I – Vai trò của các nguyên tố hoá học với sự phát triển của cây trồng. Phân bón hoá học

• 1. Vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng: Cây trồng cần các nguyên tố đa lượng, trung lượng và vi lượng để cấu tạo nên tế bào, điều chỉnh quá trình trao đổi chất và tăng khả năng chống chọi với môi trường.
  • Nguyên tố đa lượng (N, P, K): Đạm (N) giúp cây sinh trưởng tốt; Lân (P) cần cho sự nở hoa, đậu quả và phát triển rễ; Kali (K) giúp chuyển hoá năng lượng, giúp cây nhiều nhánh, phân cành.
  • Nguyên tố trung và vi lượng: Các nguyên tố như Ca, Mg, Zn, Cu, Fe... dù cần lượng ít nhưng không thể thiếu để kích thích sinh trưởng và trao đổi chất.
• 2. Khái niệm phân bón hoá học: Là những hoá chất có chứa các nguyên tố dinh dưỡng, được bón cho cây nhằm nâng cao năng suất cây trồng.

--Image of: --Minh họa cây trồng được bón phân đầy đủ sẽ xanh tốt và năng suất cao

II – Một số loại phân bón thông thường

• 1. Phân đạm: Cung cấp nguyên tố nitrogen (N). Giúp cây sinh trưởng mạnh, phát triển thân, rễ, lá. Các loại thường dùng: $NaNO_3, Ca(NO_3)_2, (NH_2)_2CO$ (urê).
• 2. Phân lân: Cung cấp nguyên tố phosphorus (P). Cần cho sự phát triển rễ, hoa và quả. Tuỳ loại đất chua ít hay nhiều mà chọn loại lân phù hợp (như superphosphate hoặc phân lân nung chảy).
• 3. Phân kali: Cung cấp nguyên tố potassium (K). Giúp cây hấp thụ nước tốt, chịu lạnh giỏi, làm thân cây cứng cáp. Thường dùng muối $KCl$ hoặc $K_2SO_4$.
• 4. Phân NPK: Là loại phân hỗn hợp chứa cả ba thành phần dinh dưỡng chính: đạm (N), lân (P) và kali (K).

--Image of: --Hình 12.1: Một mẫu phân đạm trắng dạng hạt

III – Cách sử dụng phân bón

• Phân bón giúp tăng năng suất nhưng nếu dùng thừa sẽ gây ô nhiễm đất, nước ngầm và ảnh hưởng sức khoẻ con người.
• Quy tắc "4 đúng": Để đạt hiệu quả cao và bảo vệ môi trường, cần bón đúng liều, đúng loại, đúng lúc, đúng nơi.
• Phân bón hữu cơ: Có thể tự làm tại nhà bằng cách ủ rác thải hữu cơ (rau, vỏ quả...) với chế phẩm vi sinh. Loại phân này giúp đất tơi xốp, an toàn và bảo vệ môi trường.

--Image of: --Hình 12.3: Các bước làm phân bón hữu cơ tại nhà từ rác thải sinh hoạt

EM ĐÃ HỌC

• Các nhóm nguyên tố dinh dưỡng cần thiết (đa lượng, trung lượng, vi lượng) cho cây trồng.
• Các loại phân bón phổ biến: đạm, lân, kali và phân hỗn hợp NPK.
• Tác hại của việc sử dụng phân bón không đúng cách gây ô nhiễm và ảnh hưởng sức khoẻ.
• Quy tắc "4 đúng" trong sử dụng phân bón.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Vận dụng quy tắc "4 đúng": Khi chăm sóc cây cảnh hoặc rau tại nhà, các em hãy kiểm tra tình trạng cây (đang lớn cần đạm, đang ra hoa cần lân) để chọn loại phân và liều lượng phù hợp.
• Làm phân hữu cơ tại nhà: Tận dụng vỏ trái cây, rau thừa băm nhỏ, trộn với chế phẩm vi sinh, đậy kín trong thùng nhựa. Sau 25 - 30 ngày, các em sẽ có phân hữu cơ giàu dinh dưỡng để bón cho vườn mini của gia đình.
• An toàn khi bón phân: Luôn đeo găng tay, khẩu trang và không bón phân gần nơi trẻ em vui chơi hoặc khu vực ăn uống.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao cây lúa ở giai đoạn mới cấy thường được bón nhiều phân đạm, còn giai đoạn sắp trổ bông lại cần tăng cường phân lân và kali?

• Giải thích: Giai đoạn mới cấy cây cần phát triển thân, lá nên cần đạm. Giai đoạn trổ bông cần lân để hoa phát triển và kali để hạt chắc, cây cứng cáp.

Câu 2: Hãy tính thành phần phần trăm khối lượng của nguyên tố Nitrogen trong phân đạm urê $(NH_2)_2CO$?

• Hướng dẫn: $M_{(NH_2)_2CO} = 60$. Khối lượng N là $14 \cdot 2 = 28$. Vậy $%N = (28/60) \cdot 100% \approx 46,67%$.

Câu 3: Một bác nông dân bón phân cho ruộng nhưng không may làm rơi vãi phân xuống dòng sông cạnh đó. Việc này sẽ gây ra hậu quả gì?

• Giải thích: Gây ô nhiễm nguồn nước, có thể dẫn đến hiện tượng "dưỡng phú" làm tảo phát triển quá mức, gây chết cá và các sinh vật thuỷ sinh khác.

Câu 4: Kể tên 3 loại nguyên tố đa lượng mà cây trồng cần nhất?

• Đáp án: Nitrogen (đạm), Phosphorus (lân) và Potassium (kali).

Câu 5: Nêu một số lưu ý về an toàn khi sử dụng và bảo quản phân bón hoá học?

• Trả lời: Mặc đồ bảo hộ, đeo khẩu trang, găng tay khi bón; bảo quản đúng nơi quy định, tránh xa tầm tay trẻ em và khu vực ăn uống.

I – Thí nghiệm

• Thí nghiệm 1: Khi đo khối lượng ($m$) và thể tích ($V$) của các vật liệu cùng loại (như các thỏi sắt) nhưng có kích thước khác nhau, ta thấy tỉ số giữa khối lượng và thể tích ($m/V$) của chúng luôn là một hằng số.
• Thí nghiệm 2: Khi đo các thỏi vật liệu khác nhau (sắt, nhôm, đồng) có cùng một thể tích, ta thấy khối lượng của chúng khác nhau, dẫn đến tỉ số $m/V$ của chúng cũng khác nhau.
• Kết luận: Tỉ số $m/V$ không thay đổi đối với cùng một chất, nhưng thay đổi đối với các chất khác nhau. Tỉ số này đặc trưng cho chất đó.

