A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
I. Lực căng bề mặt
Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.
Ta có: f = σl với σ là hệ số căng bề mặt và đo bằng đơn vị niu tơn trên mét (N/m).
Giá trị của σ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng; σ giảm khi nhiệt độ tăng.
II. Hiện tượng dính ướt. Hiện tượng không dính ướt
Nếu thành bình bị dính ướt thì phần bề mặt chất lỏng ở sát thành bình sẽ bị kéo dịch lên phía trên một chút và có dạng một khum lõm.
Nếu thành bình không bị dính ướt thì bề mặt chất lỏng ở sát thành bình sẽ bị kéo dịch xuống phía dưới một chút và có dạng một khum lồi.
III. Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mức chất bên trong các ống dẫn có đường kính nhỏ luôn dâng cao hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn.
Các ống trong đó xảy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: trang 202 - sgk vật lí 10
Mô tả hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. Nói rõ phương, chiều của lực căng bề mặt.
Hướng dẫn giải
- Mô tả hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng:
- Nhúng một khung dây có buộc một vòng dây chỉ hình dang bất kì vào nước xà phòng. Sau đó, nhấc nhẹ khung dây đồng ra ngoài để tạo thành một màng xà phòng phủ kín mặt khung dây. Chọc thủng phần màng xà phòng bên trong vòng dây chỉ.
- Hiện tượng :
- Bề mặt phần màng xà phòng còn đọng trên khung dây có tính chất giống như một màng đàn hồi đang bị kéo căng, nó luôn có xu hướng tự co lại để giảm diện tích tới mức nhỏ nhất có thể.
- Phương, chiều, độ lớn lực căng :
- Phương : Vuông góc với đoạn đường trên bề mặt , tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng.
- Chiều : Có chiều sao cho làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng.
- Độ lớn: f = δ với δ: hệ số căng bề mặt (N/m)
- Giá trị của δ phụ thuộc nhiệt độ: δ giảm khi nhiệt độ tăng.
Câu 2: trang 202 - sgk vật lí 10
Trình bày thí nghiệm xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng theo phương pháp kéo vòng kim loại bứt ra khỏi bề mặt của chất lỏng đó.
Hướng dẫn giải
Kéo vòng nhôm bứt ra khỏi bề mặt của chất lỏng cần đo hệ số căng bề mặt. Dùng lực kết và thước kẹp đo:
+ Trọng lượng P của vòng nhôm; lực kéo F vừa đủ để bứt vòng khỏi mặt chất lỏng. Tính lực căng bề mặt : FC= F – P mà Fc = f1 + f2 (1)
f1 = σl1 = σπd (2)
f2 = σl2 = σπD (3)
+ Đo đường kính vòng ngoài và vòng trong của vòng, rồi tính tổng chu vi :
L = π( D+ d ) (4) (D và d là đường kính vòng ngoài và vòng trong).
Từ (1) (2) (3) (4). Giá trị hệ số căng bề mặt của chất lỏng được tính :
σ=\[\frac{{{F}_{c}}}{\pi \left( D+d \right)}\]
Câu 3: trang 202 - sgk vật lí 10
Viết công thức xác định độ lớn của lực căng bề mặt của chất lỏng. Hệ số căng bề mặt phụ thuộc những yếu tố nào của chất lỏng?
Hướng dẫn giải
Lực căng bề mặt chất lỏng có:
Độ lớn: f = σl
Với σ hệ số căng bề mặt (N/m)
Giá trị của σ phụ thuộc nhiệt độ: σ giảm khi nhiệt độ tăng.
Câu 4: trang 202 - sgk vật lí 10
Mô tả hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt chất lỏng. Bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có hình dạng như thế nào khi thành bình dính ướt?
Hướng dẫn giải
Nhỏ giọt nước lên tấm thủy tinh ta thấy nước bị lan rộng ra làm ướt bề mặt tấm thủy tinh. Ta nói nước làm dính ướt thủy tinh, nhỏ giọt nước lên lá bèo, giọt nước co tròn, dẹt xuống do sức nặng . Ta nói nước không làm dính ướt lá bèo.
Bề mặt của chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có dạng mặt khum lõm khi thành bình bị dính ướt.
Câu 5: trang 202 - sgk vật lí 10
Mô tả hiện tượng mao dẫn
Hướng dẫn giải
Hiện tượng mức chất bên trong các ống dẫn có đường kính nhỏ luôn dâng cao hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn.
Câu 6: trang 202 - sgk vật lí 10
Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về lực căng bề mặt của chất lỏng?
A. Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt của chất lỏng.
