Hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về bình thông nhau

Việc giải bài tập Vật lý giúp HS củng cố đào sâu, mở rộng kiến thức cơ bản của bài giảng, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, là biện pháp quí báu để phát t

MỤC LỤC:

1, Phần mở đầu

Lí do chọn đề tài 3

Mục đích nghiên cứu 4

Đối tượng nghiên cứu 4

Phương pháp nghiên cứu 5

2, Phần nội dung 6

Cơ sở lí luận 6

Thực trạng của vấn đề nghiên cứu 6

Các giải pháp thực hiện 7

Hiệu quả của sáng kiến 16

3, Kết luận, kiến nghị 17

3.1, Kết luận 17

3.2 , Kiến nghị 18

Tài liệu tham khảo 20

1, PHẦN MỞ ĐẦU 1.1, LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Trong những năm gần đây cùng với việc đổi mới phương pháp dạy học các

bộ môn nói chung và đổi mới phương pháp dạy học vật lí nói riêng được triển khai khá sâu rộng ở các trường phổ thông Rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn là một trong những mục tiêu quan trọng của giáo dục hiện nay

Trong việc nâng cao chất lượng giáo dục nói chung và chất lượng bộ môn nói riêng Việc đổi mới phương pháp dạy học là một nhân tố quan trọng, bên cạnh việc bồi dưỡng kiến thức chuyên môn, việc phát huy tính tích cực của học sinh có

ý nghĩa hết sức quan trọng Bởi vì xét cho cùng công việc giáo dục phải được tiến hành trên cơ sở tự nhận thức, tự hành động, việc khơi dậy phát triển ý thức năng lực tư duy, bồi dưỡng phương pháp tự học là con đường phát triển tối ưu của giáo dục Cũng như các môn học khác, học Vật lý lại càng cần phát triển năng lực tích cực, năng lực tư duy của học sinh để không phải chỉ biết mà còn phải hiểu để giải thích hiện tượng Vật lý cũng như áp dụng kiến thức và kỹ năng vào các hoạt động trong cuộc sống gia đình và cộng đồng

Trong khuôn khổ trường THCS, bài tập Vật lý thường là những vấn đề không quá phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lô gíc, bằng tính toán hoặc thực nghiệm dựa trên cơ sở những quy tắc Vật lý, phương pháp Vật lý đã qui định trong chương trình học Nhưng bài tập Vật lý là một khâu quan trọng trong quá trình dạy và học Vật lý Việc giải bài tập Vật lý giúp HS củng cố đào sâu, mở rộng kiến thức cơ bản của bài giảng, xây dựng củng cố kỹ năng kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, là biện pháp quí báu để phát triển năng lực tư duy của HS, có tác dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng, đạo đức lớn Vì thế trong việc giải bài tập Vật lý mục đích cơ bản cuối cùng không phải chỉ tìm ra đáp số, tuy điều này cũng quan trọng và cần thiết, mục đích chính của việc giải là ở chỗ người làm bài tập hiểu được sâu sắc hơn các khái niệm, định luật Vật lý, vận dụng chúng vào những vấn đề thực tế trong cuộc sống, trong lao động

Qua thực tế giảng dạy và ôn luyện cho học sinh giỏi khối 8, tôi nhận thấy

HS còn gặp rất nhiều khó khăn, lúng túng khi giải các bài tập về bình thông nhau,

loại bài tập về bình thông nhau lại được ít đề cập trong sách giáo khoa Vật lý lớp 8 nên vốn kiến thức hiểu biết của học sinh về vấn đề này còn rất nhiều hạn chế, vì vậy nên các em rất ngại khi giải loại bài tập này, thường tỏ ra lúng túng, mắc sai lầm và thậm chí không giải được bài tập

Xuất phát từ những lý do trên, để giúp HS giỏi bộ môn Vật lý có một định hướng về phương pháp giải các bài tập về bình thông nhau, nên tôi đã chọn đề tài này Tôi thấy rằng việc rèn luyện kỹ năng cho HS giải các bài tập về bình thông nhau là việc làm cần thiết Vì vậy, tôi chọn và rút ra cho mình một vài kinh

nghiệm “ Hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về bình thông nhau”.