II – Khối lượng riêng, đơn vị khối lượng riêng

• 1. Định nghĩa: Khối lượng riêng của một chất cho ta biết khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó.
• 2. Công thức tính: $$D = \frac{m}{V}$$ Trong đó:
  • $D$ là khối lượng riêng của chất.
  • $m$ là khối lượng của vật làm bằng chất đó.
  • $V$ là thể tích của vật đó.
• 3. Đơn vị khối lượng riêng:
  • Đơn vị thường dùng trong hệ SI là $kg/m^3$.
  • Ngoài ra còn dùng đơn vị $g/cm^3$ hoặc $g/mL$.
  • Quy đổi: $1 g/cm^3 = 1000 kg/m^3$; $1 g/cm^3 = 1 g/mL$.
• 4. Ý nghĩa: Khi biết khối lượng riêng của một vật, ta có thể biết vật đó được cấu tạo bằng chất gì bằng cách đối chiếu với bảng khối lượng riêng của các chất (như Bảng 13.3 trong sách).

EM ĐÃ HỌC

• Khối lượng riêng của một chất được xác định bằng khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó: $D = m/V$.
• Đơn vị thường dùng để đo khối lượng riêng là $kg/m^3$ hoặc $g/cm^3$ hay $g/mL$.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Xác định vật liệu: Nếu em có một bức tượng nhỏ màu vàng, em có thể đo khối lượng và thể tích của nó để tính khối lượng riêng. Nếu kết quả ra gần bằng $19300 kg/m^3$, bức tượng đó có khả năng cao được làm bằng vàng thật.
• Tính khối lượng vật cồng kềnh: Các kỹ sư xây dựng có thể tính được khối lượng của một cột bê tông lớn hoặc một nhịp cầu khi biết thể tích thiết kế và khối lượng riêng của vật liệu để đảm bảo nền móng chịu được sức nặng đó.
• Dự tính lượng nước tiêu thụ: Em có thể tính được khối lượng nước trong một bể chứa hình hộp chữ nhật tại nhà khi biết các kích thước dài, rộng, cao của bể.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Dựa vào đại lượng nào mà người ta nói "Sắt nặng hơn nhôm"?

• Giải thích: Người ta dựa vào khối lượng riêng. Vì khối lượng riêng của sắt ($7800 kg/m^3$) lớn hơn khối lượng riêng của nhôm ($2700 kg/m^3$), nên cùng một thể tích, sắt sẽ có khối lượng lớn hơn nhôm.

Câu 2: Một khối gang hình hộp chữ nhật có các cạnh lần lượt là $2 cm, 3 cm, 5 cm$ và có khối lượng $210 g$. Hãy tính khối lượng riêng của gang?

• Giải:
  • Thể tích khối gang là: $V = 2 \cdot 3 \cdot 5 = 30 (cm^3)$.
  • Khối lượng riêng của gang là: $D = \frac{m}{V} = \frac{210}{30} = 7 (g/cm^3)$.

Câu 3: Tại sao khi đổ dầu hỏa vào nước, dầu hỏa lại nổi lên trên?

• Giải thích: Tra bảng khối lượng riêng, ta thấy dầu hỏa có khối lượng riêng khoảng $800 kg/m^3$, nhỏ hơn khối lượng riêng của nước là $1000 kg/m^3$. Do đó dầu hỏa nhẹ hơn nước trên cùng một đơn vị thể tích và nổi lên trên mặt nước.

Câu 4: Muốn đo khối lượng riêng của hòn đá cuội có hình dạng bất kì, em cần dùng những dụng cụ gì?

• Hướng dẫn: Em cần dùng cân để đo khối lượng ($m$) và bình chia độ (kèm nước) để đo thể tích ($V$) của hòn đá theo phương pháp nước dâng. Sau đó áp dụng công thức $D = m/V$.

Câu 5: Tính khối lượng của một thanh chì có thể tích $50 cm^3$? (Biết khối lượng riêng của chì là $11300 kg/m^3$).

• Hướng dẫn:
  • Đổi $D_{chì} = 11,3 g/cm^3$.
  • Khối lượng thanh chì là: $m = D \cdot V = 11,3 \cdot 50 = 565 g$.

HÌNH VẼ MINH HOẠ

--Image of: --Minh họa khối lượng của 1 cm3 các chất khác nhau Hình minh hoạ: Các khối nhôm, đồng và gỗ có cùng thể tích 1 cm3 nhưng khối lượng của chúng là khác nhau do khối lượng riêng của chúng khác nhau.

I – Xác định khối lượng riêng của một khối hình hộp chữ nhật

• Chuẩn bị: Cân điện tử, thước đo chia độ tới mm, khối gỗ hình hộp chữ nhật.
• Cách tiến hành:
  1. Dùng thước đo chiều dài các cạnh $a, b, c$ của khối gỗ. Tính thể tích theo công thức: $V = a \cdot b \cdot c$.
  2. Đo 3 lần để lấy giá trị trung bình $V_{tb}$.
  3. Dùng cân điện tử đo khối lượng $m$ của khối gỗ (thực hiện 3 lần để lấy $m_{tb}$).
  4. Tính khối lượng riêng theo công thức: $D = \frac{m_{tb}}{V_{tb}}$.

Hình 14.2 Minh họa đo kích thước và cân khối gỗ Hình 14.2: Các bước đo kích thước và khối lượng khối gỗ hình hộp chữ nhật.

II – Xác định khối lượng riêng của một lượng nước

• Chuẩn bị: Cân điện tử, ống đong, cốc thuỷ tinh, nước sạch.
• Cách tiến hành:
  1. Cân khối lượng ống đong không ($m_1$).
  2. Rót một lượng nước vào ống đong, đọc thể tích nước ($V_{n1}$).
  3. Cân khối lượng ống đong có nước ($m_2$).
  4. Tính khối lượng nước: $m = m_2 - m_1$.
  5. Lặp lại thí nghiệm 3 lần, tính giá trị trung bình và áp dụng công thức $D = \frac{m}{V}$.

Thí nghiệm xác định khối lượng riêng của nước Hình 14.3: Cách cân và đong thể tích để xác định khối lượng riêng của nước.

III – Xác định khối lượng riêng của một vật có hình dạng bất kì không thấm nước (Ví dụ: hòn sỏi)

• Chuẩn bị: Cân điện tử, ống đong (có chứa nước), hòn sỏi.
• Cách tiến hành:
  1. Cân khối lượng hòn sỏi ($m$).
  2. Đọc thể tích nước ban đầu trong ống đong ($V_1$).
  3. Buộc dây vào hòn sỏi, thả chìm vào ống đong, đọc thể tích nước dâng lên ($V_2$).
  4. Tính thể tích hòn sỏi: $V_{sỏi} = V_2 - V_1$.
  5. Thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình và tính $D = \frac{m}{V}$.

