I. Khối lượng riêng

Câu hỏi 1 trang 131 Vật Lí 10: Tại sao khối lượng riêng của một chất lại phụ thuộc vào nhiệt độ?

Phương pháp giải:

Thể tích của một vật nóng thì nở ra, lạnh thì co vào

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Trong đó:

+ $\rho$: khối lượng riêng (kg/m3)

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ V: thể tích của vật (m3)

Trả lời:

Từ biểu thức tính khối lượng riêng $\rho =\frac{m}{V}$, ta thấy khối lượng riêng tỉ lệ nghịch với thể tích, mà thể tích của vật lại phụ thuộc vào nhiệt độ nên khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ.

Câu hỏi 2 trang 131 Vật Lí 10: Một hợp kim đồng và bạc có khối lượng riêng là 10,3 g/cm3 . Tính khối lượng của bạc và đồng có trong 100 g hợp kim. Biết khối lượng riêng của đồng là 8,9 g/cm3 , của bạc là 10,4 g/cm3.

Phương pháp giải:

Thể tích của một vật nóng thì nở ra, lạnh thì co vào

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Trong đó:

+ $\rho$: khối lượng riêng (kg/m3)

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ V: thể tích của vật (m3)

Trả lời:

Thể tích của hợp kim là:

$\rho =\frac{m}{V}\Rightarrow V=\frac{m}{\rho }=\frac{100}{10,3}=\frac{1000}{103}(c{m}^3)$

Gọi khối lượng và thể tích của đồng lần lượt là m1, V1, của bạc là m2, V2

Ta có:

$V_1+V_2=V\iff \frac{m_1}{{\rho }_d}+\frac{m_2}{{\rho }_b}=V\iff \frac{m_1}{8,9}+\frac{m_2}{10,4}=\frac{1000}{103}$         (1)

Mặt khác, ta có khối lượng của hợp kim là 100 g

$\Rightarrow m_1+m_2=100$                                                                      (2)

Từ (1) và (2) => m1 = 5,76 g; m2 = 94,24 g

Chú ý: Đơn vị của $\rho$là g/cm3 thì đơn vị của khối lượng m là g và của thể tích V là cm3

Giải vật lí 10 trang 132 Tập 1 Kết nối tri thức

II. Áp lực và áp suất

Câu hỏi trang 132 Vật Lí 10: Hãy dựa vào thí nghiệm vẽ ở Hình 34.2, cho biết độ mạnh của áp lực phụ thuộc vào những yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Trả lời:

Độ mạnh của áp lực phụ thuộc vào khối lượng và diện tích bề mặt tiếp xúc

+ Từ (1) và (3), ta thấy đối với vật có cùng khối lượng, diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn thì áp lực càng nhỏ và ngược lại

+ Từ (1) và (2), ta thấy đối với vật có cùng diện tích bề mặt tiếp xúc, khối lượng càng lớn thì áp lực càng lớn và ngược lại.

Câu hỏi 1 trang 132 Vật Lí 10: Trong Hình 34.3, lực nào sau đây là lực đàn hồi, lực ma sát, áp lực?

a) Lực của chân em bé tác dụng lên sàn nhà.

b) Lực của tay em bé kéo hộp đồ chơi.

c) Lực của hộp đồ chơi tác dụng lên sàn nhà.

Phương pháp giải:

+ Lực đàn hồi là lực thường xuất hiện trên sợi dây hay lò xo

+ Lực ma sát là lực xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa vật với bề mặt vật di chuyển

+ Áp lực xuất hiện khi vật tiếp xúc với bề mặt

Trả lời:

a) Chân em bé tác dụng lên sàn nhà gây ra áp lực

b) Lực của tay em bé kéo hộp đồ chơi là lực đàn hồi

c) Lực của hộp đồ chơi tác dụng lên sàn nhà là lực ma sát.

Câu hỏi 2 trang 132 Vật Lí 10: Chứng minh rằng áp lực của cuốn sách tác dụng lên mặt bàn nằm nghiêng một góc α (Hình 34.4) có độ lớn là: FN = P.cosα

Phương pháp giải:

+ Lực đàn hồi là lực thường xuất hiện trên sợi dây hay lò xo

+ Lực ma sát là lực xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa vật với bề mặt vật di chuyển

+ Áp lực xuất hiện khi vật tiếp xúc với bề mặt

Trả lời:

Từ việc phân tích hình ta thấy: FN = P.cosα

Câu hỏi 1 trang 132 Vật Lí 10: Tại sao xe tăng nặng hơn ô tô nhiều lần lại có thể chạy bình thường trên mặt đất bùn (Hình 34.5a), còn ô tô bị lún bánh và sa lầy trên chính quãng đường này (Hình 34.5b) ?