Từ việc hướng dẫn, giải và làm bài tập về : “ Bình thông nhau”, học sinh khối 8 nói chung và học sinh giỏi nói riêng đã rút ra cho mình những bài học kinh nghiệm cần thiết khi giải các bài tập về bình thông nhau Qua đó góp phần giúp học sinh bớt đi những lo lắng khi học Vậy lý, mà học sinh còn được rèn luyện:

-Kỹ năng tóm tắt bài toán để xây dựng phương pháp giải

-Kỹ năng vận dụng những kiến thức vật lý đã học

-Kỹ năng tính toán

-Củng cố kiến thức toán học thông qua việc giải bài tập Vật lý

Từ đó tư duy của học sinh sẽ được phát triển một cách toàn diện hơn

“ Hướng dẫn học sinh giải một số dạng bài tập về bình thông nhau”

là việc làm không đơn giản, song với những kinh nghiệm có được, tôi hy vọng sẽ giúp cho các em giảm bớt khó khăn khi tiếp xúc với dạng bài tập về bình thông nhau ở lớp 8

1.2, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Hình thành cho học sinh một cách tổng quan về phương pháp giải một bài tập về “ Bình thông nhau”, từ đó các em có thể vận dụng một cách thành thạo và linh hoạt trong việc giải các bài tập thuộc dạng này, nâng cao hiệu quả của bài tập, giúp các em nắm vững kiến thức để vận dụng vào cuộc sống một cách thiết thực và

có hiệu quả

1.3, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lí luận và phương pháp giải bài tập

Vật lý về “Bình thông nhau”.

Đề tài được thực hiện với học sinh một số lớp ở khối 8 trường THCS

1.4, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Để thực hiện đề tài này tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau:

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm dạy học

- Phương pháp điều tra, phân tích, so sánh

Ngoài ra còn sử dụng các phương pháp hỗ trợ sau;

- Phương pháp trò chuyện với đồng nghiệp, học sinh

- Phương pháp đọc sách và tài liệu tham khảo

2, NỘI DUNG 2.1, CƠ SỞ LÝ LUẬN:

- Bài tập vật lý giúp học sinh hiểu, khắc sâu thêm phần lý thuyết và đặc biệt giúp học sinh có phương pháp giải bài tập Biết vận dụng kiến thức vật lý để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề thực tế của đời sống là thước đo mức

độ hiểu biết, kĩ năng của mỗi học sinh

- Bài tập vật lý giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lý, những hiện tượng vật lý, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt, tự giải quyết những tình huống cụ thể khác nhau, để từ đó hoàn thiện về mặt nhận thức và tích lũy thành vốn riêng của mình

- Muốn làm được bài tập vật lý, học sinh phải biết vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa để xác định được bản chất vật

lý, trên cơ sở đó chọn ra các công thức thích hợp cho từng bài tập cụ thể Vì thế bài tập vật lý còn là phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, sáng tạo, tính

tự lực trong suy luận

- Bài tập vật lý là hình thức củng cố, ôn tập mở rộng hoặc đi sâu vào các trường hợp riêng lẻ của định luật mà nhiều khi nếu nhắc lại nhiều lần ở phần lý thuyết có thể làm cho học sinh nhàm chán

- Khi làm bài tập về bình thông nhau học sinh học sinh có thể vận dụng giải các dạng bài tập khác như: Máy dùng chất lỏng, áp suất, giải thích các nguyên tắc hoạt động của hệ thống dẫn nước ở gia đình, thành phố, hệ thống kênh mương, sông ngòi…

2.2, THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:

Qua nhiều năm giảng dạy vật lý ở trường THCS , đối với học sinh vấn đề giải và sửa các bài tập vật lý gặp không ít khó khăn vì học sinh khi tiếp xúc với môn vật lí ở lớp 6 và 7 các em chỉ làm các bài tập ở mức độ định tính, khi lên lớp 8 chủ yếu là loại bài tập định lượng tuy nhiên tiết bài tập thì rất ít do đó học sinh chưa có kỹ năng vận dụng kiến thức vật lý, chưa phân loại được các dạng bài tập

cơ bản cũng như nâng cao trong sách bài tập Vì vậy các em giải bài tập một cách

mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được, điều này có thể lí giải do các nguyên nhân sau:

- Do thiết bị dạy học, thực hành còn hạn chế

- Học sinh chưa biết phương pháp để giải bài tập vật lý

- Chưa có những kỹ năng toán học cần thiết để giải bài tập vật lý

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập và tìm ra từ câu hỏi điều kiện của bài toán, xem xét các hiện tượng vật lý nêu trong đề bài tập để từ đó nắm vững bản chất vật lý, tiếp theo là xác định mối liên hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm

2.3, GIẢI PHÁP THỰC HIỆN:

Với những lý luận trên, muốn giải bài tập vật lý ta cần thực hiện các bước sau:

a.Các bước cơ bản:

Bước 1: Viết tóm tắt các dữ kiện:

- Đọc kỹ đề bài (khác với thuộc đề bài), tìm hiểu ý nghĩa của thuật ngữ, có thể phát biểu tóm tắt ngắn gọn chính xác

- Dùng ký hiệu tóm tắt đề bài cho gì ? hỏi gì ? thống nhất đơn vị Dùng hình

vẽ để mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần

Bước 2: Phân tích nội dung làm sáng tỏ bản chất vật lý, xác lập mối liên hệ

của các dữ kiện có liên quan tới công thức nào của các dữ kiện xuất phát và rút ra cái cần tìm xác định phương hướng và vạch kế hoạch giải

Bước 3: Chọn công thức thích hợp, kế hoạch giải: thành lập các phương

trình nếu cần, chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình

Bước 4: Lựa chọn cách giải cho phù hợp, tôn trọng trình tự, phải theo để

thực hiện các chi tiết của dự kiến, nhất là khi gặp những bài tập phức tạp Thực hiện cẩn thận các phép tính Để tránh sai số (nếu có) nên thay bằng chữ đến biểu thức cuối cùng mới thay bằng số

Bước 5: Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận:

- Kiểm tra lại xem trị số của kết quả có đúng không, có phù hợp với thực tế không ? Kiểm tra lại các phép tính

- Nếu có điều kiện, xem thử còn có cách giải nào khác ngắn gọn hơn, hay hơn không ?

Qua thực tế giảng dạy nhiều năm bộ môn Vật lý bậc THCS và tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi bộ môn Vật lý cấp trường, cấp huyện.Tôi thấy rằng khác với môn toán học là khi nâng cao môn Vật lý lên đôi chút là học sinh đã gặp nhiều khó khăn (với lý do đã nêu ở phần đặt vấn đề)

Trước những khó khăn gặp phải và xuất phát từ những mục tiêu nói trên tôi

xây dựng một chuyên đề giảng dạy cho học sinh về “Hướng dẫn học sinh giải

một số dạng bài tập về bình thông nhau”

b Một số kiến thức cơ bản

Áp suất của chất lỏng – bình thông nhau

*Áp suất của chất lỏng có những đặc điểm sau đây:

Tại một điểm trong lòng chất lỏng, áp suất tác dụng theo mọi phương và có giá trị như nhau.

Áp suất tại một điểm trong lòng chất lỏng cách mặt thoáng của chất lỏng một độ cao h được tính theo công thức:

p = dh

Trong đó: h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất đến mặt thoáng chất lỏng

d là trọng lượng riêng của chất lỏng

* Bình thông nhau:

Chú ý: Hiện tượng mặt thoáng của chất lỏng trong các bình thông nhau nằm trên cùng một mặt phẳng ngang được suy ra từ đặc điểm của áp suất trong lòng chất lỏng Điều cơ bản ở đây là bình thông nhau phải có đường kính trong đủ lớn

