SKKN: Xây dựng hệ thống bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học góp phần nâng cao hiệu quả dạy học Vật lý lớp 10
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (773.29 KB, 34 trang )
CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI
BTVL
Bài tập vật lí
BTĐT
Bài tập định tính
CHTT
DHVL
ĐC
ĐH
ĐHQG
ĐHSP
GV
HS
KHGD
KHTN
LL
NXB
NXBGD
NXBKHKT
PGS
PP
SGV
SGK
THPT
Câu hỏi thực tế
Dạy học vật lí
Đối chứng
Đại học
Đại học quốc gia
Đại học sư phạm
Giáo viên
Học sinh
Khoa học giáo dục
Khoa học kĩ thuật
Lí luận
Nhà xuất bản
Nhà xuất bản giáo dục
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật
Phó giáo sư
Phương pháp
Sách giáo viên
Sách giáo khoa
Trung học phổ thông
MỤC LỤC
Trang
CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI....................................................................................... 1
MỤC LỤC .................................................................................................................................... 2
1
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 4
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 4
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 5
3. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................. 5
4. Giả thuyết khoa học .................................................................................................. 6
5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................ 6
6. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 6
7. Đóng góp của đề tài .................................................................................................... 6
NỘI DUNG ................................................................................................................................. 7
A. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN ........................................................ 7
I. Cơ sở lí luận ........................................................................................................................... 7
1. Bài tập vật lí ................................................................................................................. 7
2. Tác dụng của bài tập vật lí ...................................................................................... 7
3. Phân loại bài tập vật lý ............................................................................................. 8
II. Cơ sở thực tiễn ..................................................................................................................... 8
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP SỬ DỤNG PHỐI HỢP PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ CÁC LỰC CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG
TRÌNH
VẬT
LÍ
LỚP
10
THPT
.....................................................................................................................................................
9
I. Chủ đề 1: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học ................ 9
1. Bài toán 1: Có lực tác dụng làm thay đổi các thông số trạng thái của khí ............ 9
1. 1. Cách sử dụng phối hợp các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng
thái của khí lý tưởng
9
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi ..................................................... 9
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực ......................................................... 9
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet ................................................... 9
Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát ....................................................... 10
1.2. Phương pháp giải chung ................................................................................................. 10
2
1.3. Một số ví dụ ........................................................................................................................ 10
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi ...................................................10
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực ......................................................... 10
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet ...................................................11
Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát ....................................................... 13
2. Bài toán 2: Biến đổi nội năng làm thay đổi thông số trạng thái của khí và
gây ra lực tác dụng
.......................................................................................................................................................
14
2.1. Cách làm biến đổi thông số của khí để tạo ra lực tác dụng và sử dụng phối hợp
các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái của khí lý tưởng ......................14
2.2. Phương pháp giải chung ................................................................................................. 14
2.3. Một số ví dụ ...................................................................................................................... 15
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi ..................................................... 15
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực ......................................................... 15
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet .................................................. 16
3. Các bài tập tổng hợp ............................................................................................................ 16
3.1. Cách sử dụng phối hợp nhiều lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái
của khí lý tưởng ......................................................................................................................... 16
3.2. Phương pháp giải chung ...........................................................................................17
3.3 . Một số ví dụ ..................................................................................................................... 17
II. Chủ đề 2: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế về trạng thái khí lý tưởng và
các lực cơ học ứng dụng trong thực tiễn ........................................................................... 19
Dạng 1: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế ...................................................19
Dạng 2: Ứng dụng của các dạng toán đã đề cập trong thực tiễn .....................20
Dạng 3: Một số mẫu chuyện vui ............................................................................... 20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 23
PHỤ LỤC 1: BÀI TẬP TỰ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 24
PHỤ LỤC II: HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................................................... 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 33
3
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Dạy học nói chung và dạy vật lý nói riêng ngoài việc cung cấp kiến thức, phải
làm sao phát triển được năng lực sáng tạo ở học sinh, hình thành năng lực làm việc
tự lực ở họ.
Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới là không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ
những kiến thức, kỹ năng có sẵn cho học sinh mà điều đặc biệt quan trọng là phải
bồi dưỡng cho họ năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, để từ đó có thể
tìm ra và chiếm lĩnh những tri thức mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn đề
mới, góp phần làm giàu thêm nền kiến thức của nhân loại.
Tạo hứng thú học tập cho học sinh ở các môn học nói chung và môn vật lí nói
riêng là hết sức quan trọng. Nếu làm được điều này trong quá trình giảng dạy là
điều kiện thuận lợi nhất để học sinh tự lực chiếm lĩnh kiến thức, đó cũng chính là
đích mà phương pháp dạy học mới hướng đến.
Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong rèn luyện
tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Bởi vì, giải bài
tập vật lý là hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh, trong khi giải bài tập,
học sinh phải phân tích điều kiện đề bài, lập luận logic, thực hiện các phép toán để
kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện như vậy tư duy sáng tạo
của học sinh sẽ được phát triển, năng lực làm việc của học sinh sẽ được nâng cao.
Nhằm giúp cho học sinh có cách nhìn tổng quát về các dạng bài tập sử dụng
phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương
trình vật lý lớp 10 THPT cũng như có phương pháp lựa chọn, định hướng phương
pháp giải, các bước giải cụ thể phù hợp. Bài tập định tính và câu hỏi thực tế góp
phần quan trọng trong việc hình thành cho học sinh kỹ năng quan sát, đặt câu hỏi,
tìm tòi, sáng tạo để tìm hiểu những vấn đề trong thực tiễn liên quan đến các kiến
thức, đồng thời bài tập định tính và câu hỏi thực tế là định hướng tốt giúp học sinh
4
nhận dạng các bài tập trong khi học Vật lý nói chung và phần Nhiệt học nói riêng.
