

thuỷ ngân là 2h Theo tính chất của áp suất trên cùng một

mặt phẳng nằm ngang bên trong bình chứa chất lỏng ta

suy ra: Các áp suất tạo bởi trọng lượng cột thuỷ ngân có

độ cao 2h và tạo bởi trọng lượng cột nước và trọng lượng

* Chú ý : Bài này học sinh thường bị nhiễu bởi khối gỗ,

nên giáo viên hướng dẫn học sinh xem (nước + khối gỗ) là một khối gây áp lực

lên mặt thủy ngân

Hình 10

S1

S2 B A

Hình 12

Ví dụ 3: Bình thông nhau gồm 2 nhánh hình trụ có tiết diện lần lượt là S1,S2 và có chứa nước.Trên mặt nước có đặt các pitông mỏng, khối lượng m1 và m2.Mực nước 2 bên chênh nhau 1 đoạn h (Hình 12)

a) Tìm khối lượng m của quả cân đặt lên pitông lớn

để mực nước ở 2 bên ngang nhau

b) Nếu đặt quả cân trên sang pitông nhỏ thì mực

nước lúc bây giờ sẽ chênh nhau 1 đoạn h bao nhiêu

a) Chọn điểm tính áp suất ở mặt dưới của pitông 2

Khi chưa đặt quả cân thì:

Hình 13 h1

h2

h3 K

(3)

Ví dụ 4: Cho 2 bình hình trụ thông với nhau bằng một

ống nhỏ có khóa thể tích không đáng kể (Hình 13) Bán

kính đáy của bình A là r1 của bình B là r2= 0,5 r1

(Khoá K đóng) Đổ vào bình A một lượng nước đến

chiều cao h1= 18 cm, sau đó đổ lên trên mặt nước một

lớp chất lỏng cao h2= 4 cm có trọng lượng riêng

d2= 9000 N/m3 và đổ vào bình B chất lỏng thứ 3 có

chiều cao h3= 6cm, trọng lượng riêng d3 = 8000N/m3

( trọng lượng riêng của nước là d1=10.000 N/m3, các

chất lỏng không hoà lẫn vào nhau) Mở khoá K để hai bình thông nhau Hãy

tính:

a) Độ chênh lệch chiều cao của mặt thoáng chất lỏng ở 2 bình

b) Tính thể tích nước chảy qua khoá K Biết diện tích đáy của bình A là 12 cm2

- Xác định lượng nước lúc đầu đổ vào V= VA+ VB

- Lượng nước chảy từ ống A, sang ống B bằng với lượng nước ở ống B

- Xác định V = S1.h1; VB= S2.H; VA = S1(H+x) từ đó ta xác đinh lượng nước

chảy sang ống B là VB

Giải:

a) Xét điểm N trong ống B nằm tại mặt phân cách giữa nước và chất lỏng

3 Điểm M trong A nằm trên cùng mặt phẳng ngang với N Ta có:

Thể tích nước khi đổ vào A lúc đầu là: V = S1h1 = 12.18 = 126 cm3

1 Hai nhánh của một bình thông nhau chứa chất lỏng có tiết diện S Trên

một nhánh có một pitton có khối lượng không đáng kể Người ta đặt một quảcân có trọng lượng P lên trên pitton ( Giả sử không làm chất lỏng tràn ra ngoài).Tính độ chênh lệch mực chất lỏng giữa hai nhánh khi hệ đạt tới trạng thái cânbằng cơ học? Khối lượng riêng của chất lỏng là D

2 Hai hình trụ thông nhau đặt thẳng đứng có tiết diện thẳng bên trong là

20cm2 và 10cm2 đựng thủy ngân, mực thủy ngân ở độ cao 10cm trên một thướcchia khoảng đặt thẳng đứng giữa 2 bình

a) Đổ vào bình lớn một cột nước nguyên chất cao 27,2 cm Hỏi độ chênhlệch giữa độ cao của mặt trên cột nước và mặt thoáng của thủy ngân trong bìnhnhỏ?

b) Mực thủy ngân trong bình nhỏ đã dâng lên đến độ cao bao nhiêu trênthước chia độ

c) Cần phải đổ thêm vào bình nhỏ một lượng nước muối có chiều cao baonhiêu để mực thủy ngân trong bình trở lại ngang nhau? Biết KLR của thủy ngân

là

13600 kg/m3, của nước muối là 1030kg/m3, của nước nguyên chất 1000kg/m3

II.2.3: Bài tập về lực đẩy Acsimet – Sự nổi:

*Phương pháp:

- Phân tích lực tác dụng vào vật, hoặc hệ vật.

- Dựa vào điều kiện cân bằng" Khi vật cân bằng trong chất lỏng P= FA"

Ví dụ 1: Một vật rắn có dạng khối lập phương đồng chất Bỏ vào chậu

thuỷ ngân thì 0,25 thể tích của vật chìm trong thuỷ ngân Tìm tỷ lệ thể tích chìmtrong thuỷ ngân của vật nếu đổ lên mặt thuỷ ngân một lớp nước phủ vật hoàntoàn

- Trọng lượng riêng của thuỷ ngân là: dtn = 136000n/m3;

- Trọng lượng riêng của nước là: dn = 10000n/m3

Hướng dẫn:

- Phân tích lực tác dụng vào vật khi chưa đổ nước và khi đổ nước vào

FA

P

FA fA

(hình vẽ 14, 15)

+ Khi chưa đổ nước P = FA = 0,25 V dtn

+ Khi đổ nước vào thì P= fA+ F ' A= (V-x)dn+ x.dtn

=> x=?

Giải:

Khi chưa đổ nước, cân bằng của nước cho:

P = FAĐặt V: thể tích của vật,

Dtn: trọng lượng riêng của thuỷ ngân

Ta suy ra:

P = 0,25.Vdtn (1)

Khi đổ nước phủ kín vật hoàn toàn, cân bằng của vật cho:

P = F'A + fA F'A: Lực đẩy Acsimet của thuỷ ngân,FA: Lực đẩy Acsimet của nước

Đặt: x: Thể tích phần vật chìm trong thuỷ ngân,

dn: Trọng lượng riêng của nước