Giáo án Vật lý khối 10 - Trường THPT Nhã Nam - Chương IV: Cơ học chất lỏng

Chương IV Cơ học chất lỏng Tiết 58 áp suất thuỷ tĩnh - Định luật Paxcan A. Mục tiêu: +Phân biệt được áp lực và áp suất +Định nghĩa được áp suất thuỷ tĩnh và áp suất khí quyển +Thiết lập được hệ thức cơ bản của thuỷ tĩnh học. Từ đó rút ra được những hệ quả +Phát biểu được định luật Paxcan. +Giải thích được một số ứng dụng phổ biến của định luật Paxcan B. Chuẩn bị: 1. GV: Chuẩn bị tranh vẽ: Bình thông nhau, máy nén thuỷ lực 2. HS: Ôn lại các khái niệm áp lực và áp suất đã học ở lớp 8 C. Tổ chức các hoạt động dạy học : Hoạt động 1: Hệ thống hoá các kiến thức về áp suất thuỷ tĩnh. GV: +Ra hệ thống câu hỏi để nhắc lại và hệ thống hoá các kiến thức đã được học ở cấp II về áp lực, áp suất thuỷ tĩnh và áp suất khí quyển. *Viết bảng: I. áp suất thuỷ tĩnh: 1. Khái niệm về áp lực và áp suất: a) áp lực trên một mặt là lực ép (nén) tác dụng theo phương vuông góc với mặt đó b) áp suất tại mọi điểm trên một mặt bị ép (nén) là độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích của mặt đó. p = . Đơn vị áp suất: 1pa = 1N/m2 1bar = 105pa 1mb = 10-3bar = 102pa 2. Chất lỏng cân bằng và áp suất thuỷ tĩnh. *Chất lỏng cân bằng là chất lỏng nằm yên trong một bình cố định. *áp suất thuỷ tĩnh: . áp suất thuỷ tĩnh, là áp suất tại một điểm trong lòng khối chất lỏng cân bằng, chỉ phụ thuộc vị trí điểm khảo sát so với mặt thoáng của khối chất lỏng tính theo phương thẳng đứng. . p = với là áp lực do chất lỏng nén diện tích rất nhỏ có chứa điểm khảo sát và không phụ thuộc cách đặt 3. áp suất khí quyển: . Một vật đặt trong vùng không gian có khí quyển cũng chịu áp suất do khí quyển gây ra và cũng được tính tương tự như áp suất thuỷ tĩnh. . Các đơn vị thường dùng của áp suất khí quyển: 1mmHg = 1torr = 1,33.102 pa 1atm (atmôtphe vật lí) = 1,013.105Pa 1at (atmôtphe kĩ thuật) = 0,981.105Pa HS: Theo dỗi gv trình bày và trả lời các câu hỏi của gv như sau: . Thế nào là áp lực? . So sánh áp lực và lực pháp tuyến? . Thế nào là áp suất? viết công thức áp suất theo áp lực? Từ đó cho biết đơn vị của áp suất? . Thí nghiệm hình 26.1 cho biết điều gì? . Cho biết công thức áp suất gây bởi cột chất lỏng? và chỉ rõ các đại lượng trong công thức? ?Khí quyển có gây áp suất không? Càng lên cao áp suất khí quyển càng giảm hay càng tăng? Vì sao? . Đơn vị thường dùng của áp suất khí quyển là gì? Hoạt động 2: Thông báo nội dung định luật cơ bản của thuỷ tĩnh học. II. Định luật cơ bản của thuỷ tĩnh học: GV +Yêu cầu học sinh đọc mục II sgk +Đặt câu hỏi cho học sinh để kiểm tra kết quả thu được *Viết bảng: 1. Nội dung định luật: Hiệu áp suất giữa hai điểm A và B cùng nằm trong một chất lỏng cân bằng có gía trị bằng trọng lượng của khối chất lỏng đó chứa trong một hình trụ thẳng đứng, đáy có diện tích bằng một đơn vị và chiều cao bằng hiệu hai độ sâu của hai điểm A và B pA - pB = g (hA-hB) . Phạm vi áp dụng: + Cho chất lỏng cân bằng và đồng tính tại mọi điểm + Cho chất khí cân bằng và mật độ như nhau ở mọi điểm 2. Hệ quả: + Càng xuống sâu áp suất chất lỏng càng tăng + Tại các điểm trong lòng khối chất lỏng trên cùng một mp ngang có áp suất bằng nhau +Mặt thoáng của các bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng cân bằng thì thuộc cùng một mặt phẳng ngang HS +Đọc mục II sgk và trả lời các câu hỏi sau: . Từ thí nghiệm 26.2 hãy xây dựng công