Trong chương trình vật lí THPT hệ thống bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng phối
hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình
vật lý lớp 10 THPT khá quan trọng được sử dụng nhiều trong quá trình dạy học
chương Chất khí thuộc phần Nhiệt học; nó xuất hiện nhiều trong các đề thi học
sinh giỏi các cấp và có thể sẽ là một phần trong kỳ thi THPT Quốc gia những năm
tới. Loại bài tập này có rất nhiều bài tập khó, học sinh thường rất lúng túng không
có định hướng giải; các bài tập định tính và câu hỏi thực tế không được đưa vào
nhiều trong hệ thống bài tập SGK cũng là một vấn đề khiến học sinh ít quan tâm và
chưa có đủ kinh nghiệm nhận diện vấn đề tìm ra câu trả lời. Vì những lí do đó tôi
đã thực hiện đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng
phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học góp phần
nâng cao hiệu quả dạy học vật lý lớp 10 THPT”.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Học sinh THPT, học sinh dự thi học sinh giỏi và học sinh ôn thi THPT Quốc
gia.
Bài tập và câu hỏi thực tế sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí
lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT”.
b. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài là tài liệu cho học sinh các trường THPT, học sinh tham dự các kì thi
học sinh giỏi, học sinh ôn thi THPT Quốc gia tiếp cận với kiến thức về bài tập và
câu hỏi thực tế sử dụng phối hợp giữa phương trình trạng thái của khí lý tưởng và
các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT.
3. Mục đích nghiên cứu
Hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập sử dụng phối hợp phương trình
trạng thái của khí lý tưởng các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT ;
hình thành cho học sinh kỹ năng quan sát, đặt câu hỏi tìm hiểu vấn đề liên quan đến
các kiến thức, bài tập trong khi học Vật lý nói chung và phần Nhiệt học nói riêng ;
5
sử dụng trong giảng dạy góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường
THPT.
Kết quả nghiên cứu đề tài là tư liệu phục vụ cho quá trình dạy học của bản
thân, là tài liệu tham khảo cho giáo viên, học sinh bậc trung học phổ thông trong quá
trình giảng dạy, học tập, nghiên cứu phần Nhiệt học thuộc chương trình vật lý 10
THPT, đồng thời cũng là tài liệu cần thiết cho việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi các
cấp và ôn thi THPT quốc gia.
4. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng được hệ thống bài tập về sử dụng phối hợp phương trình
trạng thái của khí lý tưởng trong chương trình vật lý lớp 10 THPT và xây dựng
được phương pháp giải thì sẽ nâng cao được kiến thức kỹ năng, phát triển tư duy
sáng tạo. Đồng thời nếu nhìn nhận, liên hệ được các bài tập dạng này vào trong
thực tiễn đặc biệt sẽ giúp học sinh có kỹ năng năng quan sát, đặt câu hỏi tìm hiểu
vấn đề và giải các bài tập định tính cũng như giải thích các hiện tượng Vật lý có
trong tự nhiên. Những vấn đề nghiên cứu này đều góp phần tạo động lực, khiến
các em yêu thích nghiên cứu về Vật lý học cũng như nâng tầm về kỹ năng sống.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Hệ thống hoá cơ sở lí luận về phương pháp dạy học Bài tập Vật lí ở trường
THPT.
Hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập sử dụng phối hợp phương trình
trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10
THPT.
Hướng dẫn học sinh giải quyết các bài tập định tính và câu hỏi thực tế liên
quan đến khí lý tưởng và các lực cơ học.
6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lí thuyết.
Phương pháp dạy học bài tập Vật lí.
Phương pháp thực nghiệm.
6
Phương pháp tổng kết kinh nghiệm GD.
7. Đóng góp của đề tài
Hệ thống bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập "sử dụng phối hợp
phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý
lớp 10 THPT".
Một số bài tập định tính và câu hỏi thực tế; một số mẫu chuyện vui liên hệ
vào thực tiễn của các dạng bài tập sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của
khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT.
NỘI DUNG
A. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN
I. Cơ sở lí luận.
1. Bài tập vật lí.
Bài tập vật lí: Ta có thể xem định nghĩa bài tập vật lý trong “lý luận dạy học
vật lý” của Phạm Hữu Tòng là bao quát: “Trong thực tiễn dạy học, bài tập vật lý
được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy nghĩ
logic, những phép toán và những thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và phương
pháp vật lý. Hiểu theo nghĩa rộng thì mỗi vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu
giáo khoa cũng chính là một bài tập đối với học sinh. Sự tư duy định hướng một
cách tích cực luôn là việc giải bài tập vật lý”
Bài tập vật lí có nội dung thực tế là các bài tập vật lí có nội dung liên quan
đến các vấn đề thực tế trong đời sống, sản xuất, lao động và ứng dụng trong thực
tiễn.
2. Tác dụng của bài tập vật lí.
Giải bài tập vật lý là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được
tiến hành nhiều nhất trong hoạt động dạy học. Do vậy, bài tập vật lý có tác dụng
cực kì quan trọng trong việc hình thành, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng và tìm
7
tòi kiến thức cho học sinh. Chúng được sử dụng trong những tiết học với những
mục đích khác nhau:
Bài tập vật lý được sử dụng như là các phương tiện nghiên cứu tài liệu mới,
khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến
thức mới một cách sâu sắc và vững chắc.
Bài tập vật lý là phương tiện rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận
dụng kiến thức, liên hệ lý thuyết với thực tiễn, học tập với đời sống.
Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn
luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Bởi vì,
giải bài tập vật lý là hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh.
Bài tập vật lý là phương tiện ôn tập và củng cố kiến thức đã học một cách
sinh động và có hiệu quả.
Thông qua giải bài tập vật lý có thể rèn luyện được những đức tính tốt như:
tính độc lập, tính cẩn thận, kiên trì, vượt khó...
