Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể - Bài 4: Các hiện tượng của chất lỏng

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể - Bài 4: Các hiện tượng của chất lỏng

1. CÁC HIỆN TƯỢNG CỦA CHẤT LỎNG I. TRỌNG TÂM KIẾN THỨC 1. Lực căng bề mặt chất lỏng o Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt chất lỏng. o Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt của chất lỏng và có độ lớn tỉ lệ thuận với độ dài của đoạn đường đó. Lực căng bề mặt f .l N -  là hệ số căng mặt ngoài, có đơn vị là N/m - l d : chu vi đường tròn giới hạn mặt thoáng chất lỏng (m) Chú ý Hệ số  phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng:  giảm khi nhiệt độ tăng. 2. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt Bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có dạng mặt khum lõm khi thành bình bị dính ướt và có dạng mặt khum lồi khi thành bình không bị dính ướt. Ứng dụng: Hiện tượng mặt vật rắn bị dính ướt chất lỏng được ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyển nổi” 3. Hiện tượng mao dẫn Hiện tượng mức chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính nhỏ luôn dâng cao hơn, hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn. Các ống trong đó xảy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn. Công thức mao dẫn 4 h Dgd Ứng dụng: Các ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây dẫn nước hòa tan khoáng chất lên nuôi cây. Dầu hỏa có thể ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn đến ngọn bấc để cháy. Chú ý Hệ số căng mặt ngoài  càng lớn, đường kính trong của ống càng nhỏ mức chênh lệch chất lỏng trong ống và ngoài ống càng lớn. II. VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Một vòng nhôm mỏng có đường kính ngoài và trong là 50mm và có trọng lượng 68.10 3 N được treo vào một lực kế lò xo sao cho đáy của vòng nhôm tiếp xúc với mặt nước. Lực để kéo bứt vòng nhôm ra khỏi mặt nước bằng bao nhiêu? Nếu biết hệ số căng bề mặt của nước là 72.10 3 N. A. F 68,8.10 3 N. B. F 86,7.10 3 N. C. F 90,6.10 3 N. D. F 72,4.10 3 N. Lời giải: FC F P .2. .D F P .2. .D 0,0906N Đáp án C. Ví dụ 2: Màng xà phòng tạo ra trên khung dây thép hình chữ nhật có cạnh MN=10cm di chuyển được. Cần thực hiện công bao nhiêu để kéo cạnh MN di chuyển 5cm để làm tăng diện tích màng xà phòng?
2.  0,04 N / m A. F 2.10 4 J. B. F 2.10 3 J. C. F 6.10 3 J. D. F 4.10 4 J. Lời giải: 4 A Fc .S 2..L.S 4.10 J Đáp án D. Ví dụ 3: Cho rượu vào ống nhỏ giọt, đường kính miệng d = 2mm, khối lượng của mỗi giọt rượu là 0,0151g, g 10m / s2 . Suất căng mặt ngoài của rượu là: A. 24,04.10 3 N / m B. 24,40.10 3 N / m C. 20,04.10 3 N / m D. 24,24.10 3 N / m Lời giải: 4 Trọng lượng của giọt rượu bằng lực căng bề mặt: Fc P m.g 1,51.10 N F F .l . .d  c 24,04.10 3 N / m c .d Đáp án A. Ví dụ 4: Cho 15,7g rượu vào ống nhỏ giọt, rượu chảy ra ngoài ống thành 1000 giọt, g 10m / s2 . Suất căng mặt ngoài của rượu là 0,025N/m. Tính đường kính miệng ống. A. 2.10 3 m B. 4.10 3 m C. 2,5.10 3 m D.3,14.10 3 m Lời giải: 15,7 Khối lượng mỗi giọt rượu : m 0,0157g 1,57.10 5 kg 1000 4 3 Fc P m.g 1,57.10 N mà Fc .l . .d d 2.10 m Đáp án A. Ví dụ 5: Nước từ trong một pipette chảy ra ngoài thành từng giọt,đường kính đầu ống là 0,5mm. Tính xem 10cm3 nước chảy hết