MỤC LỤC CHƯƠNG CÁC KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC 1.1.4 Trọng trường 1.2 Các kiến thức thuộc học phần nhiệt học 1.2.1 Các định luật thực nghiệm khí áp suất thông thường .9 1.2.2 Các khái niệm công, nhiệt lượng nội 10 1.2.3 Định luật thứ nhiệt động lực học 11 1.2.4 Phát biểu nguyên lí hai nhiệt động lực học Thomson Clausiuts 12 CHƯƠNG .14 PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 14 2.1.2 Bài tập điểm khởi đầu để dẫn dắt kiến thức 14 2.1.3 Giải tập vật lí rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát 15 2.1.5 Giải tập vật lí góp phần làm phát triển tư sáng tạo học sinh 15 2.1.6 Giải tập vật lí để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh 16 2.2 Phân loại tập vật lí 16 2.2.1 Dựa vào phương tiện giải 16 2.2.2 Dựa vào mức độ khó khăn tập học sinh 18 2.3 Phương pháp chung giải tập vật lí 19 2.3.1 Tìm hiểu đầu 19 2.3.2 Phân tích tượng 20 2.3.3 Xây dựng lập luận 20 2.3.4 Biện luận 20 2.4 Xây dựng lập luận giải tập định tính 21 2.4.1 Bài tập giải thích tượng 21 2.4.2 Bài tập dự đoán tượng .21 CHƯƠNG .26 GIẢI THÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÍ BẰNG KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC .26 3.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn 32 3.1.6 Lực đẩy Achimede 44 MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện nay, Các đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên nước nói chung sinh viên chuyên nghành vật lí trường ĐH Hùng Vương nói riêng thường nghiên cứu ứng dụng phần mềm tin học giảng dạy môn vật lí, định dạng phương pháp chung để giải tập vật lí… mà chưa có đề tài nghiên cứu khoa học giải thích tượng vật lí thường gặp Bên cạnh đó, xung quanh có nhiều tượng vật lí thường gặp với biểu cụ thể Hiện tượng vật lí sinh hoạt ngày có ý nghĩa vơ to lớn Chúng giúp cho người học nhìn thấy khoa học vật lí xung quanh chúng ta, giúp người học có khả quan sát Trong giải tập này, học sinh vận dụng kiến thức để phân tích tượng vật lí khác đời sống; kỹ thuật, có tập địi hỏi phải có kinh nghiệm lao động, thực tế hàng ngày giải thích Thơng qua việc giải thích tượng vật lí giới thiệu quan điểm, tư tưởng tiến bộ, định luật, nhà vật lí vĩ loại.Tuy nhiên, có tác giả viết sách giải thích tượng vật lí Đặc biệt trường phổ thơng giảng giáo viên đưa kiến thức vừa học vào thực tiễn để giải thích tượng vật lí thường gặp Vì vậy, gặp tượng vật lí đa phần học sinh thường gặp khó khăn Đồng thời, đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên chủ yếu tập chung vào phương pháp cách giải tập định lượng tập định tính Học sinh khơng biết kiến thức học biểu thực tế nào? Và vận dụng để tạo thiết bị phục vụ đời sống? Sinh viên lớp K10- Đại Học Sư Phạm Vật lí học hai học phần học nhiệt học Vì chúng em vận dụng kiến thức học thuộc học phần học nhiệt học để giải thích số tượng vật lí thường gặp Lý chọn đề tài Vật lí mơn khoa học sở kĩ thuật, ứng dụng rộng rãi sản xuất đời sống Vì vậy, đời sống, tự nhiên, lao động sản xuất, ta ln gặp tượng vật lí Các tượng vật lí ln diễn hàng ngày, hàng Ta gặp nới đâu, ln có câu hỏi đặt “Sự việc xảy nào? Tại lại xảy mà không xảy kia?” Ta sử dụng kiến thức vật lí đặc biệt kiến thức thuộc học phần học nhiệt học để giải thích số tượng vật lí thường gặp Việc áp dụng kiến thức thuộc học phần học nhiệt học để giải thích tượng vật lí thường gặp làm tăng tính hấp dẫn mơn học, giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức học rèn luyện kĩ vận dụng Quan trọng bước tạo cho học sinh trực giác nhạy bén quan sát giải thích tượng vật lí Có hiểu biết tượng đó, học sinh nhận thức đắn