BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 9
ÁP SUẤT - ÁP SUẤT CHẤT LỎNG - ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN - LỰC ĐẨY AC-SI-MET
I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
1/ Áp suất:
- Công thức tính áp suất:
\(P = \frac{F}{S} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}
F = P.S\\
S = \frac{F}{P}
\end{array} \right.\)
- Đơn vị áp suất là paxcan(Pa):
\(1Pa = \frac{{1N}}{{1{m^2}}}\)
2/ Áp suất chất lỏng:
- Chất lỏng đựng trong bình sẽ gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và mọi vật đặt trong nó.
- Công thức tính áp suất chất lỏng: P = d.h
\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}
d = \frac{P}{h}\\
h = \frac{P}{d}
\end{array} \right.\)
( Với d là trọng lượng riêng của chất lỏng; h là chiều cao (độ sâu) của cột chất lỏng tính từ mặt thoáng chất lỏng)
Chú ý:
Trong cột chất lỏng đứng yên, áp suất của mọi điểm trên cùng mặt phẳng nằm ngang có độ lớn như nhau (cùng độ sâu)
Một vật nằm trong lòng chất lỏng, thì ngoài áp suất chất lỏng, vật còn chịu thêm áp suất khí quyển do chất lỏng truyền tới.
3/ Bình thông nhau:
- Trong bình thông nhau chứa cùng chất lỏng đứng yên, các mặt thoáng của chất lỏng ở các nhánh khác nhau đều ở một độ cao.
- Trong bình thông nhau chứa hai hay nhiều chất lỏng không hòa tan, thì mực mặt thoáng không bằng nhau, trong trường hợp này áp suất tại mọi điểm trên cùng mặt phẳng nằm ngang có giá trị bằng nhau.
- Bài toán máy dùng chất lỏng: Áp suất tác dụng lên chất lỏng được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
+ Xác định độ lớn của lực: Xác định diện tích của pittông lớn, pittông nhỏ.
+ Đổi đơn vị thích hợp.
\(\frac{F}{f} = \frac{S}{s} \Rightarrow F = \frac{{f.S}}{s} \Rightarrow f = \frac{{Fs}}{S} \Rightarrow s = \frac{{fS}}{F} \Rightarrow S = \frac{{Fs}}{f}\)
4/ Áp suất khí quyển:
- Do không khí có trọng lượng nên Trái Đất và mọi vật trên Trái Đất chịu tác dụng của áp suất khí quyển. Giống như áp suất chất lỏng áp suất này tác dụng theo mọi phương.
- Áp suất khí quyển được xác định bằng áp suất cột thủy ngân trong ống Tô-ri-xe-li.
- Đơn vị của áp suất khí quyển là mmHg (760mmHg = 1,03.105Pa)
- Càng lên cao áp suất khí quyển càng giảm ( cứ lên cao 12m thì giảm 1mmHg).
5/ Lực đẩy Acsimet:
- Mọi vật nhúng trong chất lỏng đều bị chất lỏng đẩy thẳng đứng từ dưới lên với một lực có độ lớn bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ. Lực này được gọi là lực đẩy Acsimet.
- Công thức tính: FA = d.V
- Điều kiện vật nổi, chìm, lơ lửng:
+ FA > P => Vật nổi
+ FA = P => Vật lơ lửng
+ FA < P => Vật chìm
II - BÀI TẬP ÁP DỤNG:
Bài 1: Bình thông nhau gồm hai nhánh hình trụ tiết diện lần lượt là S1, S2 có chứa nước như hình vẽ. Trên mặt nước
có đặt các pittông mỏng, khối lượng m1, m2 . Mực nước hai nhánh chênh nhau một đoạn h = 10cm.
a. Tính khối lượng m của quả cân đặt lên pittông lớn để mực nước ở hai nhánh ngang nhau.
b. Nếu đặt quả cân sang pittông nhỏ thì mực nước hai nhánh lúc bấy giờ sẽ chênh nhau một đoạn H bằng bao nhiêu?
Cho khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m3, S1 = 200cm2, S2 = 100cm2 và bỏ qua áp suất khí quyển.