để không xảy ra hiện tượng mao dẫn Do hiện tượng mao dẫn nên một ống thủy tinh có đường kính nhỏ hơn 1mm, nhúng vào một chậu nước tạo thành một bình có hai nhánh thông nhau thì mực nước trong ống thủy tinh sẽ dâng cao hơn mực nước trong chậu Vì học sinh lớp 8 không học hiện tượng mao dẫn nên GV nên tránh hiện tượng này khi làm thí nghiệm, không dùng bình có đường kính trong quá nhỏ, dưới 2mm

Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng

của chất lỏng ở các nhánh khác nhau đều ở cùng một độ cao

Trong máy thủy lực, nhờ chất lỏng có thể truyền nguyên vẹn độ tăng áp suất, nên

ta luôn có:

=

Trong đó: f là lực tác dụng lên pít tong có tiết diện S

F là lực tác dụng lên pít tong có tiết diện s

Nếu hai bình thông nhau chứa hai chất lỏng có trọng lượng riêng khác nhau, thì khi cân bằng mực nước trong hai bình sẽ chênh lệch nhau sao cho tại một mặt S

ở chỗ hai bình thông nhau, áp lực do hai cột nước trong hai bình gây nên ở hai mặt

S phải bằng nhau:

F1 = F2

⟺ p 1S = p2S

Hay phương trình cân bằng áp suất: PA=PB hay: d1h1 = d2h2

Bình nào chứa chất lỏng có trọng lượng riêng lớn hơn thì độ cao của cột nước sẽ nhỏ hơn Trong hình vẽ vì d1 < d2 nên cột nước trong bình lớn cao hơn trong bình nhỏ Nếu hai bình chứa cùng một chất lỏng thì d1 = d2 nên h1 = h2, mực nước trong hai bình ngang nhau

c Giải một số bài tập mẫu:

Dạng 1: Xác định chiều cao của cột chất lỏng ở 2 nhánh sau khi mở khóa:

Ví dụ 1: Bình A hình trụ tiết diện 8cm2 chứa nước đến độ cao 24cm Bình hình trụ B có tiết diện 12cm2 chứa nước đến độ cao 50cm Người ta nối chúng thông với nhau ở đáy bằng một ống dẫn nhỏ có dung tích không đáng kể, tìm độ cao cột nước ở mỗi bình Coi đáy của hai bình ngang nhau:

Tóm tắt:

S 1 =8cm 2

h 1 =24cm

S 2 = 12cm 2

h 2 = 50cm

h A = ? h B =?

Hướng dẫn:

Cách 1: Tính theo thể tích nước dâng lên, tụt xuống ( Phần mất đi, phần nhận được)

Khi nối 2 bình bởi một ống có dung tích không đáng kể thì nước từ bình B chảy sang bình A

Thể tích nước chảy từ bình B sang bình A là VB = ( h2- h ) S2

Thể tích nước bình A nhận từ bình B là VA = ( h - h1 ) S1

Mà VA = VB nên ta có ( h2- h ) S2 = ( h - h1 ) S1

Biến đổi ta được h = 1 1 2 2

24.8 50.12

8 12

h S h S

S S



Vậy độ cao của cột nước trong 2 ống lúc cân bằng là 39,6(cm)

Cách 2: Tính theo tổng thể tích

Khi nối 2 bình bởi một ống có dung tích không đáng kể thì nước từ bình B chảy

sang bình A Giả sử độ cao cột nước ở hai nhánh cân bằng ở độ cao h

Thể tích nước ban đầu ở hai nhánh là:

VA = h1 S1= 24.8 = 192 cm3

VB = h2 S2 = 50.12 = 600 cm3

Tổng thể tích nước ở hai nhánh là: V = VA + VB = 792 cm3

Tổng thể tích nước sau khi mở khóa là:

V = ( S1 +S2 ) h = ( 8+12) h= 20.h

Do thể tích nước không đổi nên:

20 h= 792 ⟹ h= 39,6 ( cm)

Dạng 2: Tìm độ chênh lệch mực chất lỏng ở hai nhánh khi đổ thêm 1 chất lỏng khác không hòa tan vào một nhánh:

Ví dụ 2: Một bình thông nhau có chứa nước Hai nhánh của bình có cùng

kích thước Đổ vào một nhánh của bình lượng dầu có chiều cao là 18 cm

Biết trọng lượng riêng của dầu là 8000 N/m3, và trọng lượng riêng của nước là:

10 000 N/m3

Hãy tính độ chênh lệch mực chất lỏng trong hai nhánh của bình ?