EM ĐÃ HỌC

• Cách xác định khối lượng riêng của một khối hình hộp chữ nhật thông qua đo các cạnh.
• Cách xác định khối lượng riêng của một lượng chất lỏng bằng ống đong và cân.
• Cách xác định khối lượng riêng của một vật có hình dạng bất kì không thấm nước bằng phương pháp nước dâng.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Kiểm tra chất lượng vàng/bạc: Em có thể dùng phương pháp đo vật có hình dạng bất kì để tính khối lượng riêng của một món đồ trang sức, từ đó đối chiếu với bảng khối lượng riêng để xem đó là vàng thật hay giả.
• Sử dụng tỉ trọng kế: Trong thực tế, người ta dùng một dụng cụ gọi là tỉ trọng kế (phù kế) để đo nhanh khối lượng riêng của chất lỏng (như đo nồng độ cồn trong rượu, độ ngọt của nước đường hoặc kiểm tra dung dịch trong bình ắc quy) dựa trên lực đẩy Archimedes.
• So sánh kết quả: Em có thể so sánh giá trị khối lượng riêng của nước đo được trong thí nghiệm với giá trị chuẩn $1000\ kg/m^3$ để thấy sự sai lệch và tìm hiểu các nguyên nhân như: sai số dụng cụ, nước có lẫn tạp chất, hoặc sai sót khi đọc vạch chia.

Hình ảnh tỉ trọng kế dùng đo chất lỏng Hình 14.4: Cách sử dụng tỉ trọng kế để đo nhanh khối lượng riêng chất lỏng.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Khi đo thể tích vật có hình dạng bất kì bằng bình chia độ, tại sao ta cần phải thả vật chìm hoàn toàn trong nước?

• Giải thích: Để phần thể tích nước dâng lên chính bằng toàn bộ thể tích của vật đó. Nếu vật không chìm hết, thể tích đo được sẽ nhỏ hơn thể tích thực tế.

Câu 2: Bạn An dùng cân điện tử đo hòn sỏi được $54\ g$, thả vào bình chia độ thấy nước dâng từ $20\ cm^3$ lên $40\ cm^3$. Tính khối lượng riêng của sỏi?

• Giải: $V = 40 - 20 = 20\ cm^3$. $D = \frac{54}{20} = 2,7\ g/cm^3$ (hay $2700\ kg/m^3$).

Câu 3: Tại sao khi thực hiện các phép đo trong bài thực hành này, chúng ta cần lặp lại mỗi thí nghiệm ít nhất 3 lần?

• Giải thích: Việc lặp lại nhiều lần và tính giá trị trung bình giúp hạn chế sai số ngẫu nhiên trong quá trình đo đạc và thao tác, giúp kết quả chính xác hơn.

Câu 4: Để đo khối lượng riêng của các hạt cát nhỏ, em sẽ dùng phương pháp nào trong 3 phương pháp đã học?

• Hướng dẫn: Dùng phương pháp III (vật có hình dạng bất kì). Đổ một lượng cát vào ống đong có sẵn nước để đo thể tích cát bằng phần nước dâng lên.

Câu 5: Một tỉ trọng kế khi thả vào nước thì nổi ở một vạch xác định. Nếu thả vào dầu hỏa, tỉ trọng kế sẽ chìm sâu hơn hay nổi cao hơn?

• Giải thích: Do khối lượng riêng của dầu hỏa nhỏ hơn nước, nên để tạo ra lực đẩy bằng trọng lượng của chính nó, tỉ trọng kế phải chiếm chỗ một thể tích dầu lớn hơn, tức là nó sẽ chìm sâu hơn trong dầu hỏa.

I – Áp lực là gì?

• Khái niệm: Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
• Ví dụ thực tế:
  • Người đứng trên sân trường gây ra áp lực lên mặt sân.
  • Ô tô đậu trong bãi đỗ xe gây áp lực lên mặt đường.
  • Bàn ghế trong lớp học gây áp lực lên mặt sàn.
• Cách nhận biết: Để xác định một lực có phải là áp lực hay không, ta cần xem lực đó có tác dụng ép lên một bề mặt và phương của nó có vuông góc với bề mặt đó hay không.

-Hình minh họa áp lực của người lên sợi dây và áp lực của thùng hàng lên mặt sàn Hình 15.1: Phân biệt áp lực trong các tình huống thực tế.

II – Áp suất

1. Khái niệm áp suất

• Áp suất sinh ra khi có áp lực tác dụng lên một diện tích bề mặt.
• Độ lún của một vật trên bề mặt phụ thuộc vào hai yếu tố: độ lớn của áp lực (F) và diện tích bị ép (S).

2. Công thức tính áp suất Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép: $$p = \frac{F}{S}$$ Trong đó:

• $p$: là áp suất.
• $F$: là áp lực tác dụng lên mặt bị ép, đơn vị là Newton (N).
• $S$: là diện tích bị ép, đơn vị là mét vuông ($m^2$).

3. Đơn vị đo áp suất

• Đơn vị chuẩn: Pascal (Pa). $1\ Pa = 1\ N/m^2$.
• Các đơn vị khác: Atmôtphe (atm), Milimét thuỷ ngân (mmHg), Bar.
  • $1\ atm = 1,013 \cdot 10^5\ Pa$.
  • $1\ Bar = 10^5\ Pa$.

EM ĐÃ HỌC

• Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
• Áp suất được tính bằng độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép.
• Công thức: $p = F/S$.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

Việc tăng hoặc giảm áp suất có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống dựa trên việc thay đổi áp lực (F) hoặc diện tích bị ép (S):

• Tại sao ống hút cắm vào hộp sữa có một đầu nhọn? Đầu nhọn giúp giảm diện tích bị ép (S). Với cùng một lực tay ấn (F), diện tích S nhỏ sẽ tạo ra áp suất (p) rất lớn, giúp đầu ống hút xuyên qua lớp màng bọc dễ dàng.
• Xây móng nhà: Các kiến trúc sư luôn thiết kế móng nhà có diện tích bề mặt lớn để giảm áp suất tác dụng lên nền đất, giúp công trình không bị lún, sụt.
• Dụng cụ cắt gọt: Dao, kéo, rìu thường được mài sắc (làm mỏng lưỡi) để giảm diện tích bị ép S, từ đó tăng áp suất giúp việc cắt thái rau củ hay chẻ củi trở nên nhẹ nhàng hơn.
• Xe tăng và máy xúc: Những cỗ máy cực nặng này sử dụng bánh xích có diện tích tiếp xúc rất lớn để giảm áp suất lên mặt đất, giúp chúng có thể di chuyển trên đất mềm hoặc sình lầy mà không bị sa lầy.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Một xe tăng có trọng lượng $350,000\ N$. Tính áp suất của xe tăng lên mặt đường nằm ngang, biết rằng diện tích tiếp xúc của các bản xích với mặt đường là $1,5\ m^2$?

• Giải: $p = F/S = 350,000 / 1,5 \approx 233,333,3\ (Pa)$.

Câu 2: Tại sao khi đóng một chiếc cọc xuống đất, người ta thường vót nhọn đầu cọc?

• Giải thích: Vót nhọn để giảm diện tích bị ép (S), giúp tăng áp suất (p) lên mặt đất, làm cọc lún xuống dễ dàng hơn.

Câu 3: Một người có khối lượng $60\ kg$ ($F \approx 600\ N$) đứng trên diện tích sàn là $0,03\ m^2$. Tính áp suất người đó tác dụng lên sàn?

