Bài 12: Sự nổi (Vật lý 8 học kì 1)

0
1667
bai-12-su-noi-thumbnail

Trong bài viết này, HOCMAI muốn gửi tới các em học sinh khối 8 bài Bài 12: Sự nổi nằm trong chương trình Vật lý 8. Các em có thể thấy được có rất nhiều thứ rất to, nặng hàng ngàn tấn có thể nổi trên mặt nước (ví dụ: con thuyền). Vậy mà có viên bi nhỏ thả vào nước cũng chìm. Để hiểu được tại sao lại có hiện tượng lạ như vậy, các em hãy học bài “Sự nổi” này nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẬT LÝ 8 BÀI 12: SỰ NỔI

1. Điều kiện để cho vật chìm, vật nổi

Nếu ta thả một đồ vật vào trong lòng của chất lỏng thì:

bai-12-su-noi-1

2. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét 

Khi vật lơ lửng bên trong chất lỏng thì ta có lực đẩy Ác-si-mét:

bai-12-su-noi-1

Trong đó:

+ V: là thể tích của phần vật chìm bên trong chất lỏng (không phải là thể tích của vật)

+ d: là trọng lượng riêng của chất lỏng.

Chú ý: Khi nhúng chìm sự vật rắn vào trong một bình chứa chất lỏng thì có ba trường hợp có thể xảy ra: Vật nằm lơ lửng bên trong lòng chất lỏng; Vật chìm xuống dưới; Vật nổi lên trên mặt của chất lỏng.

– Trường hợp vật đang chìm xuống dưới, nằm lơ lửng bên trong chất lỏng và đang nổi dần lên, là những trường hợp HS thường xuyên mắc phải sai lầm trong quá trình phân tích, mặc dù chúng khá dễ.

Tuy nhiên, trường hợp sự vật đã nằm yên ở dưới đáy bình và nhất là trường hợp sự vật nằm yên trên bề mặt chất lỏng, là những trường hợp mà học sinh dễ gặp nhầm lẫn nhất.

– Trường hợp vật đã nằm yên ở dưới đáy của bình, học sinh thường chỉ hiểu được trong trường hợp này P > FA mà không chú ý rằng khi đã nằm yên ở dưới đáy bình thì những lực tác dụng lên vật sẽ phải cân bằng nhau: P = FA  + F’. Trong đó, F’ là lực của đáy bình mà tác dụng lên sự vật ấy.

– Trường hợp sự vật nằm yên trên mặt của chất lỏng, HS thường cho rằng ở trong trường hợp này FA > P mà không thấy là khi sự vật đã nằm yên thì những lực tác dụng lên vật cần phải cân bằng nhau: FA = P

Tới đây, học sinh lại hay mắc phải sai lầm/ hiểu nhầm về giá trị độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét  FA  trong khi áp dụng công thức: FA = d.V, học sinh thường cho rằng V là thể tích của vật,sự thật là V chỉ là thể tích của phần vật bị nhúng chìm trong chất lỏng.

Do vậy HS cần phải lưu ý rằng:

+ Khi vật nằm yên, những lực tác dụng vào vật phải cân bằng với nhau.

+ Khi vật nổi lên trên mặt của chất lỏng thì có  FA = d.V với V chỉ là thể tích của phần vật chìm ở trong chất lỏng.

B. GIẢI BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 8 BÀI 12: SỰ NỔI

Bài C1 (trang 43 | SGK Vật Lý 8):

Một vật ở trong lòng của chất lỏng phải chịu tác dụng của những lực nào, chiều và phương của chúng có giống nhau hay không?

Lời giải:

Vật nằm ở trong lòng chất lỏng phải chịu tác dụng của những lực là: trọng lực P, lực đẩy Ác-si-mét. Hai lực này thì đều có phương thẳng đứng, trong đó thì lực đẩy Ác-si-mét có chiều từ phía dưới lên trên còn trọng lực có chiều từ bên trên xuống dưới.

