Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài tập chương V: Cơ học chất lưu

1/ BÀI TẬP CHƯƠNG V: CƠ HỌC CHẤT LƯU MỤC TIÊU Kiến thức Nắm vững các kiến thức về áp suất thuỷ tĩnh, nguyên lý Pa-xcan, định luật Béc nuli. Hiểu và biết vận dụng các công thức để giải các bài tập đơn giản. Kĩ năng Vận dụng các kiến thức về cơ học chất lưu: áp suất thuỷ tĩnhnguyên lý Pascal, định luật Bec-nu-li để giải thích các hiện tượng tự nhiên và giải quyết các bài toán. Rèn luyện tư duy logic. CHUẨN BỊ Giáo viên Giải các bài tập về cơ học chất lưu, lựa chọn bài tập để chữa Học sinh Ôn lại tất cả các kiến thức của chương. Giải các bài tập SGK TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1(5 phút): kiểm tra bài cũ: Công thức tính áp suất trong lòng chất lỏng? Nguyên lý Pa-xcan và ứng dụng? Định luật Bec nu li Hoạt động 2 (35 phút) : BÀI TẬP VẬN DỤNG Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Yêu cầu HS đọc và tóm tắt bài 3/201 SGK Yêu cầu HS tìm điều kiện để nâng được ô tô Yêu cầu HS vận dụng nguyên lý Pa-xcan, viết biểu thức liên hệ giữa lực nén và lực nâng YC học sinh tính áp suất nén khí khi đó GV yêu cầu HS: -Tóm tắt bài toán -Nhận xét về lưu lượng nước trong ống dòng? -So sánh các vận tốc v2 và v1? -Vận dụng ĐL Bec nu li tìm áp suất p2? GV yêu cầu học sinh: _ Tóm tắt bài toán - Tìm nguyên nhân gây ra lực nâng máy bay? - Vận dụng định luật Bec nu li để tìm độ chênh áp suất phía trên và phía dưới cánh máy bay? -Xác định lực nâng máy bay? -So sánh lực nâng máy bay và trọng lượng của máy bay? GV yêu cầu học sinh: - Tóm tắt bài toán -Xác định nguyên nhân gây ra độ chênh mực nươc giữa hai nhánh ống hình chữ U? -Vận dụng định luật Bec nu li để tìm độ chênh áp suất ở hai miệng ống? - Viết công thức tính p2 theo độ sâu h? Thay số tinh h Đọc và tóm tắt bài tập Bài 3/201 SGK Pittông 1 : r1 = 5cm Pittông 2 : r2 = 15cm Trọng lượng ôtô P = 13.000N Hỏi lực nén tối thiểu và áp suất nén? - Tìm liên hệ giữa lực nén khí và lực nâng ô tô HS tính áp suất nén khí 2/ Bài 4 trang 205 S1=S; S2=S/4 P1=8.104Pa; v1=2m/s Tìm p2? V2? Thảo luận trả lời câu hỏi của giáo viên Tìm vận tốc v2 Viết biểu thức định luật Bec nu li Tính áp suất p2 3/ Bài 1 trang 210 S=25cm2; V1=65m/s; v2=50m/s Tìm:Trọng lượng máy bay P? Thảo luận tìm nguyên nhân gây ra lực nâng máy bay Viết biểu thức định luật Bec nu li Tìm công thức tính độ chênh áp suất Viết công thức xác định lực nâng máy bay Bài 2 trang 210 SGK V1 = 15m/s; v2 =0 Tìm độ chênh h của hai cột nước trong ống? Viết biểu thức định luật Bec nu li Tìm công thức tính độ chênh áp suất - Viết công thức tính p2 theo độ sâu h 1/ Bài 3 trang 201 SGK (vận dụng nguyên lý Pascal) - Lực tối thiểu để nâng ôtô lên là F2 = P = 13.000N (1) Theo nguyên lý Pascal, lực nén cần thiết F1 để tạo ra lực nâng F2 liên hệ bởi hệ thức Þ - Thay vào (1), ta có = P Þ F1 = Þ F1 = - Áp suất nén khi đó 2/ Bài 4 trang 205 SGK ( Vận dụng định luật Bec nu li) *Lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là không đổi: S.v = hằng số Vậy tiết diện S2 = S1 thì v2 = 4v1 v2= 8m/s * Áp dụng định luật Becnuli Thay số: P2=8.104 + 0,5.103(4 – 64)=5.104Pa 3/ Bài 1 trang 210 SGK ( Ưng dụng ĐL Béc nu li) *Độ chênh áp suất tĩnh giữa dòng không khí phía dưới và phía trên cánh máy bay là nguyên nhân gây ra lực nâng máy bay. * Xét điểm 1 nằm ở dòng không khí phía trên và điểm 2 nằm ở dòng không khí phía dưới cánh máy bay - Áp dụng định luật Bec nu li: -Lực nâng máy bay băng lực tác dụng lên hai cánh máy bay: Thay số được FN = 52181N Máy bay bay theo phương ngang, độ lớn lực nâng bằng trọng lượng của nó 4/ Bài 2 trang 210 SGK (Ứng dụng ĐL béc nu li) *Độ chênh mực nươc giữa hai cột không khí của ống hình chữ U là do độ chênh của áp suất động của không khí ở miệng hai ống - Áp dụng định luật Bec nu li (1) Mà (2) Kết hợp (1) và (2) được: Thaysố: Hoạt động 3(5phút): Cúng cố; giao nhiệm vụ về nhà: *Để giải bài toán đơn giản về cơ học chất lưu cần nắm vững: Công thức tính áp suất trong lòng chất lỏng. Nguyên lý Pa-xcan . Định luật Bec nu li *Bài tập về nhà: 5.5; 5.6; 5.7; 6.12 BTV 2/ BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ –MA -RI -ỐT VÀ ĐỊNH LUẬT SAC LƠ MỤC TIÊU Kiến thức: Hiểu, nhớ nội dung và biểu thức định luật Bôi-lơ- Ma riốt và định luật Sác lơ. Biết vận dụng các định luật để giải các bài tâp. Kỹ năng: Viết được các thông số trong mỗi trạng thái. Biết dùng đúng đơn vị trong mỗi phương trình. Biết vẽ đúng đường biểu diễn một số quá trình thay đổi trạng thái trên đồ thị p-V; p-T. Vận dụng thành thạo các định luật để giải bài tập. II CHUẨN BỊ Giáo viên: Giải và lựa chọn bài tập cho tiết học. Học sinh: Ôn , nắm vững nội dung định luật Bôi-lơ- Ma riốt và định luật Sác lơ. III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Hoạt động 1( 5 phút): Hỏi bài cũ Phát biểu và viết biểu thức định luật Bôi-lơ- Ma riốt và định luật Sác lơ. Vẽ đường đẳng nhiệt trong hệ toạ độ p-V và đường đẳng tích trong hệ toạ độ p-T. Hoạt động 2(5 phút): Giới thiệu bài tập: Bài 1. Thể tích bọt khí từ đáy hồ nổi lên trên mặt nước tăng gấp 1,49 lần. tìm độ sâu của hồ. Biết áp suất khí quyển là 760mmHg, khối lượng riêng của nước là = 1000kg/m3, lấy g = 9,8m/s2.Coi nhiệt độ không đổi. Bài 2. Một ống thuỷ tinh AB tiết diện nhỏ, đầu A kín, đầu B hở, bên trong có cột thuỷ ngân cao 119mm đứng thẳng, cách đầu A: Một khoảng h1= 163mm khi ống đứng thẳng, B ở dưới. Một khoảng h2=118mm khi ống đứng thẳng, B ở trên. Tính: - Áp suất khí quyển ra mmHg. độ dài trong ống khi ống nằm ngang Coi nhiệt độ không đổi. Bài 3. Một bình có cổ hình trụ đựng đầy không khí ở ĐKTC và được nút kín. Tiết diiện của bình là S=12cm2 và lực ma sát Fms giữa nút và cổ bình là 9 N. Cần nung nóng không khí trong bình đến nhiệt độ nào để nút bị bật ra khỏi bình? Biểu diễn quá trình trên đồ thị p-t. cho áp suất không khí ở ĐKTC là p0=105 Pa. Hoat động3( 35 phút): Bài tập về định luật Bôi-lơ- Ma riốt và định luật Sác lơ Hỗ trợ của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Yêu cầu học sinh: Nhận xét: - Đối tượng khảo sát trong bài toán là gì? -Sự biến đổi trạng thái khí trong bọt thuộc đẳng quá trình nào? -Vận dụng định luật nào để giải bài toán? - Tóm tắt bài toán dưới dạng các thông số của mỗi trạng thái _Chú ý đơn vị áp suất: Pa=760mmHg=105Pa p1=(pa+gh)(Pa) -Vận dụng định luật Bôi-lơ- Ma riốt để giải bài toán -GV vẽ hình mô tả 3 trạng thái của ống khí -Yêu cầu học sinh: *Nhận xét: - Đối tượng khảo sát trong bài toán là gì? -Sự biến đổi trạng thái khí trong ống thuộc đẳng quá trình nào? *Vận dụng định luật nào để giải bài toán? - Tóm tắt bài toán, xác định các thông số của mỗi của mỗi trạng thái * hướng dấnHS:Từ ĐK cân bằng của cột thuỷ ngân,suy ra áp suất khí trong ống ở mỗi trạng thái (Chú ý đơn vị áp suất cho mỗi trạng thái) -Vận dụng định luật Bôi-lơ- Ma riốt để giải bài toán Yêu cầu học sinh: Nhận xét: sự biến đổi trạng thái khí trong bình thuộc đẳng quá trình nào? -Vận dụng định luật nào để giải bài toán? - Tóm tắt bài toán dưới dạng các thông số của mỗi trạng thái - Phân tích, tìm nguyên nhân gây ra lực F đẩy nút bật ra? -Tìm điều kiện để nút bị đẩy bật ra? -Tìm lực tối thiểu đẩy nút bật ra?