• Giải: $p = 600 / 0,03 = 20,000\ (Pa)$.

Câu 4: Để ô tô có thể vượt qua vùng đất sụt lún, người ta thường lót những tấm ván rộng dưới bánh xe. Hãy giải thích tại sao?

• Giải thích: Việc lót ván rộng giúp tăng diện tích tiếp xúc (S), làm giảm áp suất (p) tác dụng lên mặt đất, ngăn xe bị lún sâu.

Câu 5: Cá sấu có hàm răng rất nhọn. Điều này giúp gì cho nó khi săn mồi?

• Giải thích: Răng nhọn có diện tích tiếp xúc S rất nhỏ, tạo ra áp suất p cực lớn tại các đầu răng khi cắn, giúp cá sấu dễ dàng xuyên thủng con mồi.

I – Áp suất chất lỏng

1. Tác dụng của áp suất chất lỏng lên vật đặt trong nó

• Thí nghiệm: Khi nhúng một bình hình trụ có các lỗ ở đáy và thành bình được bịt bằng màng cao su vào nước, ta thấy các màng cao su đều bị biến dạng (phồng vào trong).
• Kết luận:
  • Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong lòng nó.
  • Vật ở càng sâu trong lòng chất lỏng thì chịu tác dụng của áp suất chất lỏng càng lớn.

2. Áp suất tác dụng vào chất lỏng được truyền nguyên vẹn theo mọi hướng

• Định luật Pascal: Áp suất tác dụng vào chất lỏng (đựng trong bình kín) sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
• Ứng dụng - Máy nén thuỷ lực: Nhờ tính chất truyền nguyên vẹn áp suất, khi ta tác dụng một lực nhỏ vào pit-tông nhỏ, nó sẽ tạo ra áp suất truyền sang pit-tông lớn để tạo ra một lực rất lớn, đủ sức nâng cả một chiếc ô tô.

--Sơ đồ nguyên lí máy nén thuỷ lực Hình 16.5: Lực nhỏ tác dụng lên pit-tông nhỏ tạo ra lực lớn ở pit-tông lớn để nâng ô tô.

II – Áp suất khí quyển

1. Sự tồn tại của áp suất khí quyển

• Khái niệm: Trái Đất được bao bọc bởi một lớp không khí dày hàng nghìn km gọi là khí quyển. Lớp không khí này gây ra một áp suất lên mọi vật trên Trái Đất theo mọi phương, gọi là áp suất khí quyển.
• Thí nghiệm chứng minh: Úp ngược một cốc nước đầy được đậy kín bằng tấm nylon cứng, nước không bị rơi ra ngoài vì áp suất khí quyển từ dưới lên lớn hơn trọng lượng của nước trong cốc.

2. Một số ảnh hưởng và ứng dụng của áp suất không khí

• Sự tạo thành tiếng động trong tai: Khi thay đổi độ cao đột ngột (đi máy bay, leo núi), áp suất khí quyển thay đổi làm mất cân bằng áp suất giữa trong và ngoài màng nhĩ, gây ra tiếng động "lụp bụp" hoặc bị ù tai.
• Giác mút: Khi ấn phễu của giác mút sát vào mặt kính, không khí bên trong bị đẩy ra ngoài. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn giữ cho giác mút bám chặt vào bề mặt.
• Bình xịt: Việc bơm khí làm tăng áp suất không khí trong bình, đẩy chất lỏng ra ngoài qua vòi phun.
• Tàu đệm khí: Sử dụng khí nén áp suất cao để nâng tàu khỏi mặt nước hoặc mặt đất, giúp giảm ma sát và tăng tốc độ di chuyển.

EM ĐÃ HỌC

• Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương lên các vật trong lòng nó. Độ sâu càng lớn, áp suất càng cao.
• Áp suất tác dụng vào chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng.
• Trái Đất và mọi vật đều chịu tác dụng của áp suất khí quyển theo mọi phương.
• Ứng dụng của áp suất không khí: giác mút, bình xịt, tàu đệm khí....

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích hiện tượng ù tai: Khi đi máy bay hoặc leo núi cao, các em hãy thử cử động nuốt hoặc ngáp. Hành động này giúp mở vòi tai, để không khí đi vào cân bằng lại áp suất ở màng nhĩ, giúp hết ù tai.
• Tự chế bình xịt nước: Sử dụng các vật liệu đơn giản như chai nhựa và ống hút để tạo ra một bình xịt nước mini dựa trên nguyên lí tăng áp suất khí trong bình.
• Giải thích tại sao nắp bình nước đôi khi có lỗ nhỏ: Lỗ nhỏ này giúp thông bình với khí quyển, để áp suất khí quyển tác động lên mặt chất lỏng, giúp nước chảy ra ngoài vòi dễ dàng hơn.

--Hình ảnh giác mút treo tường và tàu đệm khí Hình minh hoạ: Ứng dụng thực tế của áp suất khí quyển trong đời sống và kĩ thuật.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao khi lặn xuống sâu, người thợ lặn phải mặc bộ bộ quần áo chịu được áp suất cao?

• Giải thích: Vì vật càng xuống sâu trong lòng chất lỏng, áp suất chất lỏng tác dụng lên nó càng lớn. Bộ đồ lặn bảo vệ cơ thể thợ lặn không bị nén bởi áp suất cực lớn này.

Câu 2: Tại sao các tấm giác mút có thể bám chặt trên tường gạch men phẳng?

• Giải thích: Khi ấn giác mút, không khí bên trong thoát ra ngoài. Áp suất khí quyển bên ngoài ép mạnh vào phễu giúp nó bám chặt trên mặt phẳng.

Câu 3: Trong máy nén thuỷ lực, nếu diện tích pit-tông lớn gấp 50 lần pit-tông nhỏ, thì lực nâng ở pit-tông lớn sẽ gấp bao nhiêu lần lực tác dụng ở pit-tông nhỏ?

• Đáp số: Lực nâng sẽ gấp 50 lần. (Dựa trên tính chất áp suất truyền nguyên vẹn theo mọi hướng).

Câu 4: Khi hút sữa từ hộp bằng ống hút, tại sao vỏ hộp sữa thường bị bẹp vào trong?

• Giải thích: Khi ta hút, không khí và sữa trong hộp giảm đi làm áp suất trong hộp giảm xuống. Áp suất khí quyển bên ngoài lớn hơn ép vào thành hộp làm nó bị bẹp.

Câu 5: Nêu một ví dụ chứng tỏ áp suất khí quyển tác dụng từ dưới lên trên?

• Trả lời: Thí nghiệm úp ngược cốc nước đầy có đậy tấm nylon. Áp suất khí quyển tác dụng từ dưới lên giữ cho tấm nylon và nước không bị rơi.

