PHẦN I: MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Vật lý là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật và công nghệ quan trọng. Sự
phát triển của vật lý học gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại, trực tiếp với sự
tiến bộ của khoa học, kỹ thuật và công nghệ. Vì vậy, những hiểu biết và nhận
thức về vật lý có giá trị to lớn trong đời sống và sản suất, đặc biệt trong công
cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Môn vật lý có những khả năng
to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh kỹ năng tư duy bậc cao và hình thành
niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự nhiên cũng như khả năng
nhận thức của con người, khả năng ứng dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất cải
thiện đời sống.
Một trong những phương tiện giúp các em củng cố, ôn tập kiến thức vật lí
một cách sinh động là thực hiện giải các bài tập. Việc giải bài tập vật lý giúp các
em đào sâu, mở rộng kiến thức; rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào
thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát; giải bài tập là một
trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh. Ngoài ra, nó còn giúp
các em phát triển khả năng tư duy sáng tạo cũng như giúp các em tự kiểm tra
mức độ nắm vững kiến thức của bản thân.
Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy khi giải bài tập về cơ học chất
lưu của chương trình Vật lý lớp 8 các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải
bài tập vật lý như: không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng
được lý thuyết vào việc giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều
phần của chương trình để giải quyết một vấn đề chung,...hay khi giải các bài tập
thì thường áp dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa
vật lý của chúng. Mặt khác trong phân phối chương trình vật lí 8 trong chương
cơ học chỉ có tiết lí thuyết mà không có tiết bài tập để cũng cố phần kiến thức
này.
Xuất phát từ các lí do trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “PHÂN DẠNG VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CƠ HỌC CHẤT LƯU VẬT LÍ 8” nhằm
tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh
có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu được ý nghĩa vật lý của từng bài đã
giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy,...
giúp các em học tập môn Vật lý tốt hơn.
II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về phương pháp giải bài tập vật lí.
- Nghiên cứu lí thuyết phần cơ học chất lưu chương trình vật lí 8
- Phân dạng bài tập và xây dựng phương pháp giải các dạng bài tập đó.
III. Phạm vi nghiên cứu
- Kiến thức phần cơ học chất lưu cụ thể là kiến thức từ bài 7 “Áp suất” đến bài
12 “Sự nổi” trong chương trình vật lí 8.
IV. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại và hệ thống hóa tài liệu sách giáo
khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo.
- Tổng hợp, phân tích, đề xuất phương pháp giải các bài tập minh họa từ kinh
nghiệm giảng dạy thực tế.
- Phương pháp thống kê: dựa trên bài kiểm tra của học sinh.
V. Đóng góp của đề tài
Nếu đề tài nghiên cứu thành công giúp:
- Giáo viên: Có thêm tài liệu tham khảo có thể sử dụng phát hiện và bồi dưỡng
học sinh giỏi.
PHẦN II: NỘI DUNG
I. Cơ sở lí luận về phương pháp chung cho việc giải bài tập vật lí
Dàn bài chung cho việc giải bài tập vật lý gồm các bước chính sau:
1. Tìm hiểu đề bài:
Đọc kỹ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt những dữ
kiện đã cho và những ẩn số cần tìm.
Tóm tắt đề bài hay vẽ hình diễn đạt các điều kiện của đề bài.
2. Phân tích hiện tượng:
Tìm xem các dữ kiện đã cho có liên quan đến những khái niệm,hiện tượng, quy
tắc, định luật vật lý nào.
Hình dung các hiện tượng diễn ra như thế nào và bị chi phối bởi những định luật
nào nhằm hiểu rỏ dược bản chất của hiện tượng để có cơ sở áp dụng các công
thức chính xác, tránh mò mẫm và áp dụng máy móc các công thức.
3. Xây dựng lập luận:
Xây dựng lập luận là tìm mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện đã cho. Đây là bước
quan trọng của quá trình giải bài tập. Cần phải vận dụng những định luật, quy
tắc, công thức vật lý để thiết lập mối quan hệ nêu trên. Có thể đi theo hai hướng
để đưa đến kết quả cuối cùng:
- Xuất phát từ ẩn số, đi tìm mối quan hệ giữa một ẩn số với một đại lượng nào
đó bằng một định luật, một công thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận
hay biến đổi công thức đó theo các dữ kiện đã cho để dẫn đến công thức cuối
cùng chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho.