Hướng dẫn: PP sử dụng phương trình cân bằng áp suất :

+ Gọi h là độ cao chênh lệch của mực chất lỏng ở nhánh của bình

+ Gọi A và B là hai điểm có cùng độ cao so với đáy bình nằm ở hai nhánh ( Điểm A nằm giữa mặt phân cách của xăng và nước)

+ Ta có : áp suất tại A và B do là do cột chất lỏng gây ra là bằng nhau:

PA = PB ⟺dd 0,18 = dn (0,18 - h)

⟺8000 0,18 = 10000 (0,18 - h)

⟺ 1440 = 1800 - 10000.h

⟺10000.h = 360

⟺ h = 0,036 (m) = 3,6 ( cm)

Vậy : Độ cao chênh lệch của mực chất lỏng ở hai nhánh là : 3,6 cm

Dạng 3: Đổ ba chất lỏng không hòa tan vào với nhau:

Ví dụ 3: Một bình thông nhau hình chữ U có chứa thủy ngân Người ta đổ một

cột nước cao h1 =0,8m vào nhánh phải, đổ một cột dầu cao h2 =0,4m vào nhánh trái Tính độ chênh lệch mức thủy ngân ở hai nhánh, cho trọng lượng riêng của nước, dầu và thủy ngân lần lượt là d1 = 10000N/m3, d2 = 8000 N/m3 và d3 = 136000 N/m3

Tóm tắt: Cho: h1 =0,8m, h2 =0,4m, d1 = 10000N/m3, d2 = 8000 N/m3 và

d3 = 136000 N/m3

Tìm h?

Hướng dẫn giải: PP sử dụng phương trình cân bằng áp suất :

Gọi độ chênh lệch của mực thủy ngân ở hai nhánh là h

+ Chọn 2 điểm A và B là hai điểm có cùng độ cao so với đáy bình nằm ở hai nhánh ( Điểm B nằm giữa mặt phân cách của thủy ngân và nước)

Ta có : pB = d1 .h1 và pA = d3.h + d2.h2

Do: pB = pA nên d1 .h1 = d3.h + d2.h2

3 1 1 2 2

d h d h d h

3

d h d h h

d



Thay số với: d1 = 10000N/m3, d2 = 8000N/m3,

d3 = 136000N/m3, h1= 0,8m và h2 = 0,4m

Ta được: 10000.0.8 8000.0, 4 8000 3200 0, 035( )

Ví dụ 4 : Một bình thông nhau hình chữ U chứa một chất lỏng có trọng lượng

riêng do

a) Người ta đổ vào nhánh trái một chất lỏng khác có trọng lượng riêng d > do

với chiều cao h Tìm độ chênh lệch giữa hai mực chất lỏng trong hai nhánh( các chất lỏng không hòa lẫn vào nhau)

b) Để mực chất lỏng trong hai nhánh bằng nhau, người ta đổ vào nhánh phải một chất lỏng khác có trong lượng riêng d’ Tìm độ cao của cột chất lỏng này Giải tất cả các trường hợp và rút ra kết luận

Hướng dẫn giải : PP sử dụng phương trình cân bằng áp suất :

a) Áp suất tại hai điểm A và B bằng nhau (do ở cùng một mặt phẳng nằm ngang) Với : pA = po + dh (po là áp suất khí quyển)

PB = po + doh2.

Từ đó suy ra : po + dh = po + doh2

Hay: dh = doh2

Gọi h1 là độ chênh lệch giữa hai mực

h

B A

h 2

h 1

h

B A