I – Lực đẩy tác dụng lên vật đặt trong chất lỏng

• Khái niệm: Mọi vật nhúng trong chất lỏng đều chịu tác dụng của một lực đẩy hướng thẳng đứng từ dưới lên trên. Lực này được gọi là lực đẩy Archimedes.
• Điều kiện vật nổi, vật chìm:
  • Vật sẽ chìm xuống khi trọng lượng của vật lớn hơn lực đẩy Archimedes ($P > F_A$). Ví dụ: viên bi sắt, ốc vít kim loại chìm trong nước.
  • Vật sẽ nổi lên khi trọng lượng của vật nhỏ hơn lực đẩy Archimedes ($P < F_A$). Ví dụ: nắp chai nhựa, miếng xốp nổi trên mặt nước.

--Image of: --Minh họa lực đẩy Archimedes tác dụng lên quả bóng và vật chìm nổi Hình 17.1 & 17.2: Khi dùng tay nhấn quả bóng vào nước, ta cảm nhận được lực đẩy đẩy tay ta lên. Viên bi sắt chìm vì trọng lượng lớn hơn lực đẩy, còn miếng xốp nổi vì lực đẩy lớn hơn trọng lượng.

II – Độ lớn của lực đẩy Archimedes

1. Thí nghiệm

• Khi nhúng một vật vào bình tràn đầy nước, vật chiếm chỗ một thể tích chất lỏng và làm một lượng nước tràn ra.
• Kết quả thí nghiệm cho thấy: Độ lớn của lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng của phần chất lỏng mà vật đã chiếm chỗ.

2. Định luật Archimedes

• Nội dung định luật: Một vật đặt trong chất lỏng chịu tác dụng một lực đẩy hướng thẳng đứng từ dưới lên trên có độ lớn tính bằng công thức: $$F_A = d \cdot V$$ Trong đó:
  • $F_A$: Lực đẩy Archimedes (N).
  • $d$: Trọng lượng riêng của chất lỏng ($N/m^3$).
  • $V$: Thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ ($m^3$).

EM ĐÃ HỌC

• Lực đẩy Archimedes có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên.
• Công thức tính độ lớn: $F_A = d \cdot V$.
• Vật nổi khi $F_A > P$, vật chìm khi $F_A < P$.
• Một vật sẽ chìm nếu trọng lượng riêng của nó lớn hơn trọng lượng riêng của chất lỏng, và nổi nếu trọng lượng riêng nhỏ hơn chất lỏng.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích tại sao tàu thủy khổng lồ lại nổi: Mặc dù làm bằng thép rất nặng, nhưng tàu được thiết kế rỗng bên trong để thể tích chiếm chỗ ($V$) cực lớn. Điều này tạo ra lực đẩy Archimedes ($F_A$) rất mạnh, đủ để nâng toàn bộ con tàu nổi trên mặt nước.
• Cơ chế bơi của cá: Cá có một cơ quan gọi là "bóng hơi". Cá thay đổi thể tích bóng hơi để thay đổi lực đẩy Archimedes tác dụng lên cơ thể, giúp cá có thể nổi lên hoặc lặn xuống tùy ý.
• Tính toán trọng tải tàu: Các kỹ sư có thể ước tính thể tích nước biển bị tàu chiếm chỗ để biết được trọng lượng tối đa mà tàu có thể chở mà vẫn đảm bảo an toàn (không bị chìm quá sâu).

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Một thỏi nhôm và một thỏi đồng có cùng thể tích được nhúng chìm trong nước. Thỏi nào chịu lực đẩy Archimedes lớn hơn?

• Giải thích: Cả hai thỏi có cùng thể tích ($V$) và cùng nhúng trong nước ($d$), nên theo công thức $F_A = d \cdot V$, lực đẩy Archimedes tác dụng lên hai thỏi là như nhau.

Câu 2: Tại sao khi thả một viên đất nặn hình tròn vào nước thì nó chìm, nhưng nếu nặn thành hình cái thuyền thì nó lại nổi?

• Giải thích: Khi nặn hình thuyền, thể tích chiếm chỗ ($V$) tăng lên rất nhiều so với hình tròn, làm lực đẩy Archimedes tăng lên đủ để thắng được trọng lượng của đất nặn.

Câu 3: Tại sao khi bơi ở biển, ta lại thấy cơ thể mình "nhẹ" hơn và dễ nổi hơn so với bơi ở hồ nước ngọt?

• Giải thích: Trọng lượng riêng ($d$) của nước muối biển lớn hơn nước ngọt. Cùng một thể tích cơ thể chiếm chỗ, nước biển tạo ra lực đẩy Archimedes lớn hơn.

Câu 4: Tính lực đẩy Archimedes tác dụng lên một vật có thể tích $0,5\ dm^3$ nhúng chìm hoàn toàn trong nước. (Biết $d_{nước} = 10,000\ N/m^3$).

• Giải: Đổi $0,5\ dm^3 = 0,0005\ m^3$. Lực đẩy là: $F_A = 10,000 \cdot 0,0005 = 5\ (N)$.

Câu 5: Tại sao thợ lặn khi xuống sâu thường mang thêm các quả nặng (chì) bên người?

• Giải thích: Để tăng trọng lượng tổng cộng ($P$) của cơ thể và thiết bị, giúp dễ dàng chìm xuống và giữ vị trí ổn định dưới nước trước lực đẩy Archimedes lớn của nước biển.

Hình 17.4: Thí nghiệm chứng minh độ lớn lực đẩy Archimedes bằng trọng lượng phần nước tràn ra.

I – Lực có thể làm quay vật

• Thí nghiệm: Khi ta tác dụng lực vào một vật có điểm tựa hoặc trục quay (như cánh cửa, cái bập bênh), vật có thể bị quay quanh trục đó.
• Điều kiện để lực làm quay vật: Không phải lực nào cũng làm vật quay được. Lực tác dụng vào vật phải có giá không song song và không cắt trục quay thì mới làm quay vật.
  • Lưu ý: Nếu lực có giá đi qua trục quay hoặc song song với trục quay thì vật sẽ không quay.

II – Moment lực

• Khái niệm: Moment lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một điểm hoặc một trục.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến moment lực: Tác dụng làm quay (moment lực) phụ thuộc vào hai yếu tố chính:
  1. Độ lớn của lực: Lực tác dụng càng lớn thì moment lực càng lớn, tác dụng làm quay càng mạnh.
  2. Khoảng cách (Cánh tay đòn): Giá của lực càng cách xa trục quay thì moment lực càng lớn, giúp vật quay dễ dàng hơn.