ra ngoài thành bao nhiêu giọt? Biết rằng  7,3.10 2 N / m . A. 340.B. 873.C. 1000.D. 730. Lời giải: 6 Lực căng: Fc .l . .d 114,6.10 N F F P m.g m 1,146.10 5 kg g 0,01 Số giọt nước: n 873 giọt 1,146.10 5 Đáp án B. III. BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG Câu 1: Tìm câu sai Độ lớn của lực căng bề mặt của chất lỏng luôn: A. Tỉ lệ với độ dài đườmg giới hạn bề mặt chất lỏng B. Phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng C. Phụ thuộc vào hình dạng chất lỏng D. Tính bằng công thức F .l trong đó  là suất căng mặt ngoài, l là chiều dài dường giới hạn mặt
3. thoáng Câu 2: Hiện tượng nào sau đây không liên quan tới hiện tượng mao dẫn? A. Cốc nước đá có nước đọng trên thành cốc B. Mực ngấm theo rãnh ngòi bút C. Bấc đèn hút dầu D. Giấy thấm hút mực Câu 3: Hai vật được treo ở đầu hai lực kế lò xo, nhúng cả haỉ vật đó vào trong nước, độ chỉ của hai lực kế giảm đi những lượng bằng nhau, ta có thể kết luận 2 vật đó có cùng A. khối lượng riêng. B. thể tích. C. khối lượng.D. trọng lượng. Câu 4: Hai học sinh cùng kéo bằng lực 40 N lên một lực kế. Số chỉ của lực kế khi hai người kéo hai đầu và khi hai người cùng kéo một đầu còn đầu kia cố định là: A. 40N; 80N.B. 80N; 40 N.C. cùng bằng 80 N. D. cùng bằng 40 N. Câu 5: Một ống mao dẫn có đường kính trong là 1mm nhúng thẳng đứng trong rượu. Rượu dâng lên trong ống một đoạn 12mm. Khối lượng riêng của rượu là D = 800kg/m 3, g = 10m/s2. Suất căng mặt ngoài của rượu có giá trị nào sau đây? A. 0,24 N/m.B. 0,024 N/m.C. 0,012 N/m.D. Đáp án khác. Câu 6: Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực tối thiếu để bứt vòng xuyến ra khỏi bề mặt của Glixerin ớ 20°C là 64,3 mN. Hệ số căng bề mặt của glixerin ở nhiệt độ này là? A. 730.10-3N/m.B. 73.10 -3N/m.C. 0,73.10 -3N/m.D. Đáp án khác Câu 7: Một ống mao dẫn có đường kính trong là d = 2,5mm hở hai đầu được nhúng chìm trong nước rồi rút khỏi nước ở vị trí thẳng đứng. Khối lượng riêng và suất căng mặt ngoài của nưóc lần lượt là 10 3kg/m3 và 0,075 N/m. Độ cao còn lại của nước trong ống là: A. 12mm. B. 15mm.C. 24mm. D. 32mm. Câu 8: Một ống mao dẫn có đường kính trong là d = 0,2mm ban đầu chứa đầy rượu sau đó dựng ống thẳng đứng và để hở hai đầu. Suất căng mặt ngoài của rượu là 0,025N/m. Trọng lượng của phần rượu còn lại là? A. 3,14.10-5 N.B. 3,14.10 -4N.C. 1,57.10 -5N.D. 1,57.10 -4N. Câu 9: Cho nước vào ống nhỏ giọt có đường kính miệng là d = 0,8mm. Suất căng mặt ngoài của nước là 0,0781 N/m; g = 9,8 m/s2. Khối lượng của mỗi giọt rượu rơi khỏi ống là: A. 0,02 g. B. 0,2 kg. C. 20 mg. D. 0,2g. Câu 10: Điều nào sau đây là sai khi nói về các phân tử cấu tạo nên chất lỏng? A. Khoảng cách giữa các phân tử chất lỏng vào khoảng kích thước phân tử. B. Mỗi phân tử chất lỏng luôn dao động hỗn độn quanh một vị trí cân bằng xác định. Sau một khoảng thời gian nào đó , nó lại nhảy sang một vị trí cân bằng khác. C. Mọi chất lỏng đều được cấu tạo từ một loại phân tử. D. Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các phân tử chất lỏng cũng tăng. Câu 11: Hiện tượng nào sau đây không liên quan đến hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. A. Bong bóng xà phòng lơ lửng trong không khí, B. Chiếc đinh ghim nhờn mỡ nổi trên mặt nước. C. Nước chảy từ trong vòi ra ngoài.