- viết công thức xác định áp suất khí trong bình khi đó? -Vận dụng định luật Sac-lơ để tìmT? _ Vẽ hình biểu diễn quá trình biến đổi đẳng tích của lượng khí trong hệ p-t Nhận xét được: :- Đối tượng khảo sát trong bài toán là lượng khí không đổi trong bọt -Sự biến đổi trạng thái khí trong bọt thuộc quá trình đẳng nhiệt. -Vận dụng định luật Bôi-lơ- Ma riốt để giải bài toán này. - Tóm tắt bài toán: Trạng thái1 Trạngthái2 V1 V2=1,49V1 p1=pa+gh p2=pa Tìm h? Viết biếu thức định luật Bôi-lơ- Ma riốt và giải tìm h Bài 2 Nhận xét được: - Đối tượng khảo sát trong bài toán là lượng khí trong ống, bị ngăn cách với bên ngoài bởi cột thuỷ ngân h h1 B A B A 3 1 B A 2 h -Sự biến đổi trạng thái khí trong ống thuộc quá trình đẳng nhiệt. -Vận dụng định luật Bôi-lơ- Ma riốt để giải bài toán này. - Tóm tắt bài toán: Trạng p1= (pa-h)mmHg thái 1 V1=h1S Trạng p2=(pa+h)mmHg thái 2 V2=h2S Trạng p3=pammHg thái 3 V2=h3S -Viết biếu thức định luật Bôi-lơ- Ma riốt cho quá trình biến đổi trạng thái khí trong ống từ12 và từ 13, giải tìm pa và h3 Nhận xét: sự biến đổi trạng thái khí trong bình thuộc quá trình đẳng tích. -Vận dụng định luật Sac lơ để giải bài toán này Tóm tắt bài toán: Cổ bình:S= 12cm2, Fms=9N Khí trong bình:V = hằng số Trạng thái 1 Trạng thái 2 P0= 105Pa p? T? T0=273K -Tìm điều kiện để nút bị đẩy bật ra. -Tìm lực tối thiểu đẩy nút bật ra. Viết biểu thức định luật Saclơ tìm T Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi đẳng tích của lượng khí trong hệ p-t Bài 1. Lượng khí trong bọt khí có khối lượng và nhiệt độ không đổiSự biến đổi trạng thái khí trong bọt tuân theo định luật Bôi-lơ- Ma riốt . *Áp dụng định luật Bôilơ- Ma-ri-ốt ta có: Bài 2 Lượng khí trong ống khí có khối lượng và nhiệt độ không đổiSự biến đổi trạng thái khí trong ống tuân theo định luật Bôi-lơ- Ma riốt h3 h3 h2 Áp dụng định luật Bôi-lơ- Ma riốt ta có: a) p1V1=p2V2 (pa-h)h1=(pa+h)h2 Pa=743mmHg. b) p1V1=p3V3 (pa-h)h1=pah3 h3=137mm Bài 3 Phân tích *Lúc đầu, áp suất không khí ở hai bên nút là như nhau nên chưa có lưc nào đẩy nút ra. * Khi đun nóng khí trong bình, áp suất khí trong bình tăng gây nến sự chênh áp suât ∆p ở hai bên nút và tạo ra lực F đẩy nút bật ra. *Điều kiện để nút bật ra: -Lực tối thiểu đẩy nút bật ra: F= S∆p = Fms = 9N -Áp suất khí trong bình khi đó: p=p0+∆p=105+7500=107500Pa -Áp dụng định luật Sac-lơ: p *Đồ thị biểu diễn quá trình biến đổi đẳng tích của lượng khí trong hệ p-t t0C P0 00 o 20,5 p Hoạt động4: Củng cố, giao bài tập về nhà: _- Các bước giải bài tập về chất khí. Bài tập về nhà:6.11; 6.23 sách BTVL 3/ BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI VÀ PHƯƠNG TRÌNH CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP I/ MỤC TIÊU 1/ Kiến thức: -Học sinh hiếu, nhớ nội dung phương trình trạng thái của chất khí và phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP. - Biết vận dụng các phương trình để giải các bài tập về chất khí. 2/ Kỹ năng: Học sinh biết vận dụng các định luật thích hợp để giải quyết bài toán. II/ CHUẨN BỊ 1/ Giáo viên: -Chọn các bài tập phù hợp cho tiết học. 2/ Học sinh: Học kỹ nội dung các định luật chất khí, giải các bài tập SGK. III/ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Hoạt động 1(5 phút): Hỏi bài cũ -Nội dung, biếu thức phương trình trạng thái và phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP? -Điều kiện để áp dụng mỗi phương