Bài tập vật lý là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của
học sinh một cách chính xác.
Trong bài tập vật lí thì bài tập thực tế có nội dung sát với thực tiễn của học
sinh nên dễ dàng tập trung được sự chú ý của học sinh và gây ra hứng thú làm việc
ở họ.
3. Phân loại bài tập vật lý.
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý, tuỳ thuộc vào việc người phân loại
chọn tiêu chí nào. Nếu căn cứ vào nội dung kiến thức thì có bài tập: cơ, nhiệt, điện,
quang...; Nếu căn cứ vào việc bài tập có yêu cầu xác định đại lượng vật lý nào đó
hay không mà ta có thể phân bài tập định tính và bài tập định lượng.
Bài tập định tính thường được giải bằng những suy luận logic dựa trên các
định luật vật lý bằng phương pháp đồ thị hoặc thực nghiệm. Ở đây không sử dụng
đến các phép tính toán học.
Các câu hỏi và bài tập thực tế thường có nội dung vật lý liên quan đến cuộc
sống thường ngày, các hoạt động thực tiễn của học sinh.
8
II. Cơ sở thực tiễn.
Bài toán sử dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực
cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT cần kết hợp nhiều kiến thức . Muốn
có một phương pháp giải nhanh gọn, dễ hiểu trước hết nên tìm hiểu hệ thống các
bài tập điển hình, định hướng chọn phương pháp, các bước giải nhanh nhất, hiệu
quả nhất.
Sau khi xây dựng được hệ thống bài tập sử dụng phối hợp phương trình trạng
thái của khí lý tưởng và các lực cơ học trong chương trình vật lý lớp 10 THPT thì
việc giải các bài toán về loại này đối với học sinh trở nên dễ dàng hơn.
Trong những năm giảng dạy tại trường THPT tôi đã áp dụng tinh thần của đề
tài này trong quá trình giảng dạy chính khóa, dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh
và kết quả là tốt hơn rất nhiều so với khi chưa nghiên cứu đề tài.
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP SỬ DỤNG PHỐI HỢP PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ CÁC LỰC CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG
TRÌNH VẬT LÍ LỚP 10 THPT
I. Chủ đề 1: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học.
1. Bài toán 1: Có lực tác dụng làm thay đổi các thông số trạng thái của khí.
1. 1. Cách sử dụng phối hợp các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng
thái của khí lý tưởng.
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi.
Lực đàn hồi thường được khai thác trong bài toán pittông đặt nằm ngang
hoặc nghiêng góc α với mặt nằm ngang theo các cách:
+ Lực đàn hồi của lò xo, của dây nối với pittông.
9
+ Phản lực của mặt sàn lên xi lanh khi nó ở trạng thái cân bằng hay trượt
trên mặt sàn có ma sát.
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực.
Trọng lực thường được khai thác trong bài toán pittông đặt thẳng đứng
hoặc nghiêng góc α với mặt nằm ngang theo các cách:
+ Trọng lực của pittông khi pittông ở trạng thái cân bằng hay chuyển
động dọc theo xi lanh.
+ Trọng lực của xi lanh khi xi lanh ở trạng thái cân bằng hay trượt trên
mặt sàn.
+ Trọng lực của vật nặng đặt thêm hay bỏ bớt trên xi lanh.
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet
Lực Acsimet thường được khai thác trong các bài toán vật hay xi lanh chứa
khí được đặt cân bằng, chuyển động trong chất lưu:
+ Khí cầu chuyển động trong không khí.
+ Xi lanh chứa khí đặt cân bằng hay chuyển động trong chất lỏng.
Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát
Lực ma sát thường được khai thác giữa pittông và xi lanh hay giữa xi lanh
và sàn.
+ Pittông chuyển động dọc theo xi lanh đặt thẳng đứng hay đặt nghiêng
góc α với mặt nằm ngang.
+ Xi lanh chuyển động trên mặt sàn.
1.2. Phương pháp giải chung.
Bước 1: Phân tích đủ các lực có mặt trong bài toán. Viết phương trình
cân bằng lực hoặc phương trình cân bằng áp suất đối với pittông.
Bước 2: Dựa vào phương trình cân bằng áp suất đối với khí để xác định
áp suất khí sau khi có lực tác dụng.
Bước 3: Viết phương trình trạng thái hoặc các đẳng quá trình cho khí
trong xi lanh
10
Bước 4: Dựa vào mối liên hệ của các thông số trạng thái khí ở phương
trình trạng thái và phương trình cân bằng lực để tìm ẩn của bài toán.
1.3. Một số ví dụ
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi
Ví dụ 1: Cho một ống tiết diện S nằm ngang được ngăn với bên ngoài bằng 2
pittông. Pittông thứ nhất được nối với lò xo (Hình 1). Ban đầu lò xo không biến
dạng, áp suất khí giữa 2 pittông bằng áp suất bên ngoài p0. Khoảng cách giữa hai
pittông là H và bằng chiều dài hình trụ. Tác dụng lên pittông thứ 2 một lực F để nó
chuyển động từ từ sang bên phải. Tính F khi pittông thứ 2 dừng lại ở biên phải của
ống trụ.
Hướng dẫn giải:
Điều kiện cân bằng pittông trái; phải: p0S – pS – kx = 0 (1); F + pS – p0S = 0(2)
Định luật Bôilơ – Mariốt: p0SH = p(2H –x)S (3)
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực
Ví dụ 2: Trong một hình trụ kín hai đầu chiều dài L, đặt thẳng đứng có chứa môt
hỗn hợp khí và một pittông khối lượng m0. Pittông này không cho hai chất khí thấm
qua, khối lượng và khối lượng mol của hai khí này lần lượt là m1, M1 và m2, M2 (các
khí còn lại dễ dàng thấm hơn qua pittông). Lúc đầu pittông nằm sát đáy dưới. Lật
ngược bình hình trụ và đặt nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang (Hình 2). Hỏi khi
cân bằng pittông dịch chuyển đoạn bao nhiêu? Nhiệt độ khí là T không đổi; lấy gia
tốc rơi tự do là g và bỏ qua ma sát giữa pittông và hình trụ.