tự nhiên việc làm Marie Curie nói: “Cuộc sống khơng có khiến ta phải sợ hãi Cuộc sống để ta tìm hiểu khám phá” Thật vậy! Tri thức vô rộng lớn với nhiều vấn đề đòi hỏi người phải tìm hiểu, khám phá giải đáp Vì việc cần làm áp dụng kiến thức học để giải vấn đề cần thiết Dân gian ta có câu tục ngữ: “Học đôi với hành” nêu lên tầm quan trọng việc kết hợp học tập lý thuyết vận dụng chúng Học vật lí đồng thời dùng lý thuyết học để giải thích tượng thú vị sống hàng ngày cơng việc có ý nghĩa thiết thực Tuy nhiên, giảng giáo viên vật lí phổ thơng thường thiếu phần vận dụng giải thích tượng thường gặp sống hàng ngày nên học sinh học vật lí khơng biết để làm gì, dẫn đến nhàm chán… Hơn nữa, thi Olympic vật lí sinh viên tổ chức hàng năm, đề thi, tập giải thích tượng vật lí (bài tập định tính) chiếm phần, định khơng nhỏ tới thành tích thí sinh Xuất phát từ lý mong muốn góp phần làm phong phú tài liệu môn học để sinh viên chuyên ngành vật lí người quan tâm xem tài liệu tham khảo Đó lý chúng em chọn đề tài: “Vận dụng kiến thức học phần học nhiệt học để giải thích tượng vật lí thường gặp” Mục tiêu đề tài Giải thích tượng vật lí thường gặp đời sống thuộc học phần học nhiệt học Đối tượng, phạm vi nghiên cứu +) Đối tượng nghiên cứu: Các tượng vật lí thường gặp đời sống +) Phạm vi nghiên cứu: Học phần học nhiệt học CHƯƠNG CÁC KIẾN THỨC THUỘC HỌC PHẦN CƠ HỌC VÀ NHIỆT HỌC 1.1 Các kiến thức thuộc học phần học 1.1.1 Các định luật Newton a) Định luật thứ Newton Khi chất điểm cô lập (tức không chịu tác dụng ngoại lực), đứng yên vật tiếp tục đứng yên, chuyển động vật tiếp tục chuyển động thẳng Ta phát biểu lại định luật I Newton: Một chất điểm lập bảo tồn trạng thái chuyển động b) Định luật thứ hai Newton u r Chuyển động chất điểm chịu tác dụng lực có tổng hợp lực F ≠ chuyển động có gia tốc Gia tốc chuyển động chất điểm tỉ lệ với tổng hợp u r lực tác dụng F tỉ lệ nghịch với khối lượng chất điểm u r r F r r hay a= F = ma m (1.1) Trong đó: r a vectơ gia tốc chuyển động chất điểm m khối lượng chất điểm Phương trình (1.1) phương trình học chất điểm c) Định luật thứ ba Newton r Khi chất điểm A tác dụng lên chất điểm B lực F AB đồng thời chất điểm B r r tác dụng lên chất điểm A lực FBA Hai lực F AB đồng thời tồn tại, phương, ngược chiều, cường độ đặt lên hai chất điểm A B khác u r u r (1.2) FBA = −F AB Một hai lực gọi lực tác dụng, lực lại gọi phản lực Tổng vectơ lực tác dụng phản lực hai lực khơng khử điểm đặt chúng lên hai vật khác 1.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn Hai chất điểm khối lượng m1 , m2 đặt cách khoảng r tác dụng tương hỗ lên lực hút nhau, phương tác dụng đường thẳng nối hai chất điểm, độ lớn tỉ lệ với tích khối lượng hai chất điểm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng r mM r F = −G r r (1.3) Trong đó: G = 6, 67.10 −11 Nm / kg gọi số hấp dẫn 1.1.3 Định luật bảo toàn động lượng Tổng động lượng hệ cô lập đại lượng bảo toàn u uuu u u ur r K = const u ur r r r r uuu m1v1 + m2 v2 + + mn = ∑ mi vi = const hay (1.4) i Trong đó: r K vectơ động lượng hệ r mi vi khối lượng vận tốc phần tử thứ i hệ cô lập 1.1.4 Trọng trường +) Công chất điểm chuyển động trọng trường: Ta có chất điểm khối lượng m đặt khơng gian chất điểm ln chịu tác dụng trọng lực: u r u r P = mg b b a (1.5) a A = ∫ dA = ∫ − Pdz = Pza − Pzb = mgza − mgzb (1.6) Ta thấy công A chất điểm dịch chuyển trọng trường phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối, trọng trường trường lực +) Định luật bảo toàn năng: Đối với chất điểm khối lượng m chuyển động trọng trường bảo toàn W= mv + mgh = const (1.7) 1.1.5 Lực ma sát