Bài C2 (trang 43 | SGK Vật Lý 8):

Có thể xảy ra 3 trường hợp như dưới đây đối với trọng lượng P của sự vật và độ lớn FA của lực đẩy Ác-si-mét:

a) FA < P    b) FA = P    c) FA > P

Hãy vẽ ra những vectơ lực tương ứng với 3 trường hợp này vào những hình vẽ dưới đây và chọn cụm từ thích hợp trong số những cụm từ sau đây để cho các chỗ trống trong những câu trong hình 12.1:

(1) Chuyển động lên trên – (Nổi lên mặt thoáng).

(2) Chuyển động xuống dưới – (Chìm xuống đáy bình).

(3) Đứng yên – (Lơ lửng trong chất lỏng).

bai-12-su-noi-3

Lời giải:

a) FA < P

Vật chuyển động xuống dưới – (Chìm xuống đáy bình)

bai-12-su-noi-4

b) FA = P

Đứng yên – (Lơ lửng trong chất lỏng)

bai-12-su-noi-5

c) FA > P

Vật chuyển động lên trên – (Nổi lên mặt thoáng).

bai-12-su-noi-6

Bài C3 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Tại sao miếng gỗ thả vô trong nước lại nổi?

Lời giải:

Bởi vì trọng lượng riêng của nước lớn hơn so với trọng lượng riêng của gỗ, do đó khi thả miếng gỗ vào trong nước thì nó sẽ phải chịu lực đẩy Ác-si-mét, khi nó ngập ở trong nước thì lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn so với trọng lực P, nên nó đẩy miếng gỗ lên làm cho khối gỗ nổi.

Bài C4 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Khi miếng gỗ nổi ở trên mặt nước, lực đẩy Ác-si-mét và trọng lượng P của nó có bằng nhau hay không? Tại sao?

Lời giải:

Khi miếng gỗ nổi ở trên mặt nước, lực đẩy Ác-si-mét và trọng lượng P của nó là bằng với nhau. Miếng gỗ nổi và đứng yên ở trên mặt nước nghĩa là lực đẩy Ác-si-mét và trọng lực P cân bằng với nhau.

Bài C5 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Như hình 12.2. Độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét được tính theo biểu thức: FA = d.V. Trong đó có d là trọng lượng riêng của chất lỏng, còn V nghĩa là gì? Trong những câu trả lời sau đây, câu nào là không đúng?

bai-12-su-noi-7

A)V là thể tích của phần nước mà bị miếng gỗ chiếm chỗ.

B)V là thể tích của toàn miếng gỗ.

C)V là thể tích của phần miếng gỗ chìm ở trong nước.

D)V là thể tích mà được gạch chéo.

Lời giải:

Chọn đáp án B.

Câu không đúng là: V là thế tích của toàn miếng gỗ. Bởi vì:

Trong công thức: FA = d.V, thì V là thể tích của phần nước đã bị miếng gỗ chiếm chỗ, còn d là trọng lượng riêng của chất lỏng. Ở đây V cũng chính là thế tích của phần miếng gỗ chìm ở trong nước, gọi cách khác là phần thể tích được gạch chéo ở trong hình 12.2.

Bài C6 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Biết P = dv.V (trong đó có V là thể tích của vật, dv là trọng lượng riêng của chất liệu của vật) và FA = d1.V (trong đó có d1 là trọng lượng riêng của chất lỏng), em hãy chứng minh rằng nếu sự vật là một khối đặc được nhúng ngập vào bên trong chất lỏng thì:

– Vật sẽ bị chìm xuống khi: dv > d1.

– Vật sẽ nằm lơ lửng trong chất lỏng khi: dv = d1.

– Vật sẽ nổi lên trên mặt chất lỏng khi: dv < d1.

Lời giải:

So sánh lực đẩy Ác-si-mét bởi chất lỏng tác dụng lên sự vật và trọng lượng của vật:

P = dv.V và FA = d1.V (bởi vì vật là một khối đặc ngập ở trong chất lỏng nên khi đo thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ bằng với thể tích của vật luôn).