EM ĐÃ HỌC

• Tác dụng làm quay của lực lên một vật quanh một điểm hoặc một trục được đặc trưng bằng moment lực.
• Lực càng lớn, moment lực càng lớn, tác dụng làm quay càng lớn.
• Giá của lực càng cách xa trục quay, moment lực càng lớn, tác dụng làm quay càng lớn.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

Hiểu về moment lực giúp chúng ta giải thích và vận dụng rất nhiều trong đời sống:

• Tại sao tay nắm cửa đặt xa bản lề? Bản lề chính là trục quay. Khi đặt tay nắm ở xa bản lề, khoảng cách từ lực đến trục quay lớn, tạo ra moment lực lớn giúp ta mở cửa rất nhẹ nhàng. Nếu đẩy cửa ở vị trí gần bản lề, ta sẽ thấy nặng hơn rất nhiều.
• Sử dụng cờ lê để vặn ốc: Khi con ốc bị kẹt chặt, người thợ thường dùng cờ lê có tay cầm dài hoặc nối thêm ống tuýp vào cán cờ lê. Việc này làm tăng khoảng cách từ tay đến trục quay (con ốc), tạo ra moment lực cực mạnh để tháo ốc dễ dàng.
• Đạp xe đạp: Khi bắt đầu khởi hành, ta thường nhấn chân vào bàn đạp khi nó đang ở vị trí nằm ngang. Lúc này, khoảng cách từ bàn đạp đến trục giữa là lớn nhất, tạo ra moment lực lớn nhất giúp xe chuyển bánh nhanh chóng.
• Vô lăng ô tô: Vô lăng có đường kính lớn giúp tài xế chỉ cần một lực nhỏ ở tay cũng có thể tạo ra moment lực đủ lớn để điều khiển hướng đi của xe.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Moment lực là gì? Moment lực phụ thuộc vào những yếu tố nào?

• Trả lời: Moment lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực. Nó phụ thuộc vào độ lớn của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.

Câu 2: Tại sao khi vặn ốc bằng cờ lê, nếu ta cầm tay càng xa đầu ốc thì lại càng dễ vặn?

• Giải thích: Vì khi cầm xa đầu ốc, khoảng cách từ lực đến trục quay tăng lên, làm moment lực tăng lên, giúp tác dụng làm quay mạnh hơn.

Câu 3: Trong trường hợp nào lực tác dụng vào vật mà vật không quay?

• Trả lời: Khi giá của lực song song hoặc cắt (đi qua) trục quay.

Câu 4: Một người dùng lực $20\ N$ tác dụng vào tay nắm cửa cách bản lề $0,8\ m$. Nếu người đó tác dụng lực vào vị trí giữa cửa (cách bản lề $0,4\ m$) cũng với lực $20\ N$ đó, thì tác dụng làm quay thay đổi như thế nào?

• Giải thích: Vì khoảng cách giảm đi một nửa ($0,8\ m$ xuống $0,4\ m$) trong khi lực giữ nguyên, nên moment lực sẽ giảm đi một nửa, khiến việc mở cửa trở nên nặng hơn.

Câu 5: Nêu ví dụ về ứng dụng của moment lực trong các dụng cụ làm bếp?

• Ví dụ: Cây kéo cắt xương thường có tay cầm rất dài và lưỡi ngắn để tăng moment lực khi cắt.

Hình 18.1: Vị trí đặt lực càng xa trục quay thì moment lực càng lớn, giúp việc làm quay vật (mở cửa hoặc vặn ốc) trở nên dễ dàng hơn.

I – Tác dụng của đòn bẩy

• Khái niệm: Đòn bẩy là một loại máy cơ đơn giản, thường là một thanh cứng có thể quay quanh một điểm xác định gọi là điểm tựa (O).
• Cánh tay đòn: Khoảng cách từ trục quay (điểm tựa) đến giá của lực tác dụng lên đòn bẩy được gọi là cánh tay đòn.
• Tác dụng chính của đòn bẩy:
  • Thay đổi hướng tác dụng của lực: Ví dụ, khi em nhấn tay xuống ở một đầu đòn bẩy, đầu kia sẽ nâng vật lên.
  • Lợi về lực: Giúp chúng ta nâng hoặc di chuyển các vật nặng bằng một lực nhỏ hơn trọng lượng của vật đó.

Hình 19.1: Thí nghiệm cho thấy khi thay đổi cánh tay đòn (vị trí móc lực kế), giá trị lực cần để nâng vật sẽ thay đổi.

II – Các loại đòn bẩy

Dựa vào vị trí tương đối giữa điểm tựa O và các điểm đặt lực ($F_1$ - lực tác dụng, $F_2$ - lực nâng vật/trọng lượng vật), đòn bẩy được chia làm 3 loại chính:

1. Đòn bẩy loại 1: Điểm tựa O nằm trong khoảng giữa điểm đặt của hai lực $F_1$ và $F_2$.
   • Ví dụ: Cái kéo, cái bập bênh, kìm cắt dây thép.
2. Đòn bẩy loại 2: Điểm tựa O nằm ở một đầu, vật cần nâng ($F_2$) nằm ở giữa, và lực tác dụng ($F_1$) nằm ở đầu bên kia. Loại đòn bẩy này luôn cho lợi về lực ($F_1 < F_2$) vì cánh tay đòn của lực tác dụng luôn lớn hơn cánh tay đòn của vật.
   • Ví dụ: Xe rùa (xe đẩy hàng), cái mở nắp chai.
3. Đòn bẩy loại 3 (Đòn bẩy không cho lợi về lực): Điểm tựa O nằm ở một đầu, lực tác dụng ($F_1$) nằm ở giữa và vật cần nâng ($F_2$) nằm ở đầu xa nhất. Loại này tuy không lợi về lực nhưng giúp ta thao tác linh hoạt và nhanh chóng.
   • Ví dụ: Đôi đũa, cần câu cá, cái nhíp.

III – Ứng dụng của đòn bẩy trong đời sống

1. Dụng cụ lao động và sinh hoạt:

• Bơm nước bằng tay: Cán máy bơm là một đòn bẩy giúp việc hút nước từ giếng sâu lên trở nên nhẹ nhàng hơn.
• Kéo cắt, búa nhổ đinh: Tận dụng đòn bẩy để tạo ra lực cắt mạnh hoặc lực nhổ cực lớn.

2. Đòn bẩy trong cơ thể người: Trong cơ thể chúng ta có nhiều bộ phận hoạt động như đòn bẩy:

• Đầu: Là đòn bẩy loại 1. Điểm tựa là đốt sống cổ trên cùng, giúp đầu có thể quay và giữ thăng bằng nhờ hệ thống cơ sau gáy.
• Cánh tay: Là đòn bẩy loại 2 (hoặc 3 tuỳ cách phân tích). Khi em nâng một vật nặng trên tay, khớp khuỷu tay đóng vai trò là điểm tựa O, cơ bắp tay tạo ra lực nâng giúp cánh tay làm việc hiệu quả.

3. Đòn bẩy trong xe đạp: Xe đạp sử dụng nhiều hệ thống đòn bẩy như bàn đạp, tay phanh, giúp người lái điều khiển xe dễ dàng và tốn ít sức hơn.