Trong thực tế, chỗ tiếp xúc hai vật lực liên kết xuất lực ma sát a) Lực ma sát trượt (hay lực ma sát động) Khi hai mặt tiếp xúc dịch chuyển tương đối xuất lực ma sát trượt (hay lực ma sát động) Ta giải thích lực ma sát động cách đơn giản sau : lực ma sát động có giá trị nhỏ fms hai mặt trượt nhau, độ ghồ ghề chúng giảm Thực vậy, chưa trượt, điểm tiếp xúc hai mặt coi bị hàn lạnh nên dính hai mặt với Một mặt trượt nhau, vết hàn li ti bị phá vỡ ra, ma sát giảm b) Lực ma sát lăn Khi vật lăn mặt vật khác xuất lực ma sát lăn Thực nghiệm cho thấy rằng, với áp lực lực ma sát lăn nhỏ lực ma sát trượt hàng chục lần c) Lực ma sát nghỉ Khi hai mặt tiếp xúc có xu hướng trượt chưa dịch chuyển tương đối xuất lực ma sát nghỉ Ma sát nghỉ trực ngoại lực Lực ma sát nghỉ trường hợp riêng lực ma sát trượt lực ma sát lăn 1.1.6 Lực đẩy Achimede Giả sử ta có chất lưu trạng thái nghỉ (trạng thái đứng yên) Chọn hệ trục tọa độ Oz hướng thẳng đứng lên trên, gốc biên tiếp xúc mặt chất lưu – khơng khí Giả sử chất lưu không nén: ρ = const Lực đẩy Achimede, có giá trị bằng: F = p2 A − p1 A = ( p2 − p1 ) A = ρ ghA = ρ gV (1.8) Trong đó: V = hA thể tích phần vật rắn ngâm chất lưu ρ gV trọng lượng khối chất lưu tích V +) Nội dung định luật Achimede: Lực đẩy hướng từ lên có trị trọng lượng khối chất lưu mà thể tích phần thể tích vật rắn ngâm chất lưu 1.2 Các kiến thức thuộc học phần nhiệt học 1.2.1 Các định luật thực nghiệm khí áp suất thơng thường a) Định luật Bôilơ – Mariôt: Ở nhiệt độ khơng đổi, tích áp suất p thể tích V lượng khí xác định số pV = const (1.9) b) Định luật Saclơ: Đối với lượng khí cho, giữ nguyên thể tích áp suất khí biến thiên theo hàm bậc nhiệt độ pt = p0 (1 + γt ) (1.10) c) Định luật Gay Luyxac: Độ biến thiên tương đối thể tích lượng khí cho tỉ lệ thuận với biến thiên nhiệt độ áp suất không đổi V T = const hay V t = V (1 + αt ) Trong đó: Vt V0 áp suất t0C 00C α= : 273 Hệ số nhiệt biến đổi thể tích đẳng áp khí (1.11) d) Định luật Đantơn: Áp suất hỗn hợp khí tổng áp suất riêng phần khí có hỗn hợp khí p = p1 + p2 + p3 +… (1.12) Trong đó: p1, p2, p3, …là áp suất riêng phần chất khí hỗn hợp p áp suất chung hỗn hợp khí Chú ý: Các định luật Bơilơ – Mariơt Gay Luyxac chất khí nhiệt độ vá áp suất thơng thường phịng thí nghiệm Khi áp suất khối khí lớn hay nhiệt độ khối khí q thấp chất khí khơng tn theo định luật 1.2.2 Các khái niệm công, nhiệt lượng nội a) Cơng: Trong q trình biến đổi trạng thái, hệ trao đổi cơng với mơi trường bên ngồi Quy ước hệ nhận cơng cơng âm hệ sinh cơng cơng dương Biểu thức tính cơng NĐLH: δA = pdV (1.13) b) Nhiệt lượng Các phân tử vật chuyển động hỗn loạn nhanh, động trung bình phân tử lớn, vật nóng, tức nhiệt độ cao Phần lượng mà vật nhận hay trình truyền nhiệt gọi nhiệt lượng tính cơng thức: Q = mc(t2 – t1) = mcΔt (1.14) Trong đó: c nhiệt dung riêng chất cấu tạo nên vật (J/kg.K) m khối lượng vật (kg) Δt độ biến thiên nhiệt độ Q nhiệt lượng vật thu vào hay tỏa d) Nhiệt dung hệ: đại lượng xác định tỷ số nhiệt lượng mà hệ nhận độ tăng nhiệt độ hệ 10 * Bước 3: Xây dựng lập luận - Trên Mặt trăng khơng có khơng khí nên nhà du hành vũ trụ phải mặc áo giáp để bảo vệ thể phải có bình dưỡng khí để thở Vì vậy, trang phục họ trơng nặng nề - Theo cơng thức tính gia tốc trọng trường ta có: gia tốc trọng trường mặt đất gMĐ = 9,8 (m/s2) gia tốc trọng trường Mặt trăng gMT < gMĐ ~6 lần => Trọng lượng vật Mặt Trăng 1/6 trọng lượng Trái Đất Một vật có khối lượng 120kg mặt đất có trọng lượng 1200N, Mặt Trăng có trọng lượng 200N Một người nặng 60kg mặt đất mang vật 30kg chân người phải chịu áp lực 900N, Mặt Trăng chân