Hướng dẫn giải:
Đối với chất khí thấm qua, khi lật ngược và ở trạng thái cân bằng, mật độ khí này
ở hai bên pittông là bằng nhau. Do đó áp suất do chúng tác dụng lên hai mặt pittông
là cân bằng nhau. Vậy sự cân bằng của pittông chỉ liên quan tới 2 chất khí không
thấm qua.
Gọi p là áp suất của hai khí không thấm qua. Khi cân bằng: .
11
Ví dụ 3: Khí được chứa trong một xilanh có tiết diện S dưới một pittông khối
lượng m. Nhờ một sợi chỉ nhẹ vắt qua một ròng rọc nhẹ, pittông được nâng chậm
nên nhờ tác dụng lên sợi chỉ một lưc F dưới một góc α (Hình 3). Bỏ qua ma sát, hãy
tìm sự phụ thuộc của áp lực tác dụng lên trục ròng rọc vào chiều cao x mà pittông
được nâng lên nếu áp suất khí quyển là p0. Khi x = h và F = 0 thì pittông nằm yên và
coi nhiệt độ của khí không thay đổi.
Hướng dẫn giải:
Khi x = h, thể tích khí trong bình :
Gọi T là sức căng của chỉ. Khi nâng pittông lên tới độ cao x thể tích khí trong bình
là:
Theo định luật Bôilơ Mariôt:
Từ đó tính được sức căng của sợi chỉ:
Lực tác dụng lên trục ròng rọc được xác định:
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet
Ví dụ 4: Khí cầu thường mang theo phụ tải(các túi cát). Một khí cầu khối lượng
tổng cộng m = 300kg đang lơ lửng ở độ cao khí quyển có áp suất p 1 = 84 kPa và
nhiệt độ
t1 = 130C. Phải ném xuống bao nhiêu kg phụ tải để khí cầu lên tới độ cao có nhiệt
độ t2 = 330C và áp suất p2 = 60 kPa. Khí cầu được bơm không khí có khối lượng
mol , R = . Giả thiết thể tích của khí cầu không đổi.
Hướng dẫn giải:
Khí cầu lơ lửng trên không, lực đẩy Acsimet bằng trọng lượng: ( D1 là khối lượng
riêng của không khí ở áp suất p1; p2và nhiệt độ T1 = 260 K; T2 = 240 K)
Thể tích của khí cầu là :
Ném phụ tải có khối lượng m’ thì khí cầu có khối lượng m m’ và điều kiện lơ
lửng mới là:
12
Ví dụ 5: Một xilanh có thành mỏng, bên trong chứa một lượng khí xác định. Xilanh
được đậy bằng một pittông nhẹ, mỏng. Khi xilanh nổi tự do trên mặt nước (Hình 4)
thì khoảng cách từ pittông đến mặt nước là a = 4 cm, khoảng cách từ mặt nước đến
đáy xilanh là b = 20 cm. Nhấn chìm cả hệ xilanh và pittông vào trong nước đến độ
sâu tối thiểu là bao nhiêu để hệ không thể tự nổi lên khi thả ra? (độ sâu được tính là
khoảng cách từ mặt nước đến pittông). Biết nhiệt độ khí trong xilanh không đổi,
khối lượng riêng của nước = 1000 kg/m3, áp suất khí quyển P0 =1,013.105 Pa, g = 10
m/s2, bỏ qua ma sát giữa pittông và xilanh. Áp suất nước ở độ sâu h tính theo công
thức p = po + ρgh.
Hướng dẫn giải:
Lúc đầu P1 = P0 và V1 = (a + b)S
Gọi h là khoảng cách cần tìm từ pittông đến mặt nước. Tại đó, nước đã đẩy pittông
xuống một đoạn x. Ta có: và
V2 = ( a + b − x ) S
Khi nổi trên mặt nước: mg = bSg .
Để xilanh không tự nổi lên: mg ≥ (a + b x)Sg => x ≥ a
Nhiệt độ của nước không thay đổi, theo định luật Bôilơ Mariốt:
Từ các điều kiện trên = 2,026 m. Vậy hmin = 2,026m
Dạng 4: Phương trình trạng thái và lực ma sát
Ví dụ 6: Một xilanh chiều dài 2l, bên trong có một pittông có tiết diện S. Xilanh có
thể trượt có ma sát trên mặt phẳng ngang với hệ số ma sát (Hình 5). Bên trong
xilanh, phía bên trái có một khối khí ở nhiệt độ T0 và áp suất bằng áp suất khí
quyển bên ngoài p0, pittông cách đáy khoảng l. Giữa bức tường thẳng đứng và
pittông có một lò xo nhẹ độ cứng k. Cần phải tăng nhiệt độ của khối khí trong xi
lanh lên một lượng bằng bao nhiêu để thể tích của nó tăng lên gấp đôi, nếu ma sát
giữa xi lanh và pittông có thể bỏ qua. Khối lượng tổng cộng của xilanh và pittông
bằng m.
Hướng dẫn giải:
13
Vì áp suất bên trong và bên ngoài là bằng nhau nên ban đầu lò xo không biến dạng.
Trường hợp 1:. Khi đó xi lanh sẽ đứng yên.
