Tiểu luận Phương pháp dạy học vật lý - Áp suất thủy tĩnh, nguyên lý pascal

BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÝ BÀI 41: ÁP SUẤT THỦY TĨNH. NGUYÊN LÝ PASCAL I. Kết luận về kiến thức mới cần xây dựng và câu hỏi đề xuất vấn đề tương ứng Kết luận 1: - Áp suất thủy tĩnh (áp suất tĩnh) phụ thuộc vào độ sâu và được tính bằng công thức Câu hỏi 1: - Áp suất thủy tĩnh phụ thuộc vào những đại lượng nào?và được thể hiện qua biểu thức nào? Kết luận 2: - Nguyên lí pa-xcan: Câu hỏi 2: - Nguyên lý pascal được phát biểu như thế nào? II. Sơ đồ tiến trình xây dựng từng đởn vị kiến thức Đơn vị kiến thức 1: Nghiên cứu sự phụ thuộc của áp suất P vào độ sâu h. Áp suất thủy tĩnh *Khi trên mặt đất ta thở rất dể dàng nhưng khi xuống nước thì ta thấy khó thở và nếu xuống càng sâu thì càng khó thở. * Tại sao có hiện tượng như vậy? Y2 * Xác định các lực tác dụng lên khối chất lỏng. * Nêu điều kiện cân bằng của chất lỏng . * Đưa ra công thức áp suất P ở độ sâu h. *Trên cùng một mặt phẳng nằm ngang trong lòng chất lỏng áp suất là như nhau tại tất cả các điểm *Chọn trục tọa độ, xác định lực tác dụng lên khối chất lỏng. *Viết biểu thức cân bằng: *Lấy y1=0 tại mặt thoáng của chất lỏng, khi đó P1=Pa là áp suất khí quyển. Từ công thức (*) ta có Kết luận: Là áp suất thủy tĩnh (áp suất tĩnh trong chất lỏng ) Vận dụng: Giải thích áp suất thủy tĩnh (thủy tĩnh) có phụ thuộc bình chứa không? Đơn vị kiến thức 2: Nghiên cứu sự truyền áp suất trong chất lỏng. Nguyên lý Pa-xcan *Sự thay đổi về áp suất khi tăng thêm một lượng Png? Độ tăng áp suất có thể truyền nguyên vẹn cho mọi điểm trong chất lỏng. *Giới thiệu dụng cụ thí nghiệm * Tiến hành thí nghiệm *Từ kết quả thí nghiệm, rút ra kết luận gì ? *Thông báo định luật Pa-xcan *Thí nghiệm: - Thay đổi áp suất tác dụng lên chất lỏng bằng cách cho thêm gia trọng. - Nếu tăng thêm một lượng thì mọi điểm của chất lỏng và của thành bình áp suất cũng tăng thêm một lượng *Nội dung định luật Pa-xcan *Thí nghiệm: - Thay đổi áp suất tác dụng lên chất lỏng bằng cách cho thêm gia trọng. - Nếu tăng thêm một lượng thì mọi điểm của chất lỏng và của thành bình áp suất cũng tăng thêm một lượng *Nội dung định luật Pa-xcan Ứng dụng: Máy nén thủy lực Kết luận: Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình III. MỤC TIÊU DẠY HỌC 1. Kiến thức -Nêu được đặc điểm của áp suất trong lòng chất lỏng, áp suất hướng theo mọi phương và phụ thuộc vào độ sâu -Nêu được khái niệm được áp suất thủy tĩnh -Phát biểu được nguyên lý pa-xcan 2. Kĩ năng -Đề xuất phương án thí nghiệm, cách bố trí, tiến hành thí nghiệm -Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị kỹ thuật -Thiết lập được biểu thức tính áp suất thủy tĩnh -Giải thích hiện tượng thực tiễn và giải các ài tập cụ thể. IV. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên -Dụng cụ thí nghiệm chứng minh áp suất tại mọi điểm trong lòng chất lỏng hướng theo mọi phương -Thí nghiệm với dụng cụ đo áp suất (nếu có), hình ảnh minh họa trong bài 2. Học sinh -Ôn tập lại kiến thức áp suất, lực đẩy Ac-si-met lên một vật rắn nhúng trong chất lỏng V. NỘI DUNG GHI BẢNG 1. Áp suất chất lỏng -Chất lỏng luôn tạo áp lực lên mọi vật trong nó và có phương vuông góc với bề mặt của vật. Áp suất trung bình tại vị trí khảo sát có giá trị bằng áp lực lên một đơn vị diên tích tức: Với : F : Áp lực chất lỏng nén lên diện tích S + Tại mỗi điểm của chất lỏng, áp suất theo mọi phương là như nhau + Áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau -Đơn vị của áp suất trong hệ SI là còn gọi là Pascal (Pa) ngoài ra còn dùng đơn vị khác như: + Atmotphe (atm) 1atm= Pa + torr còn gọi là milimet thủy ngân (mmHg) 1Torr=133,3 Pa=1 mmHg 1atm=760 mmHg 2. Sự thay đổi áp suất theo độ sâu. Áp suất thủy tĩnh -Áp suất thủy tĩnh (áp suất tĩnh) của chất lỏng ở độ sâu h Trong đó: p là áp suất thủy là áp suất khí quyển h là độ sâu so với mặt thoáng 3. Nguyên lý pascal - Phát biểu: Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và của thành bình - Biểu thức: Với là áp suất ngoài 4. Máy nén thủy lực - Nguyên lý pascal được áp dụng trong việc chế tạo các máy nén thủy lực, máy nâng, phanh thủy lực Biểu thức : Trong đó: + lực tác dụng lên pittong nhánh có diện tích + lực tác dụng lên pittong nhánh có diện tích Dựa vào biểu thức ta có thể dùng một lực nhỏ để tạo ra một lực lớn hơn VI. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1 : Kiểm tra bài cũ Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 2 : Tìm hiểu áp suất của chất lỏng Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh -Giáo viên tiến hành làm một thí nghiệm nhỏ sau: Đưa bàn tay vào bao xốp sau đó từ từ nhúng xuống nước, các em dự đoán hiện tượng xảy ra? -Gọi hs tiến hành lại thí nghiệm, cho biết hiện tượng xảy ra? -Như vậy qua thí nghiệm các em cho biết chất lỏng có đặc tính như thế nào? -Theo các em lực mà chất lỏng nén lên vật có phương như thế nào? P1 P2 P4 P3 -Gv trình bày thí nghiệm hình 41.2 (sgk) -Qua thí nghiệm trên các em nhận thấy độ nén của loxo như thế nào? -Gọi F là áp lực chất lỏng nén lên diện tích S. Thì áp suất trung bình của chất lỏng được tính như thế nào? -Có thể học sinh trả lời được. -Khi đưa tay xuống nước ta thấy nước ép lên bao xốp, bao xốp ép vào tay ta -Chất lỏng có đặc tính là nén lên các vật nằm trong nó -Lực mà chất lỏng nén lên có phương vuông góc với bề mặt của vật -Hs quan sát -Khi ta càng nhúng sâu vào nước thì độ nén của loxo càng lớn độ nén của loxo tỉ lệ với lực mà chất lỏng tác dụng lên pittong -Thảo luận theo bàn trả lời: Áp suất trung bình của chất lỏng P= -Qua thí nghiệm nhúng pittong vào nước, các em nhận thấy nước ép lên diện tích pittong có đều không? -Vậy tại mọi điểm của chất lỏng áp suất theo mọi phương là như nhau. -Nếu nhúng pittong vào nước sâu hơn nữa các em thấy loxo như thế nào? -Như vậy thì áp suất ở những điểm có độ sâu khác nhau thì sẽ như thế nào? -Qua công thức tính áp suất các em có thể cho biết đơn vị của áp suất? +Trong hệ SI: N/m2 gọi là Pa-xcan (Pa) và 1pa = 1N/m2 +Ngoài ra còn dung các đơn vị như: Atmotphe (amt) là áp suất chuẩn của khí quyển 1atmm = 1.013.105 Pa Torr (Torr) gọi là milimet thủy ngân (mmHg) 1Torr = 133,3 Pa = 1 mmHg 1atm = 760 mmHg Hoạt động 3: Nghiên cứu sự phụ thuộc của áp suất vào độ sâu -Ta xét một chất lỏng ở trạng thái cân bằng tĩnh trong một bình chứa tức là không có dòng chảy của chất lỏng. Theo các em áp suất chất lỏng tại tất cả các điểm nằm trên mặt nằm ngang sẽ như thế nào? -Quan sát hình vẽ, phân tích các lực tác dụng vào khối chất lỏng có khối lượng riêng là (giả sử khối chất lỏng nằm cân bằng trong lòng chất lỏng) tiết diện S độ cao h. -Nếu gọi Pa là áp suất khí tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng (Png). Áp suất cột chất lỏng ở vị thí có độ sâu h so với mặt thoáng của chất lỏng được xác định theo biểu thức: Với P được gọi là áp suất thủy tĩnh -Gv hướng dẫn hs chứng minh công thức trên(bằng phiếu học tập) -Từ công thức trên em hãy cho biết áp suất phụ thuộc vào đại lượng nào? -Nếu h càng lớn thì P như thế nào? -Yêu cầu thực hiện C2 Hoạt động 4: Tìm hiểu nguyên lý pa-xcan. -Quan sát hình vẽ thí nghiệm sau: (Hình 41.5). - Nếu tăng áp suất khí quyển lên một lượng bằng cách đặt thêm gia trọng thì P thay đổi như thế nào? -Qua hình vẽ trên các em cho biết áp suất của chất lỏng có truyền đi khắp mọi điểm trên thành bình không? -Đưa ra nguyên lý Pa-xcan, nêu công thức: Hoạt động 5 : Tìm hiểu máy nén thủy lực -Có thể dung một lực nhỏ để nâng một chiếc ô tô lên được không? -Giới thiệu sơ đồ máy nén thủy lực (hình 41.6) -Giả sử tác dụng lực F1 lên pittong có tiết diện S1, lực này làm tăng áp suất lên một lượng . Vậy =? -Theo nguyên lý pa-xcan ta có: => -Hãy so sánh F1 và F2? -Vậy dựa vào nguyên lý Pa-xcan ta có thể dùng một lực nhỏ để tạo ra một lực lớn hơn Hoạt động 6: Cũng cố, vận dụng, giao nhiệm vụ -Nước ép đều lên diện tích pittong -Loxo càng bị nén vào -Áp suất tại những điểm có độ sâu khác nhau thì khác nhau -Là N/m2 -Áp suất của chất lỏng trên tất cả các điểm nằm ngang là như nhau -Hs chứng minh(trong phiếu học tập) -Phụ thuộc vào độ sâu h -Thì P càng lớn -Hs tiếp thu -Vì không đổi nên P cũng tăng thêm một lượng -Áp suất truyền đi khắp mọi điểm trên thành bình -HS tiếp thu, phát biểu nguyên lí. -F2 > F1 vì S2 > S1 Phiếu học tập Y1 Y2 h Y O 1. Có bao nhiêu lực tác dụng lên khối chất lỏng ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….... 2. Điều kiện cân bằng của khối chất lỏng : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Hãy xác định áp suất của chất lỏng ở độ sâu h ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………