- Xuất phát từ những dữ kiện của đề bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các
công thức diễn đạt mối quan hệ giữa điều kiện đã cho với các đại lượng khác để
đi đến công thức cuối cùng chỉ chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho.
4. Biện luận:
Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều
kiện của đề bài và không phù hợp với thực tế.
Kiểm tra xem đã giải quyết hết các yêu cầu của bài toán chưa; kiểm tra kết quả
tính toán, đơn vị hoặc có thể giải lại bài toán bằng cách khác xem có cùng kết
quả không.
II. Thực trạng
III. Phân dạng và phương pháp giải bài tập cơ học chất lưu vật lí 8.
A. Cơ sở lí thuyết
1. Áp suất
Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép.
Trong đó: F là áp lực, đơn vị là N
S là diện tích bị ép, đơn vị là m2
là áp suất, đơn vị là Pa, 1Pa = 1 N/m2
2. Áp suất chất lỏng
- Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên đáy bình thành bình và các vật ở
trong lòng nó.
- Công thức tính áp suất chất lỏng:
d.h
Trong đó: d là trọng lượng riêng của chất lỏng, đơn vị là N/m3
h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất đến mặt thoáng của chất lỏng, đơn vị là m.
là áp suất chất lỏng tại điểm đang xét, đơn vị Pa.
- Áp suất tại một điểm trong lòng chất lỏng có độ sâu h so với mặt
thoáng:
p0 + d.h
Trong đó: p0 là áp suất khí quyển.
Ngoài ra, còn dùng đơn vị mmHg hoặc cmHg để đo áp suất chất lỏng hoặc áp
suất khí quyển: 1 mmHg = 136 N/m2.
Chú ý: Trong một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm có cùng độ
sâu(so với mặt thoáng) thì có độ lớn như nhau.
3. Bình thông nhau
- Bình thông nhau chứa cùng một
chất lỏng đứng yên, các mực chất
lỏng ở các nhánh luôn ở cùng độ cao.
- Bình thông nhau chứa nhiều chất
lỏng khác nhau đứng yên, những
điểm trên cùng mặt ngang(trong cùng
một chất lỏng) thì có áp suất bằng
nhau(như hình bên).
p0 + d1.h1
p0 + d2.h2
=
4. Nguyên lí Paxcal - Máy nén thủy lực
- Nguyên lí Paxcal: Áp suất tác dụng lên chất lỏng đựng trong bình kín
được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi phương.
- Máy nén thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lí Paxcal:
Trong đó: S, s là diện tích của pittông lớn và pittông nhỏ (m2)
f là lực tác dụng lên pittông nhỏ (N)
F là lực tác dụng lên pittông lớn (N)
Chú ý: Thể tích của chất lỏng chuyển từ pittong này sang pittong kia là như nhau
nên: V = S.H = s.h
(H, h là đoạn đường di chuyển của pittông lớn và pittông nhỏ)
A
h
1
h
2
d1
d2
B
Do đó ta có
5. Lực đẩy Acsimet – Vật nổi
a. Lực đẩy Acsimet
- Mọi vật nhúng trong chất lỏng đều chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet.
- Lực đẩy Acsimet do chất lỏng tác dụng lên vật có:
+ phương thẳng đứng
+ chiều hướng từ dưới lên
+ độ lớn được tính bằng công thức:
FA = d.V
Trong đó: FA là lực đẩy Acsimet (N)
d là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/ m3)
V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ- hay thể tích phần vật chìm trong
chất lỏng (m3)
b. Sự nổi:
Nếu FA > P : vật nổi
Nếu FA = P : vật lơ lửng
Nếu FA < P : vật chìm
Ngoài ra để làm tốt được các bài tập phần này học sinh cần nắm chắc một số
các kiến thức và kĩ năng sau:
- Cách biểu diễn lực: lực được biểu diễn bằng một mũi tên có:
+ Gốc là điểm đặt của lực
+ Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực
+ Độ dài biểu thị cường độ của lực theo tỉ lệ xích nhất định
- Biểu diễn được các lực đã học tác dụng lên vật như: trọng lực, lực đàn
hồi, lực đẩy Acsimet.