người chịu áp lực 150N, tức nhẹ khơng mang mặt đất Chính vậy, dù mang trang phục nặng nề nhà du hành vũ trụ lại dễ dàng Mặt Trăng b) Chú ý: Khi gặp tập có sử dụng từ ngữ như: “hút”, “rơi”, “gia tốc trọng trường vị trí khác so với tâm Trái Đất” hay “so sánh trọng lượng vật hành tinh với trọng lượng vật hành tinh khác” ta thường sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn để giải thích tượng c) Bài tập luyện tập Bài 1: Tại ngồi ô tô xuống dốc đột ngột, ta cảm thấy nôn nao? Bài 2: Tại rơi không bay lên trời mà rụng xuống đất? Bài 3: Tại Trái Đất có khả hút vật? Bài 4: Tại trọng lượng vật đứng yên xích đạo nhỏ trọng lượng Bắc cực Nam cực? Bài 5: Tại Âm lịch lại có tháng đủ, tháng thiếu? Bài 6: Tại có vệ tinh “đứng yên” bầu trời nơi mà khơng bị rơi? Bài 7: Tại có vệ tinh khơng theo quỹ đạo định so với mặt đất mà lại qua bầu trời nơi mặt đất? 34 Bài 8: Tại tàu vũ trụ, vật trạng thái không trọng lượng? Trong trạng thái đó, sinh hoạt nhà du hành vũ trụ nào? Làm để ổn định đồ đạc? 3.1.3 Định luật bảo toàn động lượng a) Bài tập mẫu Bài 1: Giải thích tượng súng giật lùi bắn? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • Xét súng có khối lượng M, chuyển động mặt phẳng nằm ngang Súng bắn viên đạn có khối lượng m theo phương ngang vận tốc v • Súng giật lùi bắn - Yêu cầu: Giải thích nguyên nhân * Bước 2: Phân tích đề - Chia làm giai đoạn diễn biến tượng: • Trước bắn súng, súng nằm ngang, không chịu tác dụng ngoại lực • Sau bắn viên đạn theo phương ngang súng bị giật lùi => Liên quan đến định luật bảo toàn động lượng định luật III Newton * Bước 3: Xây dựng lập luận - Theo định luật bảo tồn động lượng ta có: u ur r r r r uuu m1v1 + m2 v2 + + mn = ∑ mi vi = const i - Giả sử có bệ súng khối lượng M, nòng súng chứa viên đạn khối lượng m Bệ súng chuyển động theo phương ngang => Bỏ qua ma sát, theo phương nằm ngang khơng có lực tác dụng => Động lượng hệ bảo toàn Gọi V vận tốc bệ súng, v vận tốc viên đạn khỏi nịng, ta có: r • Tổng động lượng hệ trước bắn: p = (vì V v 0) 35 r r r • Tổng động lượng hệ sau bắn: p ' = mv + MV • Áp dụng định luật bảo tồn động lượng ta có: r r p = p' r r ⇔ mv + MV = r r −m.v ⇔V = M Dấu “ – “ thể súng đạn chuyển động ngược chiều (đạn bay tới súng giật lùi) Chuyển động súng gọi chuyển động phản lực, thuốc súng nổ, khí sinh tác dụng lực lên đạn, đồng thời theo định luật III Newton, chúng tác dụng phản lực lên súng b) Chú ý: Những tập dùng định luật bảo toàn động lượng để giải thích thường có từ ngữ như: “bay”, “giật lùi”, “bay lên cao”, “phản lực”, “chuyển động tên lửa”, “bắn súng”… c) Bài tập luyện tập Bài 1: Tại tên lửa bay được? Bài 2: Tại pháo thăng thiên bay lên cao nhanh? Bài 3: Giải thích chuyển động súng đại bác bắn? Bài 4: Tại lại nói mực chuyển động theo hình thức “tự túm tóc để nâng lên trên” 3.1.4 Trọng trường a) Bài tập mẫu Bài 1: Tại tên lửa vũ trụ phải làm nhiều tầng? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • Tên lửa vũ trụ làm nhiều tầng 36 - Yêu cầu: Giải thích * Bước 2: Phân tích đề - Tên lửa vũ trụ muốn khỏi Trái Đất phải tốn công để thắng lực hút Trái Đất, mà cịn phải tốn cơng thắng lực cản khơng khí liên quan đến cơng học Gần mặt đất, khơng khí đậm đặc, lực cản khơng khí lớn Càng lên cao khơng khí lỗng, lực cản khơng khí giảm - Chia làm giai đoạn diễn biến tượng: • Tên lửa tầng • Tên lửa nhiều tầng => Liên quan đến lực cản Trái Đất => Định nghĩa công để thắng lực cản * Bước 3: Xây dựng lập luận - Ta biết rằng, lực cản môi trường lớn, môi trường đặc tốc độ vật môi trường lớn Công thắng lực hút Trái Đất thay đổi, cơng thắng lực cản khơng khí tìm cách