Phương pháp giải:

Áp suất càng lớn thì bánh xe lún càng nhiều

Trả lời:

Xe tăng chạy được trên mặt đất bùn vì hai bên của xe có vòng bánh xích to rộng

Diện tích tiếp xúc giữa bánh xích với mặt đất rộng hơn rất nhiều so với diện tích tiếp đất của bánh ô tô. Do vậy, áp lực của bánh xích lên mặt đất không lớn , thấp hơn áp lực lên mặt đất của xe ô tô thông thường. Vì vậy xe tăng chạy bình thường trên đất bùn còn ô tô thì bị lún bánh.

Câu hỏi 2 trang 132 Vật Lí 10: Trong hai chiếc xẻng vẽ ở Hình 34.6, xẻng nào dùng để xén đất tốt hơn, xẻng nào dùng để xúc đất tốt hơn. Tại sao?

Phương pháp giải:

Diện tích tiếp xúc tỉ lệ nghịch với áp suất

Trả lời:

Trong hình 34.6, ta thấy diện tích tiếp xúc của xẻng A lớn hơn diện tích tiếp xúc của xẻng B nên áp suất của xẻng A nhỏ hơn áp suất của xẻng B, vì vậy xẻng A nên dùng để xén đất còn xẻng B dùng để xúc đất.

Câu hỏi 3 trang 132 Vật Lí 10: Một người nặng 50 kg đứng trên mặt đất nằm ngang. Biết diện tích tiếp xúc của mỗi bàn chân với đất là 0,015 m2 . Tính áp suất người đó tác dụng lên mặt đất khi:

a) Đứng cả hai chân.

b) Đứng một chân.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính áp lực: $p=\frac{F_N}{S}$

Trong đó:

+ p: áp suất (Pa)

+ FN : áp lực (N)

+ S: diện tích tiếp xúc (m2 )

Trả lời:

Người đứng trên mặt đất nằm ngang thì trọng lực bằng áp lực (P = FN )

Áp lực của người là: FN = m.g = 50.10 = 500 (N)

a) Khi người đó đứng cả hai chân thì: S = 2. 0,015 = 0,03 (m2 )

=> Áp suất của người đó tác dụng lên mặt đất là: $p=\frac{F_N}{S}=\frac{500}{0,03}\approx 16666,67(Pa)$

b) Khi người đó đứng một chân thì: S = 0,015 m2

=> Áp suất của người đó tác dụng lên mặt đất là: $p=\frac{F_N}{S}=\frac{500}{0,015}\approx 33333,33(Pa)$

Giải vật lí 10 trang 133 Tập 1 Kết nối tri thức

II. Áp suất của chất lỏng

Hoạt động trang 133 Vật Lí 10: Hãy dựa vào thí nghiệm với một bình cầu có các lỗ nhỏ ở thành bình trong các Hình 34.7a và 34.7b để nói về sự tồn tại áp suất của chất lỏng và đặc điểm của áp suất này so với áp suất của vật rắn.

Phương pháp giải:

Quan sát hình

Trả lời:

Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật trong lòng nó

Sự khác biệt giữa áp suất chất lỏng và áp suất của vật rắn: áp suất của chất lỏng xảy ra do cả trọng lượng và chuyển động của các phân tử chất lỏng, trong khi đó áp suất của vật rắn chỉ xảy ra do trọng lượng của chất rắn.

Câu hỏi trang 133 Vật Lí 10: Có thể xác định được công thức tính áp suất của chất lỏng dựa trên bài toán sau đây:

Một khối chất lỏng đứng yên có khối lượng riêng ρ, hình trụ diện tích đáy S, chiều cao h (Hình 34.8). Hãy dùng công thức tính áp suất ở trên để chứng minh rằng áp suất của khối chất lỏng trên tác dụng lên đáy bình có độ lớn là p = ρ.g.h.