EM ĐÃ HỌC

• Đòn bẩy có thể làm thay đổi hướng tác dụng của lực.
• Đòn bẩy quay quanh một điểm tựa cố định O.
• Phân loại đòn bẩy (loại 1, 2, 3) dựa trên vị trí của điểm tựa so với các điểm đặt lực.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Tối ưu lực nâng: Khi cần bẩy một tảng đá nặng, em biết cách chọn một thanh xà dài và đặt điểm tựa gần tảng đá nhất có thể để lực tay bỏ ra là nhỏ nhất.
• Bảo vệ cơ thể: Hiểu về đòn bẩy ở cánh tay giúp em biết cách bê đồ vật (áp sát vào người) để giảm áp lực lên cơ bắp và xương khớp.
• Lựa chọn dụng cụ: Biết chọn loại kéo phù hợp (kéo cắt tôn có tay cầm dài, lưỡi ngắn để tăng lực; kéo cắt giấy có tay cầm ngắn, lưỡi dài để cắt nhanh).

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Xác định điểm tựa O, cánh tay đòn trong trường hợp dùng búa để nhổ đinh?

• Trả lời: Điểm tựa O là điểm tiếp xúc giữa đầu búa và mặt gỗ. Cánh tay đòn của lực tay là đoạn từ O đến chỗ tay cầm; cánh tay đòn của lực nhổ đinh là đoạn từ O đến khe nhổ đinh.

Câu 2: Tại sao xe rùa (hình 19.2a) lại giúp người công nhân chuyển được khối lượng vật liệu rất lớn?

• Giải thích: Vì xe rùa là đòn bẩy loại 2, có cánh tay đòn từ tay cầm đến bánh xe (điểm tựa) lớn hơn nhiều so với cánh tay đòn từ thùng chứa vật liệu đến bánh xe, nên lực nâng tay bỏ ra nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng vật liệu.

Câu 3: Đôi đũa thuộc loại đòn bẩy nào? Nó đem lại lợi ích gì khi sử dụng?

• Trả lời: Thuộc đòn bẩy loại 3. Lợi ích là giúp việc gắp thức ăn trở nên linh hoạt, chính xác và vệ sinh hơn (tuy không lợi về lực).

Câu 4: Giải thích tại sao khi xách vật nặng, ta nên gập sát cánh tay vào bắp tay?

• Giải thích: Khi gập sát, khoảng cách từ vật đến điểm tựa (khớp khuỷu) giảm xuống, làm giảm moment của trọng vật, giúp cơ tay ít bị mỏi hơn.

Câu 5: Nêu một ví dụ về đòn bẩy loại 1 mà em thường thấy ở trường học?

• Trả lời: Cái bập bênh ở khu vui chơi hoặc cái kéo cắt giấy thủ công.

I – Vật nhiễm điện

1. Thí nghiệm về sự nhiễm điện

• Thí nghiệm 1: Khi đưa một chiếc đũa nhựa hoặc đũa thuỷ tinh lại gần các mẩu giấy vụn, chúng không có hiện tượng gì. Tuy nhiên, sau khi cọ xát đũa nhựa vào vải len (hoặc đũa thuỷ tinh vào vải lụa), chiếc đũa đó có khả năng hút các mẩu giấy vụn.
• Kết luận: Các vật sau khi bị cọ xát có tính chất hút các vật khác được gọi là vật nhiễm điện hay vật mang điện tích.

2. Hai loại điện tích

• Thí nghiệm 2: Khi đưa hai vật đã nhiễm điện lại gần nhau, ta thấy:
  • Hai vật nhiễm điện cùng loại (như hai đũa nhựa cùng cọ xát vào len) thì đẩy nhau.
  • Hai vật nhiễm điện khác loại (như đũa nhựa và đũa thuỷ tinh) thì hút nhau.
• Quy ước: Có hai loại điện tích:
  • Điện tích xuất hiện ở đũa thuỷ tinh sau khi cọ xát vào vải lụa là điện tích dương (+).
  • Điện tích xuất hiện ở đũa nhựa sau khi cọ xát vào vải len là điện tích âm (-).

--Image of: --Minh họa thí nghiệm cọ xát đũa nhựa hút giấy và sự tương tác giữa các vật nhiễm điện Hình 20.1 & 20.2: Vật sau cọ xát có thể hút vật nhẹ; điện tích cùng loại thì đẩy, khác loại thì hút.

II – Giải thích sơ lược về sự nhiễm điện do cọ xát

Để hiểu tại sao cọ xát lại làm vật nhiễm điện, chúng ta dựa vào cấu tạo nguyên tử (gồm hạt nhân mang điện dương và các electron mang điện âm chuyển động xung quanh):

• Khi cọ xát, các electron có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác.
• Vật nhận thêm electron sẽ nhiễm điện âm.
• Vật mất bớt electron sẽ nhiễm điện dương.

MỞ RỘNG: HIỆN TƯỢNG SẤM SÉT VÀ ĐIỆN NGHIỆM

• Hiện tượng sấm sét: Sự cọ xát mạnh giữa các giọt nước trong luồng không khí nóng bốc lên tạo ra các đám mây tích điện. Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau hoặc phóng điện xuống đất sẽ tạo ra tia lửa điện (sét) và tiếng nổ (sấm).
• Điện nghiệm: Là dụng cụ dùng để phát hiện một vật có nhiễm điện hay không. Khi vật nhiễm điện chạm vào quả cầu của điện nghiệm, hai lá kim loại bên dưới sẽ nhiễm điện cùng loại và xoè ra.

Hình 20.3 & 20.4: Sét là một hiện tượng nhiễm điện trong tự nhiên; điện nghiệm giúp kiểm tra vật nhiễm điện.

EM ĐÃ HỌC

• Có thể làm nhiễm điện nhiều vật bằng cách cọ xát; vật bị nhiễm điện có khả năng hút các vật nhẹ khác.
• Có hai loại điện tích là dương (+) và âm (-).
• Các vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy nhau, khác loại thì hút nhau.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích bụi bám ở cánh quạt: Cánh quạt điện khi quay thường xuyên cọ xát với không khí nên bị nhiễm điện, từ đó chúng hút các hạt bụi li ti trong không khí, làm cánh quạt (đặc biệt là mép cánh) bị bám bụi nhiều sau một thời gian sử dụng.
• Lau gương soi, màn hình TV: Vào những ngày hanh khô, nếu ta dùng khăn bông khô để lau màn hình TV hoặc gương soi, sự cọ xát làm chúng nhiễm điện và càng hút nhiều bụi bông bám vào hơn. Các em nên dùng khăn ẩm để lau để tránh hiện tượng này.
• An toàn khi trời dông sét: Khi ở trong nhà, không nên đứng gần cửa sổ, tránh chỗ ẩm ướt và nên rút phích cắm các thiết bị điện. Nếu ở ngoài trời, tuyệt đối không trú mưa dưới gốc cây cao hoặc gần các vật dụng kim loại.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao vào những ngày thời tiết hanh khô, khi chải tóc bằng lược nhựa, nhiều sợi tóc lại bị lược nhựa hút kéo thẳng ra?

• Giải thích: Do khi chải, lược nhựa cọ xát với tóc làm cả lược và tóc đều bị nhiễm điện, dẫn đến chúng hút nhau.

Câu 2: Sau khi cọ xát đũa nhựa vào mảnh vải len, đũa nhựa nhiễm điện âm. Hỏi mảnh vải len nhiễm điện gì? Tại sao?