thức tính áp suất gây bởi cột chất lỏng. . Tìm hiệu áp suất giữa hai điểm trong lòng khối chất lỏng cân bằng . Trả lời câu hỏi C2 . Giải bài toán ví dụ sgk Hoạt động 3: Nhắc lại định luật Paxcan và các ứng dụng. III. Định luật Paxcan và ứng dụng: GV +Yêu cầu học sinh đọc mục III sgk + Ra hệ thống câu hỏi để kiểm tra kết quả tự đọc của học sinh * Viết bảng: 1. Nội dung định luật: Khi một chất lỏng được giam kín trong một bình không biến dạng chịu một tác dụng tăng áp từ bên ngoài thì tác dụng này được truyền đến mọi điểm của chất lỏng và độ tăng áp suất tại mọi điểm là như nhau. . Phạm vi áp dụng: + Cho chất lỏng không chịu nén và bị giam trong một bình kín 2. ứng dụng: + Máy nén thuỷ lực + Phanh thuỷ lực HS +Đọc mục III sgk +Phát biểu nội dung định luật Paxcan và ứng dụng của nó. Hoạt động 4: Tổng kết bài GV: +Yêu cầu học sinh trả lời tại lớp các câu hỏi 1,2,3,4,5 sgk +Giao công việc về nhà HS: +Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 sgk +Về nhà hoàn thành các câu hỏi và bài tập sgk Tiết 59 Chuyển động của chất lỏng - Định luật Becnuli A. Mục tiêu: +Phát biểu được những đặc điểm của sự chảy ổn định của một chất lỏng +Phát biểu được định nghĩa về lưu lượng (thể tích) + Phát biểu được định luật bảo toàn dòng + Thiết lập được định luật Becnuli +Từ định luật Becnuli suy ra được những hệ quả: Công thức Tôrixenli, hiện tượng Venturi... B. Chuẩn bị: 1. GV: Chuẩn bị tranh vẽ hình 27.5; 27.6 và 27.8 sgk 2. HS: Ôn lại định lí biến thiên động năng C. Tổ chức các hoạt động dạy học : Hoạt động 1: Trình bày về sự chảy ổn định của chất lỏng: GV: +Thông báo tích cực nội dung mục I sgk *Viết bảng: I. Sự chảy ổn định của chất lỏng: GV: hướng dẫn học sinh đọc hiểu mục I.1,2.3 sgk sau đó tổng kết lại và viết bảng các ý chính. 1. Khái niệm về chảy thành lớp và đường dòng: +Khi chất lỏng và chất khí (gọi chung là chất lưu) chuyển động với vận tốc nhỏ trong ống thì các lớp chất lưu chuyển động song song với nhau, một phần tử của một lớp chất nào đó khi chuyển động vẫn nằm trong lớp ấy, không nhảy sang lớp khác (số nhảy sang lớp khác vì chuyển động nhiệt không đáng kể). Chuyển động như vậy gọi là chuyển động thành lớp. +Nếu vận tốc chuyển động của các lớp khác nhau nhiều thì các phân tử của lớp này nhảy sang lớp khác tạo thành xoáy. Chuyển động như vậy gọi là chuyển động xoáy và rất phức tạp. +Trong chuyển động thành lớp, có thể vạch ra những đường tưởng tượng có hướng ở mỗi điểm trùng với hướng vận tốc phân tử chất lưu đi qua điểm ấy. Những đường này gọi là đường dòng và nó cụ thể hoá quĩ đạo của các phân tử. +Các đường dòng đi qua chu vi một diện tích S họp thành một ống dòng. Nếu tiết diện S là nhỏ thì có thể coi vận tốc chảy là như nhau ở mọi điểm của S. 2. Điều kiện chảy ổn định: +Tại mỗi điểm xác định trong dòng chất lỏng, vận tốc chảy của chất lỏng không phụ thuộc vào thời gian +Chất lỏng chảy không có xoáy tức là trên một tiết diện thẳng của dòng chảy vận tốc các phần tử của các đường dòng là như nhau và vì vậy các đường dòng không thay đổi với thời gian. +Không có ma sát giữa các lớp (không nhớt), chất lỏng đồng tính và không nén được. 3. Lưu lượng chất lỏng: Lưu lượng chất lỏng qua một diện tích S là đại lượng đo bằng thể tích chất lỏng chảy qua S trong một đơn vị thời gian: q = S.v (m3/s) (v vận tốc chất lỏng tại S) q : gọi là lưu lượng thể tích hay gọi tắt là lưu lượng