Gọi T là nhiệt độ cuối cùng của khối khí thì:
Trường hợp 2:
Gọi x là độ nén cực đại của lò xo. Pittông còn đứng yên cho đến khi
Gọi T1 là nhiệt độ của khối khí tại thời điểm lò xo nén cực đại. P1 là áp suất chất
khí trong xi lanh ở thời điểm này thì:
Áp dụng phương trình trạng thái có:
Khi T > T1 thì pittông bắt đầu dịch chuyển, bắt đầu từ thời điểm này áp suất chất
khí trong xi lanh là không đổi. Ta có:
Nhận xét:
Quan trọng nhất của các bài toán 1 là viết được phương trình cân bằng lực
của pittông để suy ra các thông số trạng thái khí bị thay đổi sau khi có lực tác dụng
và viết phương trình trạng thái của khí ứng với trạng thái khí trước, sau khi có lực
tác dụng.
Phần còn lại chỉ là các phép toán dựa vào mối liên hệ của các thông số
trạng thái khí ở phương trình trạng thái và phương trình cân bằng lực để tìm ẩn
của bài toán.
2. Bài toán 2: Biến đổi nội năng làm thay đổi thông số trạng thái của khí và
gây ra lực tác dụng
2.1. Cách làm biến đổi thông số của khí để tạo ra lực tác dụng và sử dụng
phối hợp các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái của khí lý
tưởng:
Thay đổi áp suất của khí trong xi lanh và gây ra lực tác dụng lên pittông
bằng 2 cách:
14
+ Thay đổi áp suất gián tiếp thông qua nhiệt độ (như đốt nóng khí, cung
cấp một nhiệt lượng, thực hiện công gây ra ma sát cho vật chứa khí nóng lên
hoặc hạ nhiệt độ của khí); thông qua thể tích (đẩy hoặc kéo một pittông trong
xilanh làm thay đổi dung tích vật chứa khí).
+ Thay đổi áp suất trực tiếp: Tăng hoặc giảm diện tích ép; sử dụng van
giúp tăng giảm áp suất.
Lực do thay đổi áp suất gây ra có thể là 1 trong các lực cơ học đã học và
cách sử dụng phối hợp các lực cơ học vào bài toán phương trình trạng thái của
khí lý tưởng được khai thác giống như ở bài toán 1.
2.2. Phương pháp giải chung:
Bước 1. Xác định áp suất, thể tích khí trước và sau khi thay đổi nhiệt độ.
Viết phương trình trạng thái hoặc các đẳng quá trình cho khí ứng với các trạng
thái khác nhau của khí.
Bước 2. Xác định các lực do sự thay đổi áp suất khí gây ra. Viết phương
trình cân bằng lực hoặc phương trình cân bằng áp suất đối với pittông.
Bước 3. Dựa vào mối liên hệ của các phương trình đã viết để tìm ẩn.
2.3. Một số ví dụ
Dạng 1: Phương trình trạng thái và lực đàn hồi
Ví dụ 7: Một bình có thể tích V chứa 1mol khí lí tưởng và một cái van bảo hiểm là
một xilanh rất nhỏ so với bình, trong đó có một pittông diện tích S giữ bằng lò xo có
độ cứng K. Khi nhiệt độ T1 thì pittông ở cách lỗ thoát khí một khoảng l. Nhiệt độ
của khí tăng với giá trị T2 nào thì thoát ra ngoài?
Hướng dẫn giải:
x+l và khí thoát ra:
15
Từ (1),(2),(3) ta có:
Dạng 2: Phương trình trạng thái và trọng lực
Ví dụ 8: Trong một ống hình trụ thẳng đứng với hai tiết diện khác nhau, có hai
pittông nối với nhau bằng một sợi dây không dãn. Giữa hai pittông có một mol khí lí
tưởng. Pittông trên có tiết diện lớn hơn pittông dưới là S=10cm2. Áp suất khí quyển
ngoài p0 = 1,0 atm.
a. Tính áp suất p của khí giữa hai pittông
b. Phải làm nóng khí lên bao nhiêu độ để các pittông chuyển lên l = 5cm. Biết khối
lượng tổng cộng của hai pittông là m = 5kg; khí không lọt ra ngoài.
Hướng dẫn giải:
(1)
Dạng 3: Phương trình trạng thái và lực Acsimet
Ví dụ 9: Một khí cầu tạo bởi một túi dạng cầu đường kính 16m, hở ở phía dưới
đáy. Khối lượng của túi là 150kg. Người ta đốt nóng không khí trong khí cầu. Hỏi
nhiệt độ của không khí trong khí cầu ít nhất phải bằng bao nhiêu để nó có thể bay
lên được ?
cho biết nhiệt độ khí quyển là 00C, áp suất bằng 105Pa; µkhông khí = 29g/mol.
Hướng dẫn giải:
Thể tích khí cầu:
Để khí cầu bay lên được thì lực đẩy Acsimet bằng trọng lượng của không khí lạnh
trong khí cầu phải lớn hơn trọng lượng không khí nóng và túi khi đó: m0 m1 + 150
Với ; (p là áp suất khí quyển, V là thể tích khí cầu, T0 = 273K, T1 là nhiệt độ của
khí trong khí cầu). Ta có: 150T1= 288,6 Kt = 15,60C.
Nhận xét:
16
Quan trọng của bài toán 2 là xác định được áp suất, thể tích, nhiệt độ khí
viết được phương trình trạng thái ứng với các trạng thái khác nhau của khí. Xác
định được áp suất suy ra lực tác dụng trước và sau khi thay đổi nhiệt độ khí để viết
phương trình cân bằng lực, cân bằng áp suất.
Khi viết đúng, đủ các phương trình thì việc tìm ẩn chỉ còn là một số phép
biến đổi toán học.
3. Các bài toán tổng hợp
3.1. Cách sử dụng phối hợp nhiều lực cơ học vào bài toán phương trình trạng
thái của khí lý tưởng.
Đối với xi lanh nằm ngang thì có thể khai thác các loại lực: Lực ma sát,
lực đàn hồi, lực quán tính tác dụng lên pittông hoặc xi lanh.