Nếu:

– Vật sẽ bị chìm xuống nếu: P > FA ↔ dv.V > d1.V ⇔ dv > d1

– Vật sẽ nằm lơ lửng trong chất lỏng nếu: P = FA ↔ dv.V = d1.V ⇔ dv = d1

– Vật sẽ nổi lên trên mặt chất lỏng nếu: P < F ⇔ dv.V < d1.V ⇔ dv < d1

Bài C7 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Hãy giúp bạn Bình trả lời bạn An trong phần đố nhau phần đầu bài.

Lời giải:

Do cấu trúc của chiếc tàu bằng thép và  hòn bi bằng thép khác nhau nên trọng lượng riêng của hai vật này là khác nhau. Tàu bằng thép rất nặng nhưng lại bị rỗng ở bên trong (bên trong là không khí hoặc là những vật liệu nhẹ khác) do đó nếu xét cả con tàu thì trọng lượng riêng của con tàu sẽ nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước nên tàu nổi được ở trên mặt nước. Trong khi đó, trọng lượng riêng của viên bi bằng thép lớn hơn trọng lượng riêng của nước nên nó đã chìm.

Bài C8 (trang 44 | SGK Vật Lý 8):

Thả một hòn bi bằng thép vào trong thủy ngân thì hòn bi chìm hay nổi? Giải thích tại sao?

Lời giải:

Do trọng lượng riêng của thép (78000 N/m³) nhỏ hơn so với trọng lượng riêng của thủy ngân (136000 N/m³) nên khi thả hòn bi bằng thép vào tỏng thủy ngân thì hòn bi sẽ nổi.

Bài C9 (trang 45 | SGK Vật Lý 8):

Hai vật N và M có cùng thể tích được nhúng ngập ở trong nước. Vật M chìm xuống dưới đáy bình còn vật N vẫn lơ lửng trong chất lỏng. Gọi PM, FAM là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét có tác dụng lên vật M; PN, FAN là trọng lượng và lực đẩy Ác-si-mét có tác dụng lên vật N. Hãy tìm dấu thích hợp để điền các ô trống:

FAM … FAN.

FAM … PM.

FAN … PN.

PM … PN.

Lời giải:

+ Hai vật M và N có cùng một thể tích được nhúng ngập ở trong nước nên lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên hai vật là bằng với nhau: FAM = FAN.

+ Vật M chìm xuống dưới đáy bình nên FAM < PM.

+ Vật N lơ lửng ở trong chất lỏng nên FAN = PN.

+ PM > PN.

C. GIẢI SÁCH BÀI TẬP VẬT LÝ 8 BÀI 12: SỰ NỔI

Bài 12.1 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Khi vật nổi ở trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét có cường độ:

A)Bằng với trọng lượng của phần vật chìm ở trong nước.

B)Bằng với trọng lượng của phần nước bị vật ấy chiếm chỗ.

C)Bằng với trọng lượng của vật.

D)Bằng với trọng lượng riêng của nước nhân với thể tích của vật.

Lời giải:

FA = d.V

Khi vật nổi ở trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét có cường độ bằng với trọng lượng của phần nước bị vật chiếm chỗ.

Chọn đáp án B

Bài 12.2 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Cùng một vật, nổi ở trên hai chất lỏng khác nhau (nhìn H.12.1). Hãy so sánh lực đẩy Ác-si-mét ở trong hai trường hợp này. Trọng lượng riêng của chất lỏng nào là lớn hơn? Giải thích tại sao?

bai-12-su-noi-8

Lời giải:

Khi vật nổi ở trên chất lỏng thì lực đẩy Ác-si-mét cân bằng với cả trọng lượng của vật nên lực đẩy Ác-si-mét ở trong hai trường hợp đó là bằng nhau (bằng với trọng lượng của vật).