- Sự cân bằng lực: Dưới tác dụng của hai hay nhiều lực cân bằng, một vật
đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động
thẳng đều.
- Một số công thức liên hệ:
+ Trọng lượng và khối lượng: P = 10.m
+ Trọng lượng riêng và khối lượng riêng: d = 10.D
+ Trọng lượng: P = d.V
+ Khối lượng: m = D.V
B. Các dạng bài tập và phương pháp giải
* Dạng 1: Bài tập về tính áp suất
Bài 1: Khối lượng riêng của nước biển là D = 1,0.103kg/m3, áp suất khí quyển
là p0 = 1,0336.105Pa thì ở độ sâu 1000m dưới mực nước biển có áp suất là bao
nhiêu?
1. Tóm tắt:
Cho: D = 1,0.103kg/m3; p0 = 1,0336.105Pa; h =1000m
p= ?
2. Hướng dẫn giải:
- Áp dụng công thức áp suất phụ thuộc vào độ sâu:
p = p0 + d.h
Theo đề bài đã biết p0 = 1,01.105 Pa, độ sâu h =1000m
Trọng lượng riêng của nước là: d = 10.D
Suy ra áp suất ở độ sâu 1000m dưới mực nước biển là:
p = p0 + 10. D. H = 1,0336. 105 + 10. 1,0.103. 1000 = 101,0336. 105 (Pa)
Bài 2: Một tàu ngầm khi lặn có boong trên cách mặt nước biển là 18m, khoảng
cách từ đáy tàu tới boong là 6m. Khối lượng riêng của nước biển là 1030 kg/ m3.
Tính:
a) Áp suất do nước biển tác dụng lên boong tàu và đáy tàu.
b) Để nổi lên mặt nước, cần tháo hết nước trong các khoang chứa bằng cách
bơm không khí nén vào đó. Áp suất khí nén đó tối thiểu phải bằng bao nhiêu?
Cho áp suất của khí quyển là p0 = 1,0336.105N/m2.
1. Tóm tắt:
Cho: h1 = 18m; a = 6m; D = 1030 kg/ m3;
= 1,0336.105N/m2
a) p1 = ? p2 = ?
b) pmin = ?
2. Hướng dẫn giải
a) Áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng tại điểm có độ sâu h so với mặt
thoáng là p = d. H
- Áp suất do nước biển tác p0 dụng lên boong tàu:
p1 = d. h1 = 10. D . h1 = 10 . 1030 . 18 = 185 400 (N/m2)
- Đáy cách mặt nước một khoảng là: h2 = h1 + a = 18 + 6 = 24 (m)
Áp suất do nước biển tác dụng lên boong tàu:
p2 = d. h2 = 10. D . h2 = 10 . 1030 . 24 = 247 200 (N/m2)
b) Muốn tháo hết nước trong các khoang chứa bằng cách bơm không khí nén
vào đó thì áp suất khí nén tác dụng lên nước trong các khoang chứa phải thắng
được tổng áp suất của nước biển tác dụng lên đáy tàu và áp suất khí quyển.
Vậy áp suất khí nén tối thiểu là:
pmin = p2 + p0 = 247 200 + 1,0336 .105 = 350 560 (N/m2)
Bài 3: Trên một chiếc thuyền đánh cá đang trên đường trở về đất liền, một ngư
dân đã phát hiện đáy tàu của mình có một lỗ thủng diện tích khoảng 20cm2.
Người ngư dân đó muốn tạm thời bịt lỗ thủng đó lại bằng cách đặt một vật nặng
phẳng vào chỗ thủng. Giả sử độ sâu của lỗ thủng so với mặt nước biển là 2,5m,
áp suất khí quyển p0=1,0336.105 N/m2, khối lượng riêng của nước biển là 1030
kg/ m3. Hỏi vật nặng mà ngư dân đó dùng để bịt lỗ thủng phải có khối lượng tối
thiểu là bao nhiêu?
1.Tóm tắt:
Cho: S = 20 cm2 = 0,0020 m2; h = 2,5 m;
p0=1,0336.105 N/m2; D = 1030 kg/ m3
m =?
2. Hướng dẫn giải:
- Đặc điểm của áp suất chất lỏng là: chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương
lên các vật ở trong lòng nó.
h1
a