Đối với bài toán có xi lanh nằm thẳng đứng hay nghiêng góc so với
phương ngang thì có thể khai thác các loại lực: Trọng lực, lực ma sát, lực đàn
hồi, lực quán tính tác dụng lên pittông hoặc xi lanh.
Khi xi lanh nằm trong chất lưu thì có thể khai thác các loại lực: Lực
Acsimet, trọng lực, lực ma sát, lực đàn hồi, lực quán tính tác dụng lên pittông
hoặc xi lanh.
Lực quán tính xuất hiện khi xi lanhchứa khí, pittông chuyển động có gia
tốc: Quay đều, thẳng biến đổi đều, dao động điều hòa.
3.2. Phương pháp giải chung:
Cần có kiến thức tổng hợp về các loại lực cơ học, áp lực do khí gây ra
để phân tích đủ các lực tác dụng.
Trong 1 bài toán cần viết các phương trình cân bằng lực, cân bằng áp
suất và định luật II Niu Tơn.
Vận dụng linh hoạt các dạng toán trong chủ đề 1 để giải quyết bài toán.
Ví dụ 10: Trong hình 8, xilanh có thành mỏng bên trong chứa một lượng khí có khối
lượng xác định. Xilanh được đậy bằng một pittông nhẹ, giữa đáy xilanh và pittông
có một lò xo có độ cứng k nối liền. Ban đầu lò xo không biến dạng. Bỏ qua ma sát.
17
Cho tiết diện xilanh S, khối lượng riêng của nước là , áp suất khí quyển là p0. Đè
vào pittông để dìm xilanh xuống. Hỏi pittông xuống một đoạn bao nhiêu thì xilanh
vẫn còn nổi lên.
Hướng dẫn giải:
Gọi M là khối lương của của xilanh. Lúc đầu Mg
Gọi x là độ co của lò xo. Xét khí trong xi lanh: S(a+bx)
k
g(a+bx)
. Tìm được h
Ví dụ 11: Một pittông khối lượng M nằm trong một hình trụ nằm yên (hình 10),
diện tích tiết diện bên trong của bình là S. Dưới pittông có khối lượng không khí
nào đó. Nhờ sợi chỉ sức căng của chỉ là T. Sau khi đốt sợi chỉ pittông chuyển động
không ma sát. Tại khoảng cách nào tới đáy bình, pittông sẽ có vận tốc lớn nhất? Áp
suất khí quyển bên ngoài bằng p0. Nhiệt độ của khí dưới pittông được giữ không
đổi. Gia tốc rơi tự do là g.
Hướng dẫn giải:
Phương trình cân bằng của pittông:
Khi mà pittông nằm cách đáy bình một khoảng x thì áp suất px của khí dưới pittông
được xác định theo định luật BôilơMariôt:
Phương tình chuyển động của pittông sau khi đốt chỉ:
Vận tốc của pittông sẽ cực đại khi a = 0 ứng với vị trí xm
Ví dụ 12: Một xilanh nằm ngang dài 2l hai đầu bịt kín, không khí trong xilanh được
chia làm hai phần bằng nhau bởi một pittông mỏng khối lượng m. Mỗi phần có thể
tích V0, áp suất p0. Cho xialanh quay quanh trục thẳng đứng ở giữa xilanh với vận
tốc góc ω. Tìm ω nếu pittông cách trục quay một đoạn r khi có cân bằng tương đối.
Xem nhiệt độ khí trong xilanh không đổi.
Hướng dẫn giải:
18
Khi xilanh đứng yên, khí trong mỗi phần có áp suất p0 và thể tích V0 =lS
Quay xilanh với vận tốc góc ω: Bình A có:; Bình B có:
Theo định luật BôilơMariốt: p1V1 = p0V0 ;
Lực tác dụng lên pittông theo phương ngang: F2 = p2S; F1 = p1S
Khi xilanh quay đều : F1 F2 = maht
Ví dụ 13: Một bình hình hộp chữ nhật chứa một lượng khí, chuyển động theo
hướng song song với một trong những cạnh của nó. Tìm khối lượng riêng của khí
ở thành sau và thành trước của bình, nếu bình chuyển động trong thời gian đủ và dài
với vận tốc. Biết khối lượng riêng của khí khi bình đứng yên . Khối lượng của khí
là M
Hướng dẫn giải:
Gọi nhiệt độ khí là T và chiều dài của bình là l. Bỏ qua trọng lượng của khối khí.
Ta khảo sát một lớp khí rất mỏng ở gần hai thành sau và thành trước của bình, sao
cho trong giới hạn của các lớp đó, khối lượng riêng của khí không thay đổi. Khi đó
ta có phương trình trạng thái:
. Thay vào biểu thức ta được:
Sau một thời gian dài chuyển động, dao động của khối khí sẽ tắt dần do ma sát
nội và tất cả các phần của khối khí đều chuyển động với gia tốc a.
Khi đó theo định luật II Niutơn:
Chiếu phương trình lên hướng chuyển động
Nhận xét:
So với các bài toán 1,2 thì bài toán tổng hợp cần nhận thấy sự có mặt của
nhiều loại lực cơ học trong 1 bài toán, đồng thời cần có sự phối hợp thêm của
phương trình định luật II Niu Tơn khi chất khí hay pittông khi chúng chuyển động có
gia tốc hoặc dao động.
II. Chủ đề 2: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế về trạng thái khí lý
tưởng và các lực cơ học ứng dụng trong thực tiễn.
Dạng 1: Các bài tập định tính và câu hỏi thực tế.
19
1. Những chai đựng đầy nước giải khát có hòa tan khí cacbonic nếu để vào chỗ ấm
ta thấy nút chia bị bật ra? Vì sao vậy?
2. Tại sao chiếc ống giác được hơ nóng sẽ bám chặt vào da người ta
3. Tại sao một chiếc bình đựng khi nén khí nở sẽ nguy hiểm còn một chiếc ống
đựng nước dưới áp suất lớn khi nổ không nguy hiểm?