giảm nhiều - Chỉ đạt tốc độ bay không gian 7,9 km/s vệ tinh nhân tạo khơng rơi xuống đất, tàu vũ trụ bay lên Mặt trăng có tốc độ 11,2 km/s, cịn muốn bay tới hành tinh khác tốc độ phải lớn Muốn làm cho vật chuyển động với tốc độ 7,9 km/s để thoát khỏi lực hút Trái Đất, đòi hỏi phải dùng lượng lớn Nếu làm tên lửa tầng gần mặt đất, nơi khơng khí cịn đậm đặc, tốc độ tên lửa lớn, đó, lực cản lớn, tốn nhiều cơng vơ ích thực tế thực - Hiện nay, hầu hết tàu vũ trụ phóng lên vũ trụ với tên lửa ba tầng Tầng thứ có nhiệm vụ đẩy tên lửa lên, hai tầng lại đưa tàu vũ trụ khỏi lớp khí dày Thông thường, nhiên liệu cho tầng đốt cháy sau 1- phút Sau đó, vỏ chứa nhiên liệu tầng tách rời rơi trở lại Trái Đất Tầng thứ hai khởi động tiếp tục sau tầng thứ tách khỏi tàu vũ trụ tiếp tục đẩy tàu vũ trụ khỏi sức hút Trái Đất 37 Tầng thứ ba thường sử dụng để điều chỉnh hướng bay tàu vũ trụ không gian đẩy tàu vũ trụ quay trở lại quỹ đạo Trái Đất cần Chỉ 15 phút đầu tiên, tàu vũ trụ đạt tới vận tốc 28.000 km/h với cách sử dụng tên lửa nhiều tầng Bài 2: Tại muốn đóng đinh, người ta phải đưa búa xa đầu đinh đóng được? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • “Đóng đinh” có nghĩa dùng búa tác dụng vào đinh lực • Người ta phải đưa búa xa đầu đinh đóng - Yêu cầu: Giải thích * Bước 2: Phân tích đề - Chia thành giai đoạn diễn biến tượng: • Đóng đinh => liên quan đến định nghĩa lực • Đưa búa xa để đóng đinh=> định nghĩa cơng, lượng (động năng) * Bước 3: Xây dựng lập luận - Muốn đóng đinh vào gỗ, cần phải có lực tác dụng lớn Nếu người đặt búa lên đầu đinh phân dùng lực đẩy vào gỗ tương đối dù lực có mạnh không làm cho đinh vào gỗ - Trái lại, người đưa búa xa độ 30 – 50cm đóng búa vào đầu đinh, dù gần chạm vào đầu đinh mà người bng lỏng tay, búa có khả đẩy đinh cắm vào gỗ Đó ta đưa búa từ xa tiến vào gần đầu đinh, công tay tích lũy cho búa lượng gọi động năng, có giá trị cơng lực tác dụng làm tăng tốc độ búa - Ví dụ: Nếu lực đẩy tay 10N 0,5m, công tay là: A = 10.0,5 = (J) Và búa có động 5J 38 Nếu búa đóng đinh, đẩy 1cm cơng lực cản phải cơng A nói Gọi F lực cản, ta có: F.0,01= hay F= 500N Để thắng lực cản này, lực tác dụng búa vào đầu đinh phải ngần ấy, tức 50 lần lực đẩy tay ta b) Chú ý: Bài tập liên quan đến kiến thức trọng trường thường hay sử dụng từ ngữ như: “lực cản”, “thắng lực cản”, “lực”, “húc”… c) Bài tập luyện tập Bài 1: Tại đồng hồ tự động chạy khơng cần lên dây? Bài 2: Tại muốn nhảy cao người ta phải lùi lại? Bài 3: Tại muốn phá cổng thành, người ta phải khênh gỗ to cho húc vào cổng thành? Bài 4: Tại vận động viên bơi lội trước nhảy cầu nhún nhảy nhảy? Bài 5: Tại đạn súng khơng có thuốc nổ mà súng bắn xa? Bài 6: Tại xe có nhíp lị xo giảm xóc giảm lực kéo xe? Bài 7: Tại gánh, dùng địn gánh mềm dẻo ta đỡ mệt dùng đòn gánh cứng? 3.1.5 Lực ma sát a) Bài tập mẫu Bài 1: Tại muốn khỏi trượt tay, người nông dân đập đất phải làm ướt tay, vận động viên đánh xà lại phải xoa tay vào bột cho khô? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đầu - Dữ kiện: • Người nơng dân làm ướt tay đập đất • Vận động viên đánh xà lại xoa tay vào bột cho khơ tay - u cầu: Giải thích tượng 39 * Bước 2: Phân tích tượng - Chia làm giai đoạn diễn biến tượng: • Muốn khỏi trượt tay, người nông dân đập đất phải làm ướt tay • Vận động viên đánh xà lại phải xoa tay vào bột cho khô để tránh trượt tay đánh xà Hiện tượng liên quan đến khái niệm lực ma sát trượt * Bước 3: Xây dựng lập luận - Áp dụng kiến thức lực lực ma sát trượt, nguyên nhân lực ma sát trượt độ ghồ ghề hay độ nháp hai mặt tiếp xúc Nếu hai mặt tiếp xúc có lớp nước hệ số ma sát giảm nhiều - Người nông dân thường đập đất mùa đông, trời hanh khô Do cấu tạo chuôi vồ thường làm tre, bàn tay người chi vồ khơ trơn tay Nếu tay chi vồ ẩm ướt nước thấm vào chuôi vồ, tre, thớ tre chương lên làm cho mặt chuôi vồ trở nên nháp hơn, có ma sát trượt tăng lên - Ngược lại, xà đơn thường làm sắt, không thấm nước Khi đánh xà không xoa tay vào bột mồ toả bàn tay khơng thấm vào sắt, tạo thành lớp nước tay nguy hiểm Do đó, người nơng dân đập đất phải làm ướt tay, vận động viên đánh xà lại phải xoa tay vào bột cho khô Bài 2: Tại dây nilon dây dù khó buộc chặt dây sợi gai hay sợi bông? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đầu - Dữ kiện: dây nilon dây dù khó buộc chặt dây sợi gai hay sợi - Yêu cầu: Giải thích * Bước 2: Phân tích tượng - Buộc chặt có nghĩa dùng lực kéo căng hai đầu dây thắt nút chúng lại Tùy chất liệu dây buộc mà nút buộc chặt hay lỏng Nếu dây buộc trơn khó buộc chặt, tượng liên quan đến lực ma sát trượt * Bước 3: Xây dựng lập luận 40 - Nút buộc chặt hay không lực căng dây buộc, dây giữ nguyên độ căng lực ma sát trượt phần dây chỗ nút buộc Dây dù hay dây nilon nói chung trơn có hệ số ma sát trượt nhỏ dây sợi gai hay sợi bơng có hệ số ma sát trượt lớn hơn, nên dễ buộc chặt buộc đâu yên Tương tự, mép vải nilon thường hay bị tuột sợi hệ số ma sát trượt sợi vải nhỏ Vì quần áo vải nilon cần phải “vắt sổ” Bài 3: Tại muốn đẩy hòm hay cỗ máy nặng, người ta thường kê lên lăn đẩy đi? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đầu - Dữ kiện: • Một vật có khối lượng M đặt mặt sàn tác dụng lực làm khơng di chuyển di chuyển quãng đường ngắn • Khi đặt vật lên lăn vật chuyển động nhẹ nhàng nhanh chóng * Bước 2: Phân tích tượng - Khi đặt vật mặt sàn vật chịu tác dụng lực trọng lực, phản lực, lực ma sát Do có lực ma sát vật mặt sàn nên tác dụng vào vật lực vật khơng chuyển động chuyển động với quãng đường ngắn - Khi đặt vật lăn chuyển động nhẹ nhàng, nhanh chóng lực ma sát lúc ma sát lăn * Bước 3: Xây dựng lập luận - Thực nghiệm cho thấy rằng, với áp lực lực ma sát lăn nhỏ lực ma sát trượt hàng chục lần Đặt lăn vật nặng để đẩy thay lực cản từ lực ma sát trượt thành lực ma sát lăn, nên lực cản nhỏ hàng chục lần - Bằng hình thức dùng lăn, ngày người ta cịn kéo tồ nhà nặng hàng nghìn tấn! Hầu hết xe cộ dùng bánh xe lực ma sát lăn nhỏ lực ma sát trượt Trong ổ quay máy móc, xe cộ, người ta thường dùng ổ bi, thay lực ma sát trượt lực ma sát lăn để bớt cản trở 41 Bài 4: Tại trước khởi hành, tàu hoả thường phải lùi lại chút tiến lên? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đầu - Dữ kiện: • Trước khởi hành tàu hoả thường phải lùi lại chút tiến lên - Yêu cầu: Giải thích * Bước 2: Phân tích tượng - Tàu hỏa bao gồm toa có móc nối nhau, khối lượng thường nặng Khi bắt đầu chuyển động tàu hoả thường phải lùi lại chút tiến lên - Dữ kiện đề cập đến “tàu hoả lùi lại tiến lên” (các bánh xe bám đường ray) có liên quan đến ma sát Do áp dụng kiến thức lực ma sát nghỉ để giải thích tượng * Bước 3: Xây dựng lập luận - Nếu trước khởi hành móc nối toa tàu căng mà tàu hoả tiến lên ngay, phải bắt tất bánh xe chuyển lúc, nên phải có lực kéo lớn tổng lực ma sát nghỉ cản lăn cực đại tới tất bánh xe Điều vượt khả đầu máy Nếu người lái tàu cho tàu lùi lại chút tất móc nối toa chùng lại Sau người ta cho tàu tiến phía trước tàu chuyển bánh toa Khi toàn đoàn tàu chuyển bánh, lực ma sát lăn đồn tàu nhỏ lực ma sát nghỉ cản lăn đồn tàu, nên lực cản khơng vượt q khả đầu máy Tất nhiên người ta cần dùng biện pháp đoàn tàu nặng Bài 5: Giày patanh “trơn”, người không quen Tại người tập quen lại nhanh? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đầu 42 - Dữ kiện: Giày patanh “trơn” (ít ma sát), người khơng quen khơng thể Những người tập quen lại nhanh - Yêu cầu: Giải thích Giày patanh dạng giày trượt, đế giày patanh có hai hàng bánh xe lăn theo chiều dọc bàn chân, người trượt dùng lực tác động lên giày để di chuyển, người trượt cần phải giữ trạng thái thăng đeo giày * Bước 2: Phân tích tượng - Dữ kiện đề cập đến “trơn, trượt” có liên quan đến ma sát Do áp dụng kiến thức lực ma sát lăn để giải thích tượng - Hiện tượng gồm giai đoạn: • Người khơng quen • Người quen * Bước 3: Xây dựng lập luận Dưới đế giày patanh có hàng bánh xe lăn theo chiều dọc bàn chân Vì vậy, lực ma sát theo chiều dọc giày patanh lực ma sát lăn Còn lực ma sát theo chiều ngang lực ma sát trượt Vì hai vật, lực ma sát lăn nhỏ lực ma sát trượt hàng chục lần, giày patanh “trơn” theo chiều dọc Vì vậy, người khơng quen không không giữ thăng dẫn đến bị ngã Người luyện tập quen thường đứng hai chân xoay theo hai phương vng góc với nên khơng bị trượt bên Khi muốn thẳng người ta đạp đất chân xoay ngang lướt chân dọc, sau đặt hai chân theo chiều dọc Khi muốn lái vịng bên trái người ta xoay nghiêng chân sau bên phải Ngược lại, muốn vịng bên phải người ta xoay chân sau bên trái Như vậy, cần nhát đạp, người ta lướt xa nhanh theo hai đường thẳng đường cong b) Chú ý: Những tốn có sử dụng từ ngữ như: “chặt”, “lỏng”, “trơn”, “trượt”… ta nên sử dụng lý thuyết va chạm để giải thích tượng 43 c) Bài tập luyện tập Bài 1: Tại chân trục bàn đạp bên phải xe đạp phải ren trái chiều? Bài 2: Tại người ta thường bắt chết ốc hãm bên trái trục trục moay Mỗi tháo trục, người ta tháo ốc hãm bên phải? Bài 3: Tại tàu hoả kéo hàng chục toa dài? Bài 4: Tại ô tô mô tô chạy nhanh, muốn phanh gấp phải phanh nhớm? Bài 5: Người ta thường bôi trơn dầu nhờn Tại kĩ thuật có lại bơi trơn thứ bột đen? Bài 6: Tại đàn, dây đàn khơng buộc chặt đầu dây vào khóa đàn? Bài 7: Dầu mỡ có làm giảm lực ma sát lăn hay không? Tại lại phải tra dầu mỡ vào ổ bi? Bài 8: Tại lực ma sát bánh xe đạp mặt đường vừa có lợi vừa có hại? Bài 9: Tại ơtơ qn thường có hai, ba cầu? Bài 10: Tại bắc thang trèo cao mà để thang chỗi chân q thang dễ bị trượt? 3.1.6 Lực đẩy Achimede a) Bài tập mẫu Bài 1: Tại thả vào nước có vật nổi, có vật chìm? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • Thả vật vào nước có vật nổi, vật chìm - u cầu: Giải thích * Bước 2: Phân tích tượng - Một vật môi trường chịu tác dụng hai lực: trọng lực kéo xuống lực đẩy Achimede đẩy lên Tùy vào chất liệu vật mà khối lượng riêng nhỏ hay lớn khối lượng riêng nước Hiện tượng vật chìm hay có liên quan đến định luật Achimede 44 - Chia làm giai đoạn diễn biến tượng: • Thả vật vào nước, vật • Thả vật vào nước, vật chìm * Bước 3: Xây dựng lập luận - Định luật Achimede cho biết rằng: “Một vật nhúng vào chất lỏng bị chất lỏng đẩy thẳng đứng từ lên với lực có độ lớn trọng lượng phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ Lực gọi lực đẩy Achimede" - Nếu vật ngập nước mà: • Trọng lực lớn lực đẩy Achimede vật phải chìm xuống • Trọng lực nhỏ lực đẩy Achimede vật lên mặt nước Khi lên mặt nước thể tích nước bị vật chiếm chỗ giảm đi, lực đẩy Achimede giảm đi, lực đẩy Achimede trọng lực vật cân mặt nước - Nếu vật đặc mà có khối lượng riêng nhỏ khối lượng riêng nước vật định Ngược lại vật định chìm Ví dụ kim vật đặc sắt có khối lượng riêng lớn khối lượng riêng nước, nên kim thả vào nước phải chìm Con tàu làm sắt tàu rỗng, phần chìm nước tích đủ lớn để lực đẩy Achimede cân với trọng lực tàu, có phần tàu ngập nước, nên tàu mặt nước Bài 2: Tại trứng