Hướng dẫn giải:
a. -Áp suất ở mặt dưới pittông nhỏ là :
\(\begin{array}{l}
\frac{{10{m_2}}}{{{S_2}}} = \frac{{10{m_1}}}{{{S_1}}} + 10Dh\\
\frac{{{m_2}}}{{{S_2}}} = \frac{{{m_1}}}{{{S_1}}} + Dh
\end{array}\) (1)
- Khi đặt quả cân m lên pittông lớn mực nước ở hai bên ngang nhau nên:
\(\frac{{10{m_2}}}{{{S_2}}} = \frac{{10({m_1} + m)}}{{{S_1}}} \Leftrightarrow \frac{{{m_2}}}{{{S_2}}} = \frac{{{m_1} + m}}{{{S_1}}}\) (2)
Từ (1) và (2) ta có :
\(\begin{array}{l}
\frac{{{m_1} + m}}{{{S_1}}} = \frac{{{m_1}}}{{{S_1}}} + 10Dh\\
\frac{m}{{{S_1}}} = D.h
\end{array}\)
=> m = DS1h = 2kg
b. Khi chuyển quả cân sang pittông nhỏ thì ta có :
\(\begin{array}{l}
\frac{{10({m_2} + m)}}{{{S_2}}} = \frac{{10{m_1}}}{{{S_1}}} + 10DH\\
\frac{{{m_2} + m}}{{{S_2}}} = \frac{{{m_1}}}{{{S_1}}} + Dh\\
\frac{{{m_2} + m}}{{{S_2}}} = \frac{{{m_1}}}{{{S_1}}} + Dh
\end{array}\) (3)
Kết hợp (1), (3) và m = DhS1 ta có :
H = h( 1 + S1/S2)
H = 0,3m
Bài 2:Trong một bình nước hình trụ có một khối nước đá nổi được giữ bằng một sợi dây nhẹ, không giãn (xem hình vẽ bên). Biết lúc đầu sức căng của sợi dây là 10N. Hỏi mực nước trong bình sẽ thay đổi như thế nào, nếu khối nước đá tan hết? Cho diện tích mặt thoáng của nước trong bình là 100cm2 và khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3.
Hướng dẫn giải:
Nếu thả khối nước đá nổi (không buộc dây) thì khi nước đá tan hết, mực nước trong bình sẽ thay đổi không đáng kể.
Khi buộc bằng dây và dây bị căng chứng tỏ khối nước đá đã chìm sâu hơn so với khi thả nổi một thể tích DV, khi đó lực đẩy Ac-si-met lên phần nước đá ngập thêm này tạo nên sức căng của sợi dây.
Ta có: FA = 10.DV.D = F
<=> 10.S.Dh.D = F (với Dh là mực nước dâng cao hơn so với khi khối nước đá thả nổi)
=> Dh = F/10.S.D = 0,1(m)
Vậy khi khối nước đá tan hết thì mực nước trong bình sẽ hạ xuống 0,1m
Bài 3: Một khối gổ hình hộp đáy vuông ,chiều cao h=19cm, nhỏ hơn cạnh đáy, có khối lượng riêng Dg=880kg/m3được thả trong một bình nước. Đổ thêm vào bình một chất dầu (khối lượng riêng Dd=700kg/m3), không trộn lẫn được với nước.
a/ Tính chiều cao của phần chìm trong nước.Biết trọng lượng riêng của nước dn=10000N/m3
b/ Để xác định nhiệt dung riêng của dầu Cx người ta thực hiện thí nghiệm như sau:Đổ khối lượng nước mn vào một nhiệt lượng kế khối lượng mk.Cho dòng điện chạy qua nhiệt lượng kế để nung nóng nước.Sau thời gian T1 nhiệt độ của nhiệt lượng kế và nước tăng lên Δt1 (0C).Thay nước bằng dầu với khối lượng md và lặp lại các bước thí nghiệm như trên. Sau thời gian nung T2 nhiệt độ của nhiệt lượng kế và dầu tăng lên Δt2 (0C).Để tiện tính toán có thể chọn mn=md=mk=m.Bỏ qua sự mất mát nhiệt lượng trong quá trình nung nóng.Hãy tính cx.
(Biết Δt1=9,20C Δt2=16,20C. cn=4200J/KgK; ck=380J/KgK. Cho rằng T1 = T2)
Hướng dẫn giải:
a/ Gọi h1 và h2lần lượct là phần gổ chìm trong nước và trong dầu:
h=h1+h2=19(cm) (1)
Khối gổ chịu tác dụng của ba lực cân bằng nhau:
-Trọng lực:P=dg.V=dg.S.h
-Lực đẩy Ac-si-met của nước:Fn=dnS.h1
-Lực đẩy Ac-si-met của dầu : Fd=ddS.h2
Ta có: Fn+Fd=P
óddS.h2+dnS.h1=dg.S.h
ódd.h2+dn.h1=dg.h
ó7000h2+10000h1=8000.19
ó7h2+10h1=167,2 (2)
Thay (1) vào (2),suy ra:
3h1=34,2 =>h1=11,4(cm) :
h2=19-11,2=7,6 (cm)
Vậy :-phần chìm trong nước là 11,4(cm)
-phần chìm trong dầu là 7,6(cm)
b/ Nhiệt lượng mà nước và nhiệt lượng kế hấp thu:
Q1=(mn.cn+mk.ck)Δt1 =m(4200+380)9,2=42136m
Nhiệt lượng mà dầu và nhiệt lượng kế hấp thu:
Q2=(md.cd+mk.ck)Δt2 =m(cd+380)16,2
Dùng một loại dây nung do đó công suất như nhau và thời gian T1=T2 nên Q1=Q2
<=> 42136m=m(cd+380)16,2
=> cd=2221J/Kg.K
...
---(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)---
Trên đây là trich dẫn một phần nội dung tài liệu Chuyên đề Bồi dưỡng HSG môn Vật Lý 9 - Chủ đề Áp suất và Lực đẩy Ác-si-met năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