4. Lực nâng khí cầu phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào?
5. Bóng đèn điện chứa đầy khí nitơ ở nhiệt độ và áp suất thấp.Tại sao phải nạp khí
vào bóng đèn ở những điều kiện như vậy?
6. Tại sao ném một quả bóng đã bị thủng xuống sân thì nó không nảy lên được
7. Tại sao khi dùng chiếc bơm xe đạp chiếc bơm lại bị nóng lên
8. Người ta mang bình không khí nén lặn xuống nước để quan sát và tìm chỗ hỏng ở
đáy tàu. Vì sao người ấy chỉ có thể sửa chũa tối đa trong một thời gian xác định?
9. Thuốc súng khi cháy tại sao có thể đẩy đạn ra khỏi nòng súng với vận tốc khá
lớn?
10. Bóng thám không chứa khí hiđrô tại sao chỉ có thể bay tới một độ cao xác định?
Dạng 2: Ứng dụng của các dạng toán đã đề cập trong thực tiễn
1. Ứng dụng 1: Động cơ đốt trong
Hỗn hợp không khí và nhiên liệu (thường được gọi
là hoà khí) được đốt trong xi lanh của động cơ đốt trong.
Khi đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo
nên áp suất tác dụng lên một pittông đẩy pittông này di
chuyển đi. Ứng dụng trong động cơ xe máy ôtô.
2. Ứng dụng 2: Van an toàn nồi áp suất
Với nồi áp suất được trang bị 2 van xả gồm 1 van chính
và 1 van phụ thì van chính là van hạn chế áp suất, giữ
nhiệm vụ xả áp chính để cân bằng mức áp suất an toàn
trong nồi nấu. Khi van chính không hoạt động hay xả áp
không kịp, van phụ sẽ xả hơi ra ngoài đảm bảo phòng
tránh nguy cơ cháy nổ.
20
Dạng 3: Một số mẫu chuyện vui
1. Tại sao ngọn lửa không tự tắt?
Ngọn lửa trong môi trường hấp dẫn bình thường
Lẽ thường, quá trình cháy tạo ra khí CO2 và hơi nước, đều là những chất không có
khả năng duy trì sự cháy. Những chất này sẽ bao bọc lấy ngọn lửa, ngăn không cho
nó tiếp xúc với không khí. Như vậy, ngọn lửa
phải tắt ngay từ lúc nó mới bắt đầu hình thành
chứ?
Nhưng tại sao việc đó lại không xảy ra? Tại
sao khi dự trữ nhiên liệu chưa cháy hết thì quá
trình cháy vẫn kéo dài không ngừng? Nguyên
nhân duy nhất là, chất khí sau khi nóng lên thì sẽ
nở ra và trở nên nhẹ hơn. Chính vì thế, các sản
phẩm nóng của sự cháy không ở lại nơi chúng được hình thành (nơi trực tiếp gần
ngọn lửa), mà bị không khí mới lạnh hơn và nặng hơn, đẩy lên phía trên một cách
nhanh chóng.
Ở đây, nếu như định luật Acsimet không được áp dụng cho chất khí (hoặc,
nếu như không có trọng lực), thì bất kỳ ngọn lửa nào cũng chỉ cháy được trong
chốc lát rồi sẽ tự tắt ngay. Còn trong môi trường hấp dẫn yếu, ngọn lửa sẽ có hình
thù rất kỳ quặc.
Chúng ta dễ dàng thấy rõ tác dụng tai hại của những sản phẩm cháy đối với
ngọn lửa. Chính bạn cũng thường vô tình lợi dụng nó để làm tắt ngọn lửa trong
đèn. Bạn thường thổi tắt ngọn đèn dầu hỏa như thế nào? Bạn thổi từ phía trên
xuống, tức là đã dồn xuống dưới, về phía ngọn lửa, những sản phẩm không cháy
được (do sự cháy sinh ra), và ngọn lửa tắt vì không có đủ không khí.
2. Phép màu đã được tạo ra như thế nào ?
Nhà cơ học cổ hi lạp Hê rông, người Alecxanddowri,
người phát minh ra vòi nước mang tên ông, đã chỉ cho
chúng ta hai phương pháp kĩ xão mà các giáo sĩ Ai Cập
21
dùng để lừa bịp nhân dân, làm cho họ tin vào những phép màu. Trên hình, bạn nhìn
thấy một cái bàn thờ rỗng bằng kim loại; dưới bàn thờ này, người ta đặt ngầm ở
dưới một hệ thống làm chuyển động cánh cửa bàn thờ. Bàn thờ thì đặt ở ngoài cửa.
Khi đốt lửa, không khí ở dưới bàn thờ nóng lên ép mạnh vào nước đặt trong một cái
bình đặt ngầm ở dưới nền gạch; nước trong bình từ một cái ống chảy vào một cái
thùng, thùng này nặng liền hạ xuống, làm cho chuyển động hệ thống mở tung cánh
cửa
Những người đứng xem chẳng ai ngờ rằng ngầm
ở dưới đất có một hệ thống bố trí đặc biệt, họ hết sức
ngạc nhiên về một phép màu; chỉ cần nhóm lửa trên
bàn thờ là của đền nghe theo lời khấn hứa của các
giáo sĩ mở ra.