+ Trường hợp thứ nhất: FA1 = d1.V1 (V1 là phần ngập ở trong chất lỏng d1 của sự vật)

+ Trường hợp thứ hai: FA2 = d2.V2 (V2 là phần ngập ở trong chất lỏng d2 của sự vật)

Mà FA1 = FA2 và V1 > V2 (xét theo hình vẽ ta nhận thấy V1 > V2)

Do đó, d1 < d2. Vậy ta có trọng lượng riêng của chất lỏng thứ hai là lớn hơn so với trọng lượng riêng của chất lỏng thứ nhất.

Bài 12.3 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Tại sao một chiếc lá mỏng bằng thiếc, vo tròn lại rồi thả xuống nước thì lại chìm, còn gấp thành cái thuyền thả xuống nước thì lại nổi?

Lời giải:

Lá thiếc mỏng và chiếc thuyền được gấp bằng lá thiếc có cùng một trọng lượng P.

– Lá thiếc mỏng được vo tròn vậy nên có thể tích giảm, do đó trọng lượng riêng của nó tăng lên. Khi thả nó xuống nước thì chìm vì trọng lượng riêng của chiếc lá bằng thiếc lớn hơn so với trọng lượng riêng của nước.

– Lá thiếc mỏng đó khi được gấp thành thuyền thả xuống nước thì nổi bởi vì trọng lượng riêng của thuyền nhỏ hơn so với trọng lượng riêng của nước (thể tích của thuyền lớn hơn rất nhiều so với thể tích của chiếc lá thiếc vo tròn nên: dthuyền < dnước).

Bài 12.4 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Hình 12.2 có vẽ hai vật giống nhau về kích thước và  hình dạng nổi được trên nước. Một thì làm bằng li-e (khối lượng riêng là 200 kg/m³) và một thì làm bằng gỗ khô (khối lượng riêng là 600 kg/m³). Vật nào dưới đây là li-e? Vật nào là gỗ khô? Hãy giải thích.

bai-12-su-noi-9

Lời giải:

Khi vật nổi ở trên chất lỏng nghĩa là trọng lượng của sự vật cân bằng với lực đẩy Ác-si-mét. Nhưng lực Ác-si-mét bằng với trọng lượng của phần thể tích chất lỏng mà đã bị vật chiếm chỗ. Khối lượng riêng của sự vật càng nhỏ hơn so với khối lượng riêng của chất lỏng thì phần vật bị chìm trong chất lỏng sẽ càng nhỏ đi. Như vậy ta có mẫu thứ nhất là li–e, và mẫu thứ hai là gỗ.

Bài 12.5 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Gắn một quả cầu bằng chất liệu chì vào giữa mặt đang nổi ở trên nước của một miếng gỗ (H.12.3). Nếu quay ngược miếng gỗ lại cho quả cầu nằm ở trong nước thì mực nước có thay đổi hay không? Tại sao ?

bai-12-su-noi-10

Lời giải:

Mực nước ở trong bình không thay đổi là do lực đẩy Ác-si-mét ở trong cả hai trường hợp có độ lớn bằng với trọng lượng của quả cầu và miếng gỗ (thể tích nước bị chiếm chỗ ở trong cả hai trường hợp đó cũng bằng với nhau).

Bài 12.6 (trang 34 | Sách bài tập Vật Lí 8)

Cho một chiếc sà lan có dạng hình hộp rộng 2m, dài 4m. Hãy xác định trọng lượng của sà lan biết rằng sà lan ngập sâu trong nước một khoảng 0,5m. Biết trọng lượng riêng của nước là 10000N/m³

Lời giải:

Phần thể tích sà lan ngập ở trong nước là:

V = 4.2.0,5 = 4 m³

Trọng lượng của sà lan có độ lớn bằng với độ lớn của lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên cái sà lan.

Khi đó: P = FA = d.V = 10000.4 = 40000N

D. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÝ 8 BÀI 12: SỰ NỔI

Vậy là các em học sinh khối 8 thân yêu đã cùng với HOCMAI soạn xong Bài 12: Sự nổi. Kiến thức thật thú vị và bổ ích phải không các em. Các em có thể tham khảo thêm thật nhiều bài học bổ ích nữa tại website hoctot.hocmai.vn.