Trong đó: p là áp suất của chất lỏng tác dụng lên đáy bình;

Ρ là khối lượng riêng của chất lỏng;

g là gia tốc trọng trường;

h là chiều cao của cột chất lỏng, cũng là độ sâu của chất lỏng so với mặt thoáng.

Biểu thức tính khối lượng riêng của chất lỏng: $\rho =\frac{m}{V}$

Biểu thức tính áp suất: $p=\frac{F_N}{S}$

Thể tích hình trụ: V = S.h

Trả lời:

Ta có:

$p=\frac{F_N}{S}=\frac{m.g}{\frac{V}{h}}=\frac{m}{V}.g.h=\rho .g.h$

=> đpcm

Giải vật lí 10 trang 134 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi trang 134 Vật Lí 10: Một khối hình lập phương có cạnh 0,30 m, chìm 2/3 trong nước. Biết khối lượng riêng của nước là 1 000 kg/m3 . Tính áp suất của nước tác dụng lên mặt dưới của khối lập phương và xác định phương, chiều, cường độ của lực gây ra bởi áp suất này

Phương pháp giải:

Biểu thức tính áp suất p = ρ.g.h

Trả lời:

Do khối lập phương chìm 2/3 trong nước nên h = 2/3.0,3 = 0,2 m

Áp suất của nước tác dụng lên mặt dưới của khối lập phương là:

p = ρ.g.h = 1 000.10.0,2 = 2000 (Pa)

Lực gây ra bởi áp suất này lực đẩy Ác-si-mét

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều: từ dưới lên trên

+ Độ lớn: FA = ρ.g.V

Thể tích khối lập phương bị nước chiếm chỗ là:

V = chiều dài.chiều rộng.chiều cao = 0,3.0,3.2/3.0,3 = 0,018 (m3 )

=> FA = ρ.g.V = 1000.10.0,018 = 180 (N)

Hoạt động trang 134 Vật Lí 10: Hãy tìm cách dựa vào các dụng cụ thí nghiệm vẽ ở Hình 34.9 để nghiệm lại công thức tính áp suất của chất lỏng: p = ρ.g.h 

Trả lời:

- Dùng dây kéo giữ miếng nhựa dính vào ống thủy tinh (hay nhựa) như ở hình a

- Nhúng ống thủy tinh có miếng nhựa vào nước rồi bỏ tay ra. Áp suất của chất lỏng tác dụng lên miếng nhựa giữ cho miếng nhựa không bị rơi xuống.

- Đổ từ từ nước trong cốc c vào ống. Khi mực nước trong ống ngang bằng hoặc lớn hơn một chút so với mực nước trong bình thì miếng nhựa rơi xuống.

- Lực của cột nước trong ống tác dụng lên miếng nhựa: $P=mg=\rho gV=\rho gSh$               (1)

- Lực của nước trong bình tác dụng lên miếng nhựa: F = pS                                                          (2)

Vì P = F nên suy ra $p=\frac{P}{S}=\rho gh$

Câu hỏi 1 trang 134 Vật Lí 10: Tính độ chênh lệch áp suất của nước giữa 2 điểm thuộc 2 mặt phẳng nằm ngang cách nhau 20 cm.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính độ chênh lệch áp suất: Δp = ρ.g.Δh

Định luật Ác-si-mét: FA = ρ.g.V

Trả lời:

Độ chênh lệch áp suất của nước là: Δp = ρ.g.Δh = 1000.10.0,2 = 2000 (Pa)

Chú ý: Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3 , lấy g = 10 m/s2

Câu hỏi 2 trang 134 Vật Lí 10: Hãy dùng phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên để chứng minh rằng áp suất ở các điểm nằm trên cùng mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng thì bằng nhau.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính độ chênh lệch áp suất: Δp = ρ.g.Δh

Định luật Ác-si-mét: FA = ρ.g.V

Trả lời:

Các điểm nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng thì đều có cùng một độ cao h, do khối lượng riêng đều là của chất lỏng nên áp suất ở các điểm nằm trên cùng mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng bằng nhau.

