Mục lục
Nhằm giúp các em học sinh xác định được hệ số căng bề mặt của nước cũng như biết cách xác định qua khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng, trong bài viết hôm nay, Kiến Guru sẽ hướng dẫn các em chuẩn bị và làm báo cáo thực hành vật lý 10 trang 221. Hy vọng với sự kết hợp giữa việc áp dụng cơ sở lý thuyết vào bài thực hành này, các em sẽ nắm chắc được những lý thuyết cơ bản nhất, hiểu được bản chất của bài học.
Chúng ta hãy cùng bắt tay vào làm bài thực hành các em nhé!
1. Chuẩn bị cho báo cáo thực hành trang 221 vật lý 10
Trước khi bắt đầu bài thí nghiệm, các em cần phải có sự chuẩn bị kỹ lưỡng từ lý thuyết đến dụng cụ thực hành. Và dưới đây là nội dung gợi ý cho báo cáo thực hành trang 221 vật lý 10 mà Kiến sẽ chia sẻ tới các em học sinh.
1.1. Mục đích
Để thực hành thí nghiệm được dễ dàng, ta phải xác định được hai mục đích chính sau trước khi thực hiện:
- Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng
- Xác định hệ số căng bề mặt của nước
- Đo được lực căng bề mặt của nước tác dụng lên một chiếc vòng kim loại khi chạm vào mặt nước, từ đó xác định hệ số căng bề mặt của nước ở nhiệt độ phòng.
1.2. Dụng cụ thí nghiệm
Các dụng cụ để thực hiện thí nghiệm bao gồm:
- Vòng kim loại nhôm có dây đeo
- Lực kế 0,1N (có độ chia nhỏ nhất là 0,001N)
- 2 chiếc cốc đựng chất lỏng (nước sạch)
- Giá treo có cơ cấu nâng hạ cốc đựng chất lỏng
- Thước kẹp (có độ chia nhỏ nhất 0,1mm, hoặc 0,05; 0,02mm); giới hạn đo 150mm
1.3. Cơ sở lý thuyết
Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là những lực căng bề mặt (hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng.
Có nhiều phương pháp đo lực căng bề mặt. Trong bài này ta dùng một lực kế nhạy (loại 0,1N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần đo.
Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.
Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này:
F = Fc + P
Đo P và F ta xác định được lực căng bề mặt Fc tác dụng lên vòng.
Gọi L1 là chu vi ngoài và L2 là chu vi trong của chiếc vòng, ta tính được hệ số căng bề mặt σ của chất lỏng ở nhiệt độ nghiên cứu theo công thức:
Ở đây D và d là đường kính ngoài và đường kính trong của vòng.
1.4. Giới thiệu dụng cụ đo
Với các dụng cụ dùng để đo, chúng ta có:
Vòng nhôm dùng trong thí nghiệm là loại vật rắn có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần nghiên cứu (nước).
2. Hỗ trợ báo cáo thực hành vật lý 10 trang 221
2.1. Trả lời câu hỏi
a) Nêu ví dụ về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt của chất lỏng ?
b) Lực căng bề mặt là gì ? Nêu phương pháp dùng lực kế xác định lực căng bề mặt và xác định hệ số căng bề mặt ? Viết công thức thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt theo phương pháp này ?
Gợi ý trả lời
a) Ví dụ:
- Hiện tượng dính ướt: Vì thủy tinh bị nước dính ướt, nên giọt nước nhỏ trên mặt bàn thủy tinh lan rộng thành một hình có dạng bất kỳ.
- Hiện tượng không dính ướt: thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt, nên giọt thủy ngân nhỏ trên mặt bàn thủy tinh vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực.
b) Lực căng bề mặt: là lực 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: f = σl.
σ là hệ số căng bề mặt (suất căng bề mặt), đơn vị N/m.
Giá trị của σ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất lỏng: σ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Phương pháp xác định:
Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.
Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này:
F = Fc + P
Đo P và F ta xác định được lực căng bề mặt Fc tác dụng lên vòng.
- Công thức thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt:
2.2. Kết quả
* Bảng 40.1:
Độ chia nhỏ nhất của lực kế: 0,001N
| Lần đo | P (N) | F(N) | Fc = F – P (N) | ΔFc(N) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,047 | 0,061 | 0,014 | 0,001 |
| 2 | 0,046 | 0,061 | 0,015 | 0 |
| 3 | 0,046 | 0,062 | 0,016 | 0,001 |
| 4 | 0,047 | 0,062 | 0,015 | 0 |
| 5 | 0,046 | 0,060 | 0,014 | 0,001 |
| Giá trị trung bình | 0,0464 | 0,0612 | 0,015 | 0,0006 |
* Bảng 40.2
Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp: 0,05mm
| Lần đo | D (mm) | ΔD(mm) | d (mm) | Δd(mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 51,5 | 0,16 | 50,03 | 0,004 |
| 2 | 51,6 | 0,06 | 50,02 | 0,006 |
| 3 | 51,78 | 0,12 | 50,03 | 0,004 |
| 4 | 51,7 | 0,04 | 50,02 | 0,006 |
| 5 | 51,7 | 0,04 | 50,03 | 0,004 |
| Giá trị trung bình | 51,66 | 0,08 | 50,03 | 0,005 |
Kết quả thực hành phần 2 trang 222 sgk vật lý 10
a) Các kết quả tính được được ghi như trong bảng 40.1 và 40.2
b) Giá trị trung bình của hệ số căng bề mặt của nước:
c) Tính sai số tỉ đối của phép đo:
Trong đó:
(ΔF’ là sai số dụng cụ của lực kế, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của lực kế → ΔF’ = 0,001/2 = 0,0005)
(ΔD’ và Δd’ là sai số dụng cụ của thước kẹp, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của thước kẹp → ΔD’ = Δd’ = 0,05/2 = 0,025 mm)
→ ΔFc = 0,0006 + 2. 0,0005 = 0,0016
Và ΔD = 0,08 + 0,025 = 0,105 mm; Δd = 0,005 + 0,025 = 0,03 mm
Như vậy, trong trường hợp này ta phải lấy π = 3,1412 để cho khi đó ta có thể bỏ qua
d) Tính sai số tuyệt đối của phép đo:
e) Viết kết quả xác định hệ số căng bề mặt của nước:
Kết luận
Trên đây, Kiến Guru đã củng cố nội dung cho bài thực hành thí nghiệm cũng như gợi ý trình tự thí nghiệm phần tổng kết báo cáo thực hành vật lý 10 trang 221. Với nội dung đầy đủ và bám sát với bài 40 sgk vật lý 10, hy vọng đây sẽ là nguồn tài liệu hữu ích giúp các em có thể hoàn thành bài trên lớp được tốt hơn.
Bên cạnh đó, các em có thể theo dõi Kiến Guru để không bỏ lỡ những bài học thú vị từ những môn học khác!
Chúc các em đạt điểm cao trong bài thực hành trên!
