Toptailieu biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Vật Lí 10 Bài 34: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng sách Kết nối tri thức hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 34 từ đó học tốt môn Lí 10.

Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 34: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng

Khởi động trang 131 Vật lí 10: Khối lượng riêng của một chất lỏng và áp suất của chất lỏng có mối quan hệ như thế nào?

Lời giải:

Áp suất của chất lỏng được tính bằng công thức: p = pa + ρ.g.h

Trong đó:

+ p là áp suất chất lỏng (N/m2).

+ pa là áp suất khí quyển (N/m2).

+ ρ là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).

+ g là gia tốc trọng trường ($m/s^2$).

+ h là độ sâu của điểm ta xét so với mặt thoáng của chất lỏng (m).

Câu hỏi trang 131 Vật lí 10

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 )

Lời giải:

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:

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

Trong đó:

+ $\rho$: khối lượng riêng (kg/$m^3$)

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ V: thể tích của vật ($m^3$)

1 g/$c{m}^3$ = 1000 kg/$m^3$

Lời giải:

Thể tích của hợp kim là:

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

Gọi khối lượng và thể tích của đồng lần lượt là $m_1$, $V_1$, của bạc là $m_2$, $V_2$

Ta có:

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

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

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

Từ (1) và (2) => $m_1$ = 5,76 g; $m_2$ = 94,24 g

Chú ý: Đơn vị của $\rho$ là g/$c{m}^3$ thì đơn vị của khối lượng m là g và của thể tích V là $c{m}^3$

Câu hỏi trang 132 Vật lí 10

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

Lời giải:

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 trang 132 Vật lí 10

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

Lời giải:

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:

Vận dụng kiến thức đã học để phân tích hình

Lời giải:

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

Câu hỏi trang 132 Vật lí 10

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

Lời giải:

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

Lời giải:

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 $m^2$. 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 ($m^2$)

Lời giải:

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

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

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

=> Áp suất của người đó tác dụng lên mặt đất là: $p=\frac{F_N}{S}=\frac{500}{0,3}\approx 16666,67 \left(Pa\right)$

b) Khi người đó đứng một chân thì: S = 0,015 $m^2$

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

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

Lời giải:

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.

Phương pháp giải:

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

Lời giải:

Ta có:

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

=> đpcm

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

Lời giải:

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

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 

Hoạt động 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.

Lời giải:

Đổi 20 cm = 0,2 m

Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3, lấy g = 9,8 $m/s^2$.

Độ chênh lệch áp suất của nước giữa 2 điểm thuộc 2 mặt phẳng nằm ngang cách nhau 20 cm là:

∆p = ρ.g.∆h = 1000.9,8.0,2 = 1960 N/m2

Hoạt động 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.

Lời giải:

- Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên: ∆p = ρ.g.∆h

- Các điểm nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng thì đều có cùng một độ cao h => ∆h = 0 => ∆p = 0

=> Áp suất ở các điểm nằm trên cùng mặt phẳng nằm ngang trong chất lỏng thì bằng nhau.

Hoạt động 3 trang 134 Vật lí 10: Hãy dùng phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên để chứng minh định luật Archemedes 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.

Lời giải:

Phương trình cơ bản của chất lưu đứng yên: ∆p = ρ.g.∆h

⇔ $\frac{F}{S}$ = ρ.g.∆h

⇔ F = ρ.g.∆h.S

⇔ F = ρ.g.V (đpcm)

Em có thể trang 135 Vật lí 10: Giải thích được vì sao người thợ lặn muốn lặn sâu dưới biển phải được trang bị thiết bị lặn chuyên dụng.

Lời giải:

Khi lặn sâu người thợ lặn phải được trang bị các thiết bị lặn chuyên dụng vì khi lặn càng sâu thì chiều cao (h) của chất lỏng càng lớn, nên áp suất chất lỏng tác dụng lên người thợ lặn càng lớn. Nếu không được trang bị các thiết bị lặn chuyên dụng, người thợ lặn sẽ không thể chịu được áp suất này và gây nguy hiểm đến tính mạng.