4. D. Giọt nước đọng trên lá sen. Câu 12: Chiều của lực căng bề mặt chất lỏng có tác dụng A. Làm tăng diện tích mặt thoáng của chất lỏng. B. Làm giảm diện tích mặt thoáng của chất lỏng. C. Giữ cho mặt thoáng của chất lỏng luôn ổn định. D. Giữ cho mặt thoáng của chất lỏng luôn nằm ngang. Câu 13: Điều nào sau đây là sai khi nói về lực căng bề mặt của chất lỏng? A. Độ lớn lực căng bề mặt tỉ lệ với độ dài đường giới hạn 1 mặt thoáng của chất lỏng. B. Hệ số căng bề mặt  của chất lỏng phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng. C. Hệ số căng bề mặt  không phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng. D. Lực căng bề mặt có phương tiếp tuyến với mặt thoáng của chất lỏng và vuông góc với đường giới hạn của mặt thoáng. Câu 14: Hiện tượng dính ướt của chất lỏng được ứng dụng để: A. Làm giàu quặng (loại bẩn quặng) theo phương pháp tuyển nổi. B. Dẫn nước từ nhà máy đến các gia đình bằng ống nhựa, C. Thấm vết mực loang trên mặt giấy bằng giấy thấm. D. Chuyển chất lỏng từ bình nọ sang bình kia bằng ống xi phông. Câu 15: Ống được dùng làm ống mao dẫn phải thoả mãn điều kiện: A. Tiết diện nhỏ, hở cả hai đầu và không bị nước dính ướt. B. Tiết diện nhỏ hở một dầu và không bị nước dính ướt. C. Tiết diện nhỏ, hở cả hai đầu. D. Tiết diện nhỏ, hở cả hai đầu và bị nước dính ướt. Câu 16: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiện tượng mao dẫn? A. Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng chất lỏng trong những ống có tiết diện nhỏ được dâng lên hay hạ xuống so với mực chất lỏng bên ngoài ống. B. Hiện tượng mao dẫn chỉ xảy ra khi chất làm ống mao dẫn bị nước dính ướt. C. Hiện tượng mao dẫn chỉ xảy ra khi chất làm ống mao dẫn không bị nước làm ướt. D. Cả ba phát biểu A, B, C đều đúng Câu 17: Một vòng dây kim loại có đường kính 8cm được dìm nằm ngang trong một chậu dầu thô. Khi kéo vòng dây ra khỏi đầu, người ta đo được lực phải tác dụng thêm do lực căng bề mặt là 9,2.10 -3N. Hệ số căng bề mặt của dầu trong chậu là giá trị nào sau đây: A. 18,4.10 3 N / m .B.  18,4.10 4 N / m . C.  18,4.10 5 N / m . D.  18,4.10 6 N / m . Câu 18: Một quả cầu mặt ngoài hoàn toàn không bị nước làm dính ướt. Biết bán kính của quả cầu là 0,1mm, suất căng bề mặt của nước là 0,073N/m. Khi quả cầu được đặt lên mặt nước, lực căng bề mặt lớn nhất tác dụng lên nó nhận giá trị nào sau đây: 2 3 5 A. Fmax 4,6N B. Fmax 4,5.10 N C. Fmax 4,5.10 N D. Fmax 4,6.10 N Câu 19: Một vành khuyên mỏng có đường kính 34 mm, đặt nằm ngang và treo vào đầu dưới của một lò xo để thẳng đứng. Nhúng vành khuyên vào một cốc nước, rồi cầm đầu kia của lò xo và kéo vành khuyên ra khỏi nước, ta thấy lò xo dãn thêm 32 mm. Tính hệ số căng mặt ngoài của nước. Biết lò xo có độ cứng
5. 0,5 N/m. A. 0,0749 N/m.B. 0,024 N/m.C. 0,012 N/m.D. Đáp án khác. Câu 20: Để xác định hệ số căng bề mặt của nước, người ta dùng ống nhỏ giọt mà đầu dưới của ống có đường kính trong 2mm. Biết khối lượng 20 giọt nước nhỏ xuống là 0,95g. Xác định hệ số căng bề mặt, coi trọng lượng giọt nước đúng bằng lực căng bề mặt lên giọt nước. Khối lượng mỗi giọt nước: 0,95.10 3 m 4,75.10 5 kg 20 A. 0,24 N/m.B. 0,0796 N/m.C. 0,0756 N/m.D. Đáp án khác. Câu 21: Nhúng một khung hình vuông mỗi cạnh dài 8,75 cm, có khối lượng 2 g vào trong rượu rồi kéo lên. Tính lực kéo khung lên. Biết hệ số căng mặt ngoài của rượu là 21,4.10-3 N/m. A. 0,035 N.B. 0,0875 N.C. 0,02 N. D. 0,214 N. Câu 22: Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44 mm và đường kính trong là 40 mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45 mN. Lực bứt vòng xuyến này khỏi bề mặt của glixêrin ở 20°C là 64,3 mN. Tính hệ số căng mặt ngoài của glixêrin ở nhiệt độ này. A.3,14.10-5 N.B. 3,14.10 -4 N.C. 73.10 -3 N.D. 73.10-4 N. Câu 23: Một vòng nhôm hình trụ rỗng có bán kính trong 3 cm, bán kính ngoài 3,2 cm, chiều cao 12 cm đặt nằm ngang trong nước. Tính độ lớn lực cần thiết để nâng vòng ra khỏi mặt nước. Biết trọng lượng riêng của nhôm là 28.l0-3 N/m3; suất căng mặt ngoài của nước là 73.10-3N/m; nước dính ướt nhôm. A. 1,4.10-3 N.B. 1,4.10 -4 N. C. 1,14.10-4 N. D. 1,14.10-2 N. ĐÁP ÁN 1.C 2.A 3.B 4.A 5.B 6.B 7.C 8.A 9.C 10.C 11.C 12.B 13.C 14.A 15.C 16.A 17.A 18.D 19.A 20.C 21.A 22.C 23.D HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án C F .l nên F phụ thuộc bản chất chất lỏng và chiều dài đường giới hạn mặt thoáng. Không phụ thuộc hình dạng chất lỏng Câu 2: Đáp án A Cốc nước đá có nước đọng trên thành cốc là do ngưng tụ Câu 3: Đáp án B Độ chỉ của hai lực kế giảm đi những lượng bằng nhau chứng tỏ lực Acsimet tác dụng lên hai vât như nhau Mà lực đẩy Acsimet F = D.V với V là thể tích của vật chìm trong chất lỏng. Do vậy thể tích của hai vật như nhau Câu 4: Đáp án A
6. Câu 5: Đáp án B 4 Dgdh Áp dụng công thức h suy ra  0,024N / m Dgd 4 Câu 6: Đáp án B. F Fc P . . D1 D2 P F P  73.10 3 N / m . D1 D2 Câu 7: Đáp án C Trọng lượng của phần rượu còn lại cân bằng với lực căng mặt ngoài ở cả hai đầu trên và dưới Ta có 2F = P d 2 hay 2 d mg Dgh. 4 8 suy ra h 0,024m 24mm Dgd Câu 8: Đáp án A Trọng lượng của phần rượu còn lại cân bằng với lực căng mặt ngoài ở cả hai đầu trên và dưới P 2F 2 d 3,14.10 5 N Câu 9: Đáp án C Fc .l . .d Trọng lượng mỗi giọt rượu: 4 P Fc .l . .d 1,9.10 N P Khối lượng mỗi giọt rượu: m 2.10 5 kg 20mg g Câu 17: Đáp án A Chu vi vòng dây: l d 3,14.8 0, 25m. F Hệ số căng bề mặt của dầu là  . 2l Thay số ta được  18,4.10 3 N / m. . Câu 18: Đáp án D Lực căng bề mặt tác dụng lên quả cầu: F l F đạt cực đại khi l 2 r (chu vi vòng tròn lớn nhất). Fmax 2 r. 5 Thay số ta được Fmax 4,6.10 N Câu 19: Đáp án A Vành khuyên bắt đầu được kéo ra khỏi mặt nước khi lực đàn hồi bằng lực căng mặt ngoài: k l F F hay k l  2 d  74,9.10 3 N / m dh c 2 d Câu 20: Đáp án C
7. 4 P m.g 4,75.10 N Fc F  c 7,56.10 2 N / m d Câu 21: Đáp án A Lực kéo khung lên: Fk P Fc m.g .2.4.a 0,035N. Câu 22: Đáp án C Lực kéo vòng xuyến lên: Fk P 3 Fk P . d1 d2  73.10 N. d1 d2 Câu 23: Đáp án D Lực cần thiết để nâng vòng nhôm lên: 2 2 F P .2 p r1 r2 h r2 r1 .2 r1 r2 0,0114N.