trình? Hoạt động 2( 5 phút): Giới thiệu bài tập Bài 1:Bài 3 trang 233 SGK Bài 2: Một bình chứa khí ở nhiệt độ 270C và áp suất 40atm. Hỏi khi một nửa lượng khí thoát ra ngoài thì áp suất của khí còn lại trong bình là bao nhiêu biết nhiệt độ của bình khi đó là 120C Bài 3:Một bình đựng khí hiđrô có thể tích 10 lít ở áp suất 50 atm bị nóng lên từ 70C đến 170C.Vì bình bị rò khí nên một phần khí hiđrô bị thoát ra ngoài, do đó áp suất của khí trong bình không thay đổi khi bị nóng lên. Tính khối lượng khí hiđrô bị thoát ra ngoài. Hoạt động 3( phút) Giải các bài tập Hỗ trợ của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét: -Đối tượng khảo sát trong bài tập? -Vận dụng phương trình hoặc định luật nào để giải bài toán?Vì sao? -Tóm tắt bài toán dưới dạng thông số của mỗi trạng thái. - Nêu hướng giải quyết bài toán? -Tìm thể tích lượng khí trong bình khi ở nhiệt độ và áp suất của bóng ? -Lập công thức tính số bóng n bơm được? Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét: -Đối tượng khảo sát trong bài tập? -Vận dụng phương trình hoặc định luật nào để giải bài toán?Vì sao? -Tóm tắt bài toán dưới dạng thông số của mỗi trạng thái. Vận dụng phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP cho mỗi lượng khí trong bình để giải bài toán Yêu cầu các nhóm học sinh vận dụng giải nhanh bài tập. Giáo viên nhận xét phương pháp giải và kết quả của các nhóm. Nhận xét được: -Đối tượng khảo sát trong bài tập là lượng khí trong bình. Vì lượng khí trong bình khi bơm sang các quả bóng có khối lượng không đổi, có các thông số thay đổi nên áp dụng phương trình trạng thái để giải bài toán này. -Tóm tắt bài toán -Áp dụng phương trình trạng thái tìm V2 -Lập công thức tính số bóng n bơm được Nhận xét được: -Đối tượng khảo sát trong bài tập là hai lượng khí khác nhau trong bình. -Vì trong bình có hai lượng khí khác nhau nên ta áp dụng phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP để giải bài toán này -Tóm tắt bài toán Viết phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP cho mỗi lượng khí trong bình. Giải và xác định p2 Các nhóm thảo luận và giải bài tập. Bài 1 _ Dùng chỉ số 1 và 2 để biểu thị trạng thái khí trong bình lúc đầu và khi ở áp suất và nhiệt độ của bóng. Trạng thái 1 p1=5 MPa= 106 Pa T1=t1+ 273= 310K V1= 50lít Trạng thái2 p2=1,05.105Pa T2=12+ 273= 285K V2? Áp dụng phương trình trạng thái ta có Thể tích lượng khí trong bình khi ở nhiệt độ và áp suất của bóng là Gọi n là số quả bóng bơm được từ khí trong bình V2= V1+ nVbóng n= (V2-V1): Vbóng n= (2189-50):10=214 quả Bài 2 _ Dùng chỉ số 1 và 2 để biểu thị trạng thái đầu và cuối của lượng khí chứa trong bình. Trạng thái1 (khí chưa thoát ra ngoài) Khối lượng khí:m1 p1= 40atm V1=V T1=27+273=300K Trạng thái 2 m2=m1/2 V2=V T2=12+273=285K p2? Áp dụng phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP cho: Trạng thái 1: (1) Trạng thái 2: Từ (1) và (2) suy ra: Bài 3 Ký hiệu lượng khí thoát ra là m, đồng thời dùng chỉ số 1 và 2 để biểu thị trạng thái đầu và cuối của lượng khí chứa trong bình Áp dụng phương trình CLA-PÊ-RÔN- MEN ĐÊ- LÊ-ÉP cho: Trạng thái 1: (3) Trạng thái 2: Lượng khí thoát ra ngoài: Thay số: m =1,5g Hoạt động 4(5 phút): Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà: Củng cố: Phương pháp giải bài tập về các định luật chất khí: + Xác định lượng khí cần khảo sát. + Xác định các thông số cúa mỗi trạng thái của lượng khí . + Vận dụng các định luật thích hợp để giải bài toán. Bài tập về nhà:6.15, 6.18, 6.19, 6.21 sách BTVL.