Câu hỏi 2
Lưu ý an toàn do biên soạn: Làm dưới giám sát giáo viên, chỉ dùng chất lỏng được cấp, tránh bắn và không đưa bi nhỏ vào miệng. Các ô số đo để trống đến khi đo thật.
THÍ NGHIỆM II: Quả cầu rơi trong chất lỏng
Giới thiệu: Khi thả quả cầu kim loại vào chất lỏng, lực nhớt cản chuyển động. Lực này phụ thuộc tốc độ: tốc độ lớn, lực cản lớn. Thả cầu ngay trên mặt chất lỏng; sau một lúc tốc độ không đổi, gọi là tốc độ giới hạn. Trực giác cho rằng cầu lớn có tốc độ giới hạn lớn hơn vì nặng hơn. Thí nghiệm tìm xem tốc độ giới hạn tỉ lệ với (i) diện tích mặt cầu $4\pi r^2$ hay (ii) thể tích $4\pi r^3/3$. Nguồn cho rằng vẽ hai đại lượng theo trục x, y và nhận được xu hướng thẳng thì chúng tỉ lệ với nhau.
Dụng cụ: 1 chai nhựa chứa chất lỏng chưa biết; 18 quả cầu kim loại (6 cỡ, mỗi cỡ 3 quả); 1 đồng hồ bấm giờ; 1 nam châm; 2 dây cao su; 1 thước; 2 tờ giấy đồ thị; giấy lau.
Quy trình:
1. Quấn hai dây cao su quanh chai làm vạch đầu và cuối. Vạch đầu cách mặt chất lỏng khoảng 60–70 mm; vạch cuối thấp nhất có thể. Đo khoảng cách hai vạch chính xác tới 1 mm.
2. Thả cầu từ độ cao dưới 10 mm trên mặt chất lỏng, đo thời gian đi giữa hai vạch. Để cầu trong chất lỏng. Ghi bảng.
3. Lặp thêm một lần và thực hiện với mọi cỡ cầu còn lại.
4. Tính tốc độ giới hạn, hai chữ số thập phân, đơn vị mm/s.
5. Vẽ số liệu để kết luận tốc độ tỉ lệ diện tích hay thể tích.
6. Trả lời câu 1–3.
Khoảng cách mặt chất lỏng đến vạch đầu: … mm. Khoảng cách hai dây: … mm.
| Số | Diện tích A (mm²) | Thể tích V (mm³) | Thời gian lần 1 (s) | Lần 2 (s) | Trung bình (s) | Tốc độ giới hạn (mm/s) |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 12.6 | 4.2 | … | … | … | … |
| 2 | 17.8 | 7.1 | … | … | … | … |
| 3 | 28.3 | 14.1 | … | … | … | … |
| 4 | 31.7 | 16.8 | … | … | … | … |
| 5 | 50.3 | 33.5 | … | … | … | … |
| 6 | 71.2 | 56.5 | … | … | … | … |
Vẽ hai đồ thị để quyết định tốc độ giới hạn tỉ lệ với diện tích mặt cầu hay thể tích.
Câu 1. Tốc độ giới hạn tỉ lệ với diện tích hay thể tích? Em kết luận bằng cách nào? (1 điểm)
Câu 2. Từ phần giới thiệu, giải thích rõ vì sao tốc độ cuối cùng không đổi. (2 điểm)
Câu 3. Nếu đặt nhầm vạch đầu tại mặt chất lỏng, tốc độ tính được quá lớn hay quá nhỏ? Giải thích. (2 điểm)
THÍ NGHIỆM II: Quả cầu rơi trong chất lỏng
Giới thiệu: Khi thả quả cầu kim loại vào chất lỏng, lực nhớt cản chuyển động. Lực này phụ thuộc tốc độ: tốc độ lớn, lực cản lớn. Thả cầu ngay trên mặt chất lỏng; sau một lúc tốc độ không đổi, gọi là tốc độ giới hạn. Trực giác cho rằng cầu lớn có tốc độ giới hạn lớn hơn vì nặng hơn. Thí nghiệm tìm xem tốc độ giới hạn tỉ lệ với (i) diện tích mặt cầu $4\pi r^2$ hay (ii) thể tích $4\pi r^3/3$. Nguồn cho rằng vẽ hai đại lượng theo trục x, y và nhận được xu hướng thẳng thì chúng tỉ lệ với nhau.
Dụng cụ: 1 chai nhựa chứa chất lỏng chưa biết; 18 quả cầu kim loại (6 cỡ, mỗi cỡ 3 quả); 1 đồng hồ bấm giờ; 1 nam châm; 2 dây cao su; 1 thước; 2 tờ giấy đồ thị; giấy lau.
Quy trình:
1. Quấn hai dây cao su quanh chai làm vạch đầu và cuối. Vạch đầu cách mặt chất lỏng khoảng 60–70 mm; vạch cuối thấp nhất có thể. Đo khoảng cách hai vạch chính xác tới 1 mm.
2. Thả cầu từ độ cao dưới 10 mm trên mặt chất lỏng, đo thời gian đi giữa hai vạch. Để cầu trong chất lỏng. Ghi bảng.
3. Lặp thêm một lần và thực hiện với mọi cỡ cầu còn lại.
4. Tính tốc độ giới hạn, hai chữ số thập phân, đơn vị mm/s.
5. Vẽ số liệu để kết luận tốc độ tỉ lệ diện tích hay thể tích.
6. Trả lời câu 1–3.
Khoảng cách mặt chất lỏng đến vạch đầu: … mm. Khoảng cách hai dây: … mm.
| Số | Diện tích A (mm²) | Thể tích V (mm³) | Thời gian lần 1 (s) | Lần 2 (s) | Trung bình (s) | Tốc độ giới hạn (mm/s) |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 1 | 12.6 | 4.2 | … | … | … | … |
| 2 | 17.8 | 7.1 | … | … | … | … |
| 3 | 28.3 | 14.1 | … | … | … | … |
| 4 | 31.7 | 16.8 | … | … | … | … |
| 5 | 50.3 | 33.5 | … | … | … | … |
| 6 | 71.2 | 56.5 | … | … | … | … |
Vẽ hai đồ thị để quyết định tốc độ giới hạn tỉ lệ với diện tích mặt cầu hay thể tích.
Câu 1. Tốc độ giới hạn tỉ lệ với diện tích hay thể tích? Em kết luận bằng cách nào? (1 điểm)
Câu 2. Từ phần giới thiệu, giải thích rõ vì sao tốc độ cuối cùng không đổi. (2 điểm)
Câu 3. Nếu đặt nhầm vạch đầu tại mặt chất lỏng, tốc độ tính được quá lớn hay quá nhỏ? Giải thích. (2 điểm)