thả vào nước ta biết trứng đẻ hay trứng lâu ngày? * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • Thả trứng vào nước để phân biệt trứng đẻ trứng lâu ngày - Yêu cầu: Giải thích nguyên nhân * Bước 2: Phân tích tượng 45 - Quả trứng kín nước qua Tùy vào thời gian để trứng mà ta thấy trọng lượng trứng thay đổi lớn hay nhỏ lực đẩy Achimede nên liên quan đến lực đẩy Achimede - Chia làm giai đoạn diễn biến tượng: • Thả trứng vào nước, trứng đẻ chìm • Trứng để lâu lên mặt nước * Bước 3: Xây dựng lập luận - Theo định luật Achimede ta có: “ Mọi chất lỏng chất khí có tác dụng vào vật nhúng lực đẩy lên, trọng lượng chất lỏng chất khí bị vật chiếm chỗ Lực gọi lực đẩy Achimede” - Khi trứng cịn mới, trọng lượng lực đẩy Achimede nước nên trứng chìm Khi trứng để lâu, phần nước bên bốc ngồi, khơng khí lọt vào bên tạo thành buồng khí nhỏ, cịn thể tích vỏ trứng khơng thay đổi Vì vậy, bị nhấn chìm, trọng lượng trứng nhỏ lực đẩy Achimede nước nên trứng lên mặt nước Như vậy, thả vào nước, thấy trứng chìm trứng mới, trứng trứng để lâu Bài 3: Tại khinh khí cầu bay lên cao? Hướng dẫn giải * Bước 1: Tìm hiểu đề - Dữ kiện: • Khinh khí cầu bay lên cao - Yêu cầu: Giải thích nguyên nhân * Bước 2: Phân tích tượng - Khinh khí cầu thường dùng khơng khí nóng khí heli (khơng dùng khí hiđrơ khí dễ cháy), khí nhẹ khơng khí - Chia làm hai giai đoạn diễn biến tượng: • Khinh khí cầu bay • Khinh khí cầu bay lên cao 46 * Bước 3: Phân tích tượng - Khơng khí khí có áp suất vào vật trong chất lỏng, nên có lực đẩy Achimede vào vật nằm Theo định luật Achimede ta thấy: lực đẩy Achimede lớn trọng lượng vật vật bị đẩy lên - Khinh khí cầu thường dùng khơng khí nóng khí heli Những khí nhẹ khơng khí nên khinh khí cầu bị đẩy lên cao giống vật nhẹ lên mặt nước Tuy nhiên, không khí khí lên cao lỗng khí khơng có mặt thống mặt chất lỏng Vì vậy, khinh khí cầu lên cao, lực đẩy Achimede giảm lên đến độ cao mà lực đẩy Achimede trọng lượng - Đối với khí cầu có người điều khiển, muốn lên cao hơn, người ta phải đốt nóng khí cho nở trở nên nhẹ Khi muốn xuống thấp hơn, người ta thu hẹp khí cầu, thả bớt khí nóng bên ngồi, cho khí nguội vào nặng thêm Đối với khí cầu khơng có người điều khiển, chứa lượng khí nhẹ khơng thay đổi, lên cao áp suất bên giảm, nên độ chênh lệch áp suất tăng, làm cho giãn nở ra, đến mức độ khí cầu nổ tung b) Chú ý: Đối với tập có từ như: “nổi”, “chìm”, “đẩy lên”, “ bơi”,….ta nên sử dụng định luật Achimede để giải thích tượng c) Bài tập luyện tập Bài 1: Tàu ngầm làm lặn xuống, lên? Bài 2: Tại bơi biển dễ bơi hồ, ao? Bài 3: Tại bê hịn đá chìm nước, ta thấy nhẹ bê khơng khí? Bài 4: Tại lặn nước, ta thấy nước đẩy lên? Bài 5: Tại làm việc, máy khoan địa chất phải bơm nước hòa đất sét xuống lỗ khoan? Bài 6: Làm để trục tàu lớn bị chìm biển sâu? 47 Bài 7: Tại theo chiều dọc, lòng thuyền mạn thuyền làm cong hai đầu lên? Bài 8: Tại bụng cá lại có bong bóng khí? Bài 9: Tại lòng thuyền phải làm cong theo dạng lòng chảo theo dạng hình thang nhỏ, to? 48 ... dụng kiến thức vật lí đặc biệt kiến thức thuộc học phần học nhiệt học để giải thích số tượng vật lí thường gặp Việc áp dụng kiến thức thuộc học phần học nhiệt học để giải thích tượng vật lí thường. .. đề tài: ? ?Vận dụng kiến thức học phần học nhiệt học để giải thích tượng vật lí thường gặp? ?? Mục tiêu đề tài Giải thích tượng vật lí thường gặp đời sống thuộc học phần học nhiệt học Đối tượng, phạm... Sư Phạm Vật lí học hai học phần học nhiệt học Vì chúng em vận dụng kiến thức học thuộc học phần học nhiệt học để giải thích số tượng vật lí thường gặp Lý chọn đề tài Vật lí môn khoa học sở kĩ thuật,