B. Lực căng bề mặt luôn có phương vuông góc với bề mặt chất lỏng.
C. Lực căng bề mặt có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng.
D. Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng có độ lớn f tỉ lệ với độ dài l của đoạn đường đó.
Hướng dẫn giải
Chọn B vì Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.
Câu 7: trang 203 - sgk vật lí 10
Tại sao chiếc kim khâu có thể nổi trên mặt nước khi đặt nằm ngang?
A. Vì chiếc kim không bị dính ướt nước.
B. Vì khối lượng riêng của chiếc kim nhỏ hơn khối lượng riêng của nước.
C. Vì trọng lượng của chiếc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực đẩy Ác - si - mét.
D. Vì trọng lượng của chiếc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực căng bề mặt của nước tác dụng lên nó.
Hướng dẫn giải
Chọn D.
Câu 8: trang 203 - sgk vật lí 10
Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt của chất lỏng?
A. Vì thủy tinh bị nước dính ướt, nên giọt nước nhỏ trên mặt bản thủy tinh lan rộng thành một hình có dạng bất kì.
B. Vì thủy tinh bị nước dính ướt, nên bề mặt của nước ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm.
C. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt, nên giọt thủy ngân nhỏ trên mặt bản thủy tinh vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực.
D. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt,nên bề mặt của thủy ngân ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm.
Hướng dẫn giải
Chọn D.
Câu 9: trang 203 - sgk vật lí 10
Tại sao nước mưa không lọt được qua các lỗ nhỏ trên tấm vải bạt?
A. Vì vải bạt bị dính ướt nước.
B. Vì vải bạt không bị dính ướt nước.
C. Vì lực căng bề mặt của nước ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ nhỏ của tấm bạt.
D. Vì hiện tượng mao dẫn ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ trên tấm bạt.
Hướng dẫn giải
Chọn C . Vì lực căng bề mặt của nước ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ nhỏ của tấm bạt
Câu 10: trang 203 - sgk vật lí 10
Tại sao giọt dầu lại có dạng khối cầu nằm lơ lửng trong dung dịch rượu có cùng khối lượng riêng với nó?
A. Vì hợp lực tác dụng lên giọt dầu bằng không, nên do hiện tượng căng bề mặt, làm cho diện tích bề mặt của giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
B. Vì giọt dầu không chịu tác dụng của lực nào cả, nên do hiện tượng căng bề mặt, diện tích bề mặt giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích của mặt hình cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
C. Vì giọt dầu không bị dung dịch rượu dính ướt, nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch.
D. Vì lực căng bề mặt của dầu lớn hơn lực căng bề mặt của dung dịch rượu, nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
Hướng dẫn giải
Chọn A. Vì hợp lực tác dụng lên giọt dầu bằng không, nên do hiện tượng căng bề mặt, làm cho diện tích bề mặt của giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
Câu 11: trang 203 - sgk vật lí 10
Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40 mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixêrin ở 200C là 64,3mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixêrin ở nhiệt độ này.
Hướng dẫn giải
Hệ số căng bề mặt có công thức:
σ=\[\frac{{{F}_{c}}}{\pi \left( D+d \right)}\]
Trong đó: Fc = F - P ( đơn vị đổi về N )
Với: F = 64,3mN = 64,3.10-3N.
P = 45mN = 45.10-3N.
⇒ Fc = F - P = 64,3.10-3 - 45.10-3 = 19,3.10-3N.
Đường kính trong là: 40 mm. ⇒ d = 40 mm = 40.10-3m. ( đơn vị đổi về m)
Đường kính ngoài là: 44 mm. ⇒ d = 44 mm = 44.10-3m.
Vậy hệ số căng bề mặt của glixêrin ở nhiệt độ 200C là:
σ=\[\frac{{{F}_{c}}}{\pi \left( D+d \right)}\]=\[\frac{19,{{3.10}^{-3}}}{\pi \left( {{40.10}^{-3}}+{{44.10}^{-3}} \right)}\] = 0,073 N/m
Câu 12: trang 203 - sgk vật lí 10
Một màng xà phòng được căng trên bề mặt khung dây đồng mảnh hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây đồng ab dài 50 mm và có thể trượt dễ dàng dọc theo chiều dài của khung (Hình 37.8). Tính trọng lượng P của đoạn dây ab để nó nằm cân bằng. Màng xà phòng có hệ số căng bề mặt σ = 0,040 N/m.
Hướng dẫn giải
Đoạn dây ab nằm cân bằng khi trọng lượng của đoạn dây có độ lớn bằng lực căng bề mặt Fc của màng xà phòng tác dụng lên nó:
P = Fc = 2σl = 0,040. 2.50.10-3 = 0,004 N