Sau khi đốt lửa trên bàn thờ, không khí nở ra và
ép vào dầu trong cái thùng đặt ở dưới, làm cho dầu
này dồn vào trong ống ngầm đặt ở trong mình hai pho
tượng và thế là dầu tự động rót vào lửa... Nhưng chỉ cần viên giáo sĩ trông coi bàn
thờ ấy mở cái nút đậy trên thùng dầu là dầu tự nhiên sẽ không chảy ra nữa (bởi vì
không khí thừa từ đó đi ra ngoài) các giáo sĩ thường dùng những thủ đoạn này khi
gặp các thiện nam tín nữ quá keo kiệt
Nhận xét:
Trạng thái khí lý tưởng trong thực tế có nhiều liên hệ với lực cơ học. Các
bài tập định tính và câu hỏi thực tế rất quan trọng giúp học sinh nhận dạng các bài
toán đã đề cập trong đề tài và cũng nhờ đó mà khi gặp các bài toán khó học sinh sẽ
nhanh chóng nhìn ra dạng và có định hướng giải.
Việc nhìn nhận được sự có mặt của các dạng toán trong cuộc sống và kỹ
thuật sẽ giúp học sinh thích thú hơn khi chiếm lĩnh kiến thức mới và giảm tải áp lực
trong quá trình nghiên cứu giải các bài tập khó.
Các bài tập định lượng đưa ra trong đề tài cũng giúp sáng tỏ hơn các vấn đề
thực tiễn liên quan.
22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Hệ thống các bài tập và phương pháp giải các bài toán và câu hỏi thực tế sử
dụng phối hợp phương trình trạng thái của khí lý tưởng và các lực cơ học tôi đã
đưa ra trên đây đã phần nào đem lại cho học sinh có cách nhìn tổng quát hơn về các
dạng bài tập và các phương pháp giải bài toán sử dụng phối hợp phương trình trạng
thái của khí lý tưởng và các lực cơ học. Bằng thực tế giảng dạy, khi đưa các bàì
tập này cho học sinh rèn luyện đã thu được kết quả khả quan, hầu như các dạng bài
này học sinh đều biết vận dụng, giải thích.
Đề tài này đã được vận dụng thành công ở trường THPT nơi tôi công tác, có
thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các giáo viên vật lí cũng như các em học sinh
23
tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh và học sinh lớp 10 khi học phần nhiệt
học.
Với thời gian hạn chế, năng lực của bản thân có hạn hơn nữa đây la môt vân
̀ ̣
́
đê kho đôi v
̀
́ ́ ơi hoc sinh THPT nên ch
́ ̣
ắc không tránh khỏi những thiếu sót, mong
được sự góp ý của các đồng nghiệp và các bạn đê đê tai hoan chinh h
̉ ̀ ̀
̀
̉
ơn.
PHỤ LỤC 1: BÀI TẬP TỰ NGHIÊN CỨU
Bài 1. Một xilanh có pittông nằm ngang như hình vẽ. pittông tiết diện S=50xi lanh
chứa 500cm3 khối không khí.
a. Tìm áp suất không khí bên trong xilanh khi pittông đứng yên b. Kéo pittông sang
phải một đoạn 2cm. Tìm lực cần thiết để giữ pittông ở vị trí này. Biết áp suất khí
quyển là
24
Bài 2. Một pittông nặng đứng cân bằng trong một xilanh. Khối khí ở trên và ở dưới
có nhiệt độ bằng nhau. Thể tích khí ở phần trên lớn gấp 3 lần thể tích khí ở phần
dưới. Hỏi thể tích các khí này sẽ thay đổi như thế nào nếu nhiệt độ các phần tăng
lên hai lần.
Bài 3. Trong xilanh đặt thẳng đứng có chứa một lượng khí, đậy phía trên là một
pittông khối lượng m=1kg, diện tích S=10cm2. Pittông được giữ bằng lò xo L nhẹ,
dài, độ cứng k=100N/m, đầu trên của lò xo có thể móc vào một trong những cái đinh
cố định có độ cao khác nhau như hình vẽ. Ban đầu, khí trong xilanh có thể tích 0,5
lít và nhiệt độ 27. Lò xo móc vào điểm O, đang bị nén một đoạn 10 cm. Nung nóng
khí trong xilanh lên đến nhiệt độ 227.
a. Để vị trí pittông trong xilanh không đổi, cần móc đầu trên của lò xo vào điểm M
cách O một đoạn bao nhiêu? Về phía nào?
b. Để pittông nằm ở vị trí phía trên và cách vị trí ban đầu của nó một đoạn 50 cm,
phải móc đầu trên của lò xo vào điểm N cách O một đoạn bao nhiêu? Về phía nào?
Biết áp suất khí quyển p0=105N/m2. Lấy g=10m/s2.
Bài 4. Trong một ống được giữ chặt nằm ngang, có 2 pittông gắn chặt với nhau
bằng một thanh cứng và có thể di chuyển không ma sát trong ống. Diện tích pittông
lần lượt là S1=15cm2 và S2=30cm2. Pittông nhỏ nối vào một điểm cố định O qua lò
xo nằm ngang, có độ cứng k = 200N/m. Ở giữa hai pittông kín có chứa khí, ban đầu
nhiệt độ và áp suất của chất khí giữa hai pittông và bên ngoài như nhau, đều bằng
270C và 105N/m2, lò xo chưa biến dạng. Sau đó, chất khí giữa các pittông được nung
nóng thêm 600C. Hỏi phải di chuyển điểm O một đoạn bằng bao nhiêu theo chiều
nào để vị trí các pittông trong ống không thay đổi?
b. Bình ở vị trí câu (1). Nhiệt độ của không khí bằng bao nhiêu thì không còn chênh
lệch nói trên nữa? Áp suất khí quyển p0 = 9,4.104Pa, lấy g = 10m/s2.
Bài 5. Một khí cầu có thể tích V = 336m3 và khối lượng vỏ m = 84 kg được bơm
không khí nóng đến áp suất bằng áp suất không khí bên ngoài. Hỏi nhiệt độ của
không khí trong khí cầu ít nhất phải bằng bao nhiêu để nó có thể bay lên được ?
Không khí bên ngoài có nhiệt độ 270C, áp suất bằng 1at; µkhông khí = 29g/mol.
25