qm: gọi là lưu lượng khối 4. Định luật bảo toàn dòng đối với chất lỏng lí tưởng chảy ổn định: GV: + Cho học sinh đọc mục I.3 sgk + Yêu cầu một học sinh lên bảng thiết lập biểu thức của định luật bảo toàn dòng * Viết bảng: +Nội dung định luật: Khi một chất lỏng lí tưởng chảy ổn định trong một ống dẫn thì lưu lượng của chất lỏng tại mọi tiết diện ngang của ống dẫn là như nhau. S1v1 = S2v2 hay S.v = const +Phạm vi áp dụng: . Cho chất lỏng lí tưởng, chảy ổn định trong ống dẫn . Cho chất khí chuyển động ổn định thành dòng trong ống dẫn với vận tốc không lớn HS: +Đọc theo hướng dẫn của gv +Từ định nghĩa lưu lượng chất lỏng hãy đưa ra biểu thức lưu lượng chất lỏng? +Trả lời câu hỏi C1 +Giải bài toán ví dụ sgk Hoạt động 2: Xây dựng biểu thức định luật becnuli. II. Định luật Becnuli: GV +Yêu cầu học sinh đọc mục II sgk +Sau đó dẫn dắt học sinh xây dựng được biểu thức định luật Becnuli *Viết bảng: *Xét một đoạn ống dòng chất lưu giới hạn bởi hai diện tích S1 và S2; V1 và V2 là các vận tốc chảy ở S1 và S2; là khối lượng riêng của chất lỏng; p1 và p2 là các áp suất tĩnh tại các diện tích S1 và S2 , * Phương trình Becnuli như sau: gh2 + p2 + =gh1 +p1 + hay gh + p + = h/số Trong đó: . h1, h2 là các độ cao của các điểm khảo sát so với một mốc thế năng chọn trước. . p1 và p2 là các áp suất tĩnh tại các diện tích S1 và S2 , được đo bằng cột chất lỏng trong ống áp kế a có miệng song song dòng chảy. . gh là " áp suất trắc địa", phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất hoặc một mặt phẳng nằm ngang nào đó chọn làm mốc. . gọi là "áp suất động" phụ thuộc vào vận tốc chất lưu. Để đo áp suất động tại một diện tích nào đó người ta dùng cả ống áp kế a và ống áp kế chắn dòng chảy b. Nước dâng lên trong ống b do cả áp suất tĩnh và áp suất động gây nên, ống này gọi là ống Pitô. Chênh lệch mực chất lỏng trong ống b và ống a sẽ đo áp suất động. * Phạm vi áp dụng: . Cho chất lỏng lí tưởng, chảy ổn định trong ống dẫn . Cho chất khí chuyển động ổn định thành dòng trong ống dẫn với vận tốc không lớn *Hệ quả: Hệ quả 1: Hiện tượng Venturi Nếu ống nằm ngang thì phương trình Becnuli trở thành: p2 + = p1 + hay p + = h/số Như vậy tại những chỗ ống hẹp, chất lưu chảy nhanh hơn nên áp suất động lớn vì vậy áp suất tĩnh sẽ thấp. Đó là hiện tượng Venturi Hệ quả 2: +Nếu chất lỏng trong bình đứng yên thì ta có phương trình áp suất thuỷ tĩnh học. Hệ quả 3:. Công thức Torixeli: Một bình chứa chất lỏng có một lỗ rất nhỏ ở thành bình sâu khoảng h so với mặt thoáng. Vận dụng phương trình Becnuli cho ống dòng tưởng tượng giữa mặt thoáng có tiết diện S1 và lỗ có tiết diện S2. Mặt thoáng hạ thấp rất chậm nên V1=0. Gọi V là vận tốc của chất lỏng phụt ra khỏi lỗ. áp suất ở cả hai tiết diện đều bằng áp suất khí quyển po. Phương trình Becnuli cho ta: gh1 + po = gh2 + p0 + với h1-h2 = h V = (S2<<S1) Đó là công thức Torixeli về vận tốc chất lỏng phụt ra từ một lỗ của thành bình. Hệ quả 4: Bộ chế hoà khí sgk Hệ quả 5: Lực tác dụng lên hai tàu thuỷ chuyển động song song: sgk Hệ quả 6: Hiệu ứng lực nâng: sgk HS +Đọc mục II sgk và xây dựng biểu thức định luật Becnuli theo hệ thống câu hỏi của gv như sau Hoạt động 3: Tổng kết bài GV: +Yêu cầu học sinh trả lời tại lớp các câu hỏi 1,2,3,4,5 sgk +Giao công việc về nhà HS: +Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 sgk +Về nhà hoàn thành các câu hỏi và bài tập sgk