• Trả lời: Mảnh vải len nhiễm điện dương. Vì khi cọ xát, electron đã dịch chuyển từ vải len sang đũa nhựa.

Câu 3: Có hai vật A và B đã nhiễm điện. Khi đưa chúng lại gần nhau thì chúng đẩy nhau. Hỏi A và B nhiễm điện cùng loại hay khác loại?

• Đáp số: Nhiễm điện cùng loại (cùng dương hoặc cùng âm).

Câu 4: Làm thế nào để biết một chiếc thước nhựa có bị nhiễm điện hay không mà không cần dùng điện nghiệm?

• Hướng dẫn: Đưa thước nhựa lại gần các vật nhẹ như mẩu giấy vụn hoặc sợi tơ. Nếu thước hút chúng thì thước đã bị nhiễm điện.

Câu 5: Nêu cách phòng tránh sét đánh khi em đang ở ngoài đồng trống mà gặp cơn dông?

• Trả lời: Tuyệt đối không trú dưới gốc cây đơn độc, tránh xa các vật bằng kim loại (như xe đạp, cuốc xẻng), tìm chỗ thấp để ẩn nấp và không đứng thành nhóm đông người.

I – Dòng điện và nguồn điện

1. Dòng điện

• Định nghĩa: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện.
• Thí nghiệm minh chứng: Khi nối hai quả cầu của điện nghiệm A (đang tích điện) và điện nghiệm B (không tích điện) bằng một thanh kim loại, ta thấy các hạt mang điện dịch chuyển qua thanh kim loại làm hai lá của điện nghiệm B xoè ra. Ta nói đã có dòng điện chạy qua thanh kim loại đó.

2. Nguồn điện

• Vai trò: Để duy trì dòng điện lâu dài cho các thiết bị điện hoạt động, chúng ta cần có nguồn điện. Nguồn điện cung cấp năng lượng điện cho mạch điện.
• Đặc điểm: Mỗi nguồn điện thường có hai cực: cực dương (+) và cực âm (-).
• Các loại nguồn điện thường gặp: Pin, acquy, pin mặt trời, máy phát điện.

II – Vật dẫn điện và vật không dẫn điện

• Vật dẫn điện: Là vật cho dòng điện chạy qua. Các vật liệu dẫn điện thường gặp là các kim loại như đồng, nhôm, sắt, vàng, bạc hoặc ruột bút chì.
• Vật không dẫn điện (vật cách điện): Là vật không cho dòng điện chạy qua. Các vật liệu cách điện phổ biến là nhựa, thuỷ tinh, gỗ khô, sứ, cao su.

EM ĐÃ HỌC

• Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện.
• Nguồn điện có khả năng cung cấp năng lượng điện; pin và acquy là các nguồn điện phổ biến có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-).
• Vật dẫn điện cho dòng điện đi qua (ví dụ: kim loại); vật cách điện không cho dòng điện đi qua (ví dụ: sứ, nhựa, cao su).

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Sử dụng nguồn điện an toàn: Biết cách lắp đúng cực dương và cực âm của pin vào các thiết bị như điều khiển từ xa, đèn pin hay đồ chơi để chúng hoạt động được.
• Tự làm pin đơn giản tại nhà: Các em có thể tận dụng những vật liệu dễ kiếm như nửa quả chanh (có tính acid), một đoạn dây đồng và một mảnh kẽm cắm vào quả chanh để tạo thành một pin Volta đơn giản có thể làm sáng một đèn LED nhỏ.
• Giải thích cấu tạo dây điện: Hiểu tại sao lõi dây điện được làm bằng đồng (để dẫn điện tốt) còn vỏ ngoài lại bọc nhựa hoặc cao su (để cách điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng không bị điện giật).
• Lựa chọn dụng cụ sửa chữa: Khi cần sửa điện, chúng ta phải chọn các loại kìm, tua vít có tay cầm bọc nhựa dày để ngăn dòng điện truyền sang cơ thể.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Trong các vật sau: mảnh sứ, đoạn dây đồng, thước nhựa, đoạn dây chì, chén thuỷ tinh, vật nào là vật dẫn điện?

• Đáp số: Vật dẫn điện là: đoạn dây đồng và đoạn dây chì.

Câu 2: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các hạt nào?

• Giải thích: Trong kim loại, dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do (ngoài phạm vi nguồn nhưng dựa trên khái niệm hạt mang điện trong bài).

Câu 3: Tại sao khi dùng bút thử điện chạm vào vỏ nhựa của dây điện đang có điện, bóng đèn của bút không sáng?

• Giải thích: Vì vỏ nhựa là vật cách điện, nó không cho dòng điện từ lõi dây truyền qua để đi vào bút thử điện.

Câu 4: Pin Volta đầu tiên trên thế giới do nhà bác học Von-ta chế tạo gồm những thành phần gì?

• Trả lời: Gồm hai bản kim loại khác loại là đồng (Cu) và kẽm (Zn) nhúng trong dung dịch acid loãng.

Câu 5: Kể tên 2 thiết bị trong gia đình em sử dụng nguồn điện là acquy?

• Trả lời: Xe máy, ô tô, hoặc bộ lưu điện (UPS) cho máy tính.

Hình 21.2: Sử dụng mạch điện gồm pin và bóng đèn để nhận biết vật dẫn điện (đèn sáng) và vật cách điện (đèn không sáng).

I – Mạch điện và các bộ phận của mạch điện

1. Cấu tạo mạch điện Một mạch điện cơ bản bao gồm các thành phần chính sau:

• Nguồn điện: Pin, acquy... cung cấp năng lượng điện.
• Thiết bị tiêu thụ điện: Bóng đèn, động cơ điện, bếp điện, quạt điện, tivi... chuyển hoá điện năng thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, ánh sáng, cơ năng).
• Dây nối: Nối các thiết bị lại thành một mạch kín để dòng điện có thể chạy qua.
• Công tắc (Khóa K): Dùng để đóng hoặc ngắt dòng điện trong mạch.

2. Sơ đồ mạch điện và kí hiệu các bộ phận Để dễ dàng thiết kế và sửa chữa, người ta sử dụng sơ đồ mạch điện với các kí hiệu quy ước:

3. Chiều dòng điện Người ta quy ước chiều dòng điện trong mạch điện là chiều từ cực dương (+) của nguồn điện qua dây nối và các thiết bị điện tới cực âm (-) của nguồn điện.

II – Công dụng của một số thiết bị bảo vệ và hỗ trợ

Để đảm bảo an toàn và điều khiển mạch điện, chúng ta thường dùng thêm các thiết bị:

• Cầu chì (Fuse): Là một đoạn dây chì nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Khi dòng điện tăng đột ngột quá mức, dây chì sẽ nóng chảy và đứt, làm ngắt mạch điện để bảo vệ các thiết bị khác không bị hỏng.
• Cầu dao tự động (Aptomat/MCB): Có tác dụng tương tự cầu chì nhưng hiện đại hơn, nó tự động ngắt khi quá tải và có thể đóng lