Với giải bài 3 trang 202 sgk Vật Lí lớp 10 được biên soạn lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập môn Vật Lí 10. Mời các bạn đón xem:
Lực căng bề mặt chất lỏng
$F = \sigma\ell$
Trong đó:
- F: lực căng bề mặt chất lỏng (N)
- σ: hệ số căng bề mặt của chất lỏng (N/m)
- l: độ dài đường giới hạn bề mặt chất lỏng (m)
Giải thích hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng
Bên trong lòng chất lỏng các phân tử chất lỏng ở cạnh nhau theo mọi hướng nên lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng bị chia nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh. Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh bị ít đi nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn “căng”.
lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt chất lỏng lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử bên trong lòng chất lỏng, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng
Hiện tượng dính ướt và không dính ướt
- Hiện tượng dính ướt là hiện tượng một vật liệu nào đó bị dính chất lỏng và bị ướt, chất lỏng lan rộng ra trên bề mặt tiếp xúc và có hình dạng bất kỳ.
- Hiện tượng không dính ướt là hiện tượng vật liệu đó khi tiếp xúc với chất lỏng và vật giữ nguyên được trạng thái khô ráo, chất lỏng có xu hướng co tròn lại thành một khối cầu sau đó bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực.
Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dân lên hay hạ xuống của mực chất lỏng ở bên trong các ống có bán kính trong nhỏ (gọi là ống mao dẫn), trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp … so với mực chất lỏng bên ngoài.
Công thức tính độ chênh lệch mức chất lỏng khi xảy ra hiện tượng mao dẫn
\[h=\dfrac{4\sigma }{\rho gd}\]
Trong đó:
- σ: hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng(N/m)
- ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
- d: đường kính trong của ống (m)
- h: là độ chênh giữa mức chất lỏng bên trong và bên ngoài ống mao dẫn (m)
- gia tốc rơi tự do (m/s2)
VẬT LÝ 10 | VẬT LÝ 11 | VẬT LÝ 12 Bài tập hiện tượng bề mặt của chất lỏng, lực căng bề mặt, hiện tượng mao dẫn vật lí 10 cơ bản nâng cao.
I/ Tóm tắt lý thuyết.
1/ Lực căng bề mặt của chất lỏng:
F = σ.l Trong đó:
- σ: hệ số căng bề mặt (N/m)
- l: chiều dài đường giới hạn bề mặt chất lỏng (m)
2/ Hiện tượng mao dẫn
a/ Công thức tính độ dâng (hạ) của mực chất lỏng trong ống mao dẫn
\[h=\dfrac{4\sigma }{\rho gd}\] Trong đó:
- ρ: khối lượng riêng của chất lỏng
- d: đường kính ống mao dẫn
b/ Công thức tính độ dâng (hạ) của mực chất lỏng giữa hai khe hẹp song song thẳng đứng.
\[h=\dfrac{2\sigma }{\rho gd}\] Trong đó:
- ρ: khối lượng riêng của chất lỏng
- d: bề rộng của khe hẹp
II/ Bài tập hiện tượng bề mặt của chất lỏng, lực căng bề mặt, hiện tượng mao dẫn
Bài tập 1. Để xác định hệ số căng bề mặt của rượu người ta làm như sau: Cho rượu vào cái bình chảy nhỏ giọt ra ngoài theo một ống nhỏ, đường kính miệng ống 4(mm), đặt thẳng đứng. Thời gian giọt này rơi sau giọt kia là 2(s). Sau 65(phút) có 100g rượu chảy ra. Cho g=10(m/s2). ĐS 0,04(N/m).
Hướng dẫn
t = 65phút = 3900s; M = 100g = 0,1kg; d = 4.10-3m
rượu chảy ra khi lực căng bề mặt = trọng lực của 1 giọt rượu =>
m.g = σ.πd => \[\dfrac{M}{t/2}\]g = σ.πd => σ = 0,04N/m
Bài tập 2. Đường kính mặt trong của ống hình trụ là 1(mm), hai đầu ống đều hở. Cho g=9,8(m/s2).
a/ Nhúng thẳng đứng ống trên vào nước. Cho hệ số căng bề mặt của nước là 0,073(N/m) và khối lượng riêng của nước là 1000(kg/m3). Nước dính ướt hoàn toàn thủy tinh. Tính độ dâng. ĐS 2,98(cm).
b/ Nhúng thẳng đứng ống trên vào thủy ngân, thấy độ hạ là 1,4(cm). Xác định hệ số căng bề mặt. Cho khối lượng riêng của thủy ngân là 13600(kg/m3). ĐS 0,047(N/m).
Hướng dẫn
a/ \[h=\dfrac{4\sigma }{\rho gd}\]
b/ \[h=\dfrac{4\sigma }{\rho gd}\] => σ
Bài tập 3. Cho 3cm3 nước vào ông nhỏ giọt đường kính 1(mm), thấy nhỏ được 120 giọt. Tìm hệ số căng bề mặt của nước, biết khối lượng riêng của nước là 1000(kg/m3)
ĐS: 0,0789N/m).
Hướng dẫn
V = 3.10-6m3; d = 10-3m; ρ = 1000kg/m3; n = 120
khối lượng của 1 giọt m = \[\dfrac{V.\rho}{n}\]
rượu chảy ra khi lực căng bề mặt = trọng lực của 1 giọt rượu =>
m.g = σ.πd => σ = 0,0789N/m.
Bài tập 4. Một ống mao dẫn dài hở hai đầu, đường kính trong 3(mm) được đổ đầy nước và dựng thẳng đứng. Tìm độ cao nước còn lại trong ống. Cho hệ số căng bề mặt của nước là 0,073(N/m) và khối lượng riêng của nước là 1000(kg/m3). ĐS 19,87(mm).
Hướng dẫn
Cột nước còn lại trong ống được giữ bởi lực căng bề mặt của mặt lõm trên và mặt lõm dưới; hai lực này cùng hướng lên trên và hợp lực của chúng có độ lớn: F = 2σπd
Trọng lượng của cột nước còn lại trong ống: P = mg = ρ.S.h.g = ρ.(πd2/4).h.g
Ta có P = F => h
Bài tập 5. Một vòng nhôm có bán kính 7,8(cm) và trọng lượng là 6,9.10-2(N) tiếp xúc với dung dịch xà phòng. Muốn nâng ra thì cần một lục tối thiểu là bao nhiêu. Cho hệ số căng bề mặt của xà phòng là: 0,040(N/m). ĐS 0,108(N).
Hướng dẫn
F$_{k}$ = P + F$_{c}$ = P + σ.2(2πR)
Bài tập 6. Hai ống mao dẫn có đường kính khác nhau được nhúng thẳng đứng vào ê-te, sau đó nhúng vào dầu hỏa. Hiệu số độ cao trong ê-te là 2,4(mm), và trong dầu là 3(mm). Cho hệ số căng bề mặt của ê-te là 0,017(N/m). Khối lượng riêng của ê-te là 700(kg/m3), và của dầu là 800(kg/m3). Tính hệ số căng bề mặt của dầu. ĐS 0,024(N/m).
Hướng dẫn
σ1 = 0,017N/m; ρ1 = 700kg/m3; ρ2 = 800kg/m3
khi nhúng vào trong ete
\[h_1=\dfrac{4\sigma_1 }{\rho_1 gd_1}\] ; \[h_2=\dfrac{4\sigma_1 }{\rho_1 gd_2}\]
h2 - h1 = \[\dfrac{4\sigma_1}{\rho_1}(\dfrac{1}{d_2}-\dfrac{1}{d_1})\] (1)
tương tự khi nhúng vào trong dầu
h'2 - h'1 = \[\dfrac{4\sigma_2}{\rho_2}(\dfrac{1}{d_2}-\dfrac{1}{d_1})\] (2)
từ (1) và (2) => \[\dfrac{h'_2-h'_1}{h_2-h_1}\]=\[\dfrac{\sigma_2\rho_1}{\sigma_1\rho_2}\] = 3/2 => σ2
Bài tập 7. Một khung hình chữ nhật ABCD bằng đồng, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, có căng một màng xà phòng. Thanh CD dài 8(cm) có thể trượt không ma sát. Cho khối lượng riêng của đồng là 8900(kg/m3), hệ số căng bề mặt của xà phòng là 0,04(N/m). Tính đường kính của thanh CD khi nó nằm cân bằng. lấy g = 10m/s2. ĐS 1,07(mm).
Hướng dẫn
l = 8.10-2m; σ = 0, 04N; ρ = 8900kg/m3
gọi d là đường kính của thanh CD => khối lượng thanh CD
m$_{CD}$ = ρ.V = ρ.l.(πd2/4)
để thanh cân bằng P = F => mg = 2σ.l => d
Bài tập 8. Hai tấm kính phẳng giống nhau đặt song song cách nhau 1,5(mm), nhúng thẳng đứng vào nước. Tìm độ cao nước dâng giữa hai tấm kính. Hệ số căng bề mặt 0,0728(N/m), khối lượng riêng nước 103(kg/m3) lấy g = 10m/s2. ĐS 9,7(mm)
Hướng dẫn
d = 1,5.10-3m; σ = 0,0728N/m; ρ = 103kg/m3
h = \[\dfrac{2\sigma}{\rho.g.d}\]
Bài tập 9. Vòng kim loại có đường kính ngoài 40(mm) và đường kính trong 38(mm), được treo vào một lò xo cố định sao cho vòng nằm trong mặt phẳng ngang. Nhúng vòng vào nước rồi hạ từ từ bình chứa xuống. Vào thời điểm vòng rời khỏi mặt nước lò xo dãn thêm 20(mm). Tính hệ số căng bề mặt của nước. Cho độ cứng của lò xo là 0,5(N/m).
ĐS 0,041(N/m).
Hướng dẫn
d1 = 38.10-3mk; d2 = 40.10-3m; Δl = 20.10-3m; k = 0,5N/m
F$_{đh}$ = F => k.Δl = σ(πd1 + πd2) => σ
Bài tập 10. Một quả cầu nhỏ không bị nước dính ướt, bán kính 0,1(mm) được đặt lên mặt nước. Cho hệ số căng bề mặt là 0,073(N/m). Tính lực căng bề mặt lớn nhất tác dụng lên quả cầu? Khối lượng quả cầu lớn nhất bao nhiêu để nó không chìm, lấy g = 10m/s2.
ĐS 4,6.10-5(N) và 0,46(mg)
Hướng dẫn
R = 0,1.10-3m; σ = 0,073N/m
F = σ(2πR) = mg => m
Bài tập 11. Một ống thủy tinh hình chữ U, đường kính ống lần lượt là 2(mm) và 4(mm). Đổ nước vào ống thấy mực nước chênh lệch 7,3(mm), cho g = 10(m/s2). Khối lượng riêng của nước là 1000(kg/m3). ĐS 0,073(N/m).
Hướng dẫn
d1 = 4.10-3m; d2 = 2.10-3m; Δh = 7,3.10-3m;
Do nước làm ướt hoàn toàn vật rắn nên mực nước trong nhánh 2 cao hơn mực nước trong nhánh 1 và các mặt khum là mặt cầu lõm.
Xét điểm A nằm ngay dưới mặt khum nhánh 1 và điểm B thuộc nhánh 2 trên cùng mặt phẳng nằm ngang với điểm A.
p$_{A}$ = po + ρgΔh - \[\dfrac{4\sigma}{d_1}\]
p$_{B}$ = po - \[\dfrac{4\sigma}{d_2}\]
Khi cột nước cân bằng thì: p$_{A}$ = p$_{B}$ => σ
Bài tập 12. Nhúng thẳng đứng hai ống mao dẫn vào thủy ngân, với đường kính trong là 1(mm) và 2(mm). Hệ số căng bề mạt của thủy ngân là 0,47(N/m). Tìm độ chênh lệch ở hai ống lấy g = 10m/s2. khối lượng riêng của thủy ngân 13600kg/m3; ĐS 6,9(mm).
Hướng dẫn
d1 = 10-3m; d2 = 2.10-3m; σ = 0,47N/m
Δh = \[\dfrac{4\sigma}{\rho g}(\dfrac{1}{d_1}-\dfrac{1}{d_2})\]
Bài tập 13. Nhúng khung hình vuông cạnh 8,75(cm) vào rượu rồi kéo lên. Cho khối lượng khung là 2(g). Hệ số căng bề mặt của rượu là 0,024(N/m). Tính lực tối thiểu kéo khung. Lấy g = 10m/s2
ĐS 0,037(N).
Hướng dẫn
m = 2.10-3kg; l = 4.8,75.10-2 = 35.10-2m
F$_{k}$ = mg + 2σl
Bài tập 14. Trong một ống mao dẫn bán kính 0,5(mm) mực chất lỏng dâng lên 11(mm). Tìm khối lượng riêng của chất lỏng này, biết hệ số căng bề mặt của nó là 0,022(N/m). ĐS 816(kg/m3).
Hướng dẫn
h = \[\dfrac{4\sigma}{\rho.g.d}\] => ρ
Bài tập 15. Một cọng rơm dài 10 cm nổi trên mặt nước. Người ta nhỏ dung dịch xà phòng xuống một bên mặt nước của cọng rơm và giả sử nước xà phòng chỉ lan ra ở một bên. Tính lực tác dụng vào cọng rơm. Biết hệ số căng mặt ngoài của nước và nước xà phòng lần lượt là σ1 = 73.10$^{–3}$ (N/m), σ2 = 40.10$^{–3}$ (N/m). ĐS: 33.10$^{–4}$ (N).
Hướng dẫn
F = F1 - F2 = l(σ1 - σ2)
Bài tập 16. Có 20 (cm3) nước đựng trong một ống nhỏ giọt có đường kính đầu mút là 0,8(mm). Giả sử nước trong ống chảy ra ngoài thành từng giọt một. Hãy tính xem trong ống có bao nhiêu giọt, cho biết σ = 0,073 (N/m), D =1000(kg /m³), g = 10 (m/s²). ĐS: 1090 giọt.
Hướng dẫn
V = 20.10-6m3
khi 1 giọt bắt đầu rơi P = F => mg = σ(πd) => D.V1.g = σ(πd) => V1 => N = V/V1
Bài tập 17. Cho nước vào một ống nhỏ giọt có đường kính miệng ống d = 0,4 (mm). hệ số căng bề mặt của nước là σ = 73.10$^{–3}$ (N/m). Lấy g = 9,8 (m/s²). Tính khối lượng giọt nước khi rơi khỏi ống. ĐS: 0,00936 (g)
Hướng dẫn
khi 1 giọt bắt đầu rơi P = F => mg = σ(πd) => m
Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lí lớp 10 chương chất rắn, chất lỏng, sự chuyển thể
nguồn: vật lí phổ thông trực tuyến lớp 10
|