Câu hỏi 3 trang 134 Vật Lí 10: Hãy dùng phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên để chứng minh định luật Archimedes đã học ở lớp 8 cho trường hợp vật hình hộp chữ nhật có chiều cao h, làm bằng vật liệu có khối lượng riêng ρ.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính độ chênh lệch áp suất: Δp = ρ.g.Δh

Định luật Ác-si-mét: FA = ρ.g.V

Trả lời:

Biểu thức tính khối lượng riêng: $\rho =\frac{m}{V}$

Thể tích của hình hộp chữ nhật: V = S.h

Ta có:

$\begin{array}{l}\mathrm{\Delta }p=\rho .g.\mathrm{\Delta }h\iff \frac{F}{S}=\rho .g.\mathrm{\Delta }h\\ \iff F=\rho .g.S.\mathrm{\Delta }h\\ \iff F=\rho .g.V\end{array}$

=> đpcm

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm

Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Bài 33: Biến dạng của vật rắn

Lý thuyết Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng

I Khối lượng riêng

- Khối lượng riêng của một chất là khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó

$\text{ρ=}\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{V}}$

- Đơn vị của khối lượng riêng trong đơn vị SI là ${\text{kg/m}}^{\text{3}}\left(\mathrm{hay}{\text{ kg.m}}^{-3}\right)$

Khối lượng riêng của một số chất ở điều kiện bình thường về nhiệt độ và áp suất

II. Áp lực và áp suất

1. Áp lực

- Một cuốn sách nằm yên trên mặt bàn nằm ngang chịu tác dụng của hai lực cân bằng là lực hút của Trái Đất và lực đẩy của mặt bàn.

- Do mặt bàn tác dụng lên cuốn sách lực $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên và có độ lớn bằng trọng lượng P của cuốn sách nên theo định luật 3 Newton thì cuốn sách tác dụng lên mặt bàn lực $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{N}}}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống dưới và có độ lớn bằng F. Lực $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{N}}}$ ép lên mặt bàn theo phương vuông góc với mặt bàn, gọi là áp lực.

- Áp lực phụ thuộc vào hai yếu tố: Độ lớn của lực tác dụng lên vật và diện tích bề mặt tiếp xúc lên vật.

2. Áp suất

- Do tác dụng của áp lực lên bề mặt bị ép càng mạnh khi cường độ của áp lực càng lớn và diện tích mặt bị ép càng nhỏ, nên để đặc trưng cho tác dụng của áp lực, người ta dùng khái niệm áp suất, có độ lớn bằng áp lực chia cho diện tích bị ép.

$\mathrm{p}=\frac{{\mathrm{F}}_{\mathrm{N}}}{\mathrm{S}}$

- Đơn vị của áp suất là $\mathrm{N}/{\mathrm{m}}^2$, có tên gọi là paxcan (Pa)

Ô tô dễ bị sa lầy hơn xe tăng khi đi trên bề mặt bùn đất

III. Áp suất của chất lỏng

1. Sự tồn tại áp suất của chất lỏng

Chất lỏng tác dụng áp suất lên đáy và cả thành bình chứa

Dòng nước chứng tỏ sự tồn tại của áp suất chất lỏng

2. Công thức tính áp suất của chất lỏng

- Trên mặt thoáng của chất lỏng, còn có áp suất của khí quyển ${\mathrm{p}}_{\mathrm{a}}$. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn xuống đáy bình. Do đó, điểm bất kì trong lòng chất lỏng sẽ có áp suất p được xác định theo công thức

$\mathrm{p}={\mathrm{p}}_{\mathrm{a}}+\mathrm{\rho }.\mathrm{g}.\mathrm{h}$

- Với ${\mathrm{p}}_{\mathrm{a}}$ là áp suất của khí quyển; $\mathrm{\rho }$ là khối lượng riêng của chất lỏng; h là chiều cao của cột chất lỏng; g là gia tốc trọng trường

- Chất lỏng truyền áp suất theo mọi hướng nên áp suất mà ta tính được ở trên cũng là áp suất của chất lỏng tác dụng lên thành bình có khoảng cách tới mặt thoáng chất lỏng là h.

3. Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên

- Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên cho phép xác định độ chênh lệch về áp suất của chất lưu giữa 2 điểm.

- Xét 2 điểm M, N có độ sâu ${\mathrm{h}}_1$, ${\mathrm{h}}_2$ so với mặt thoáng của chất lưu đứng yên.

- Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên: $\mathrm{\Delta p}=\mathrm{\rho }.\mathrm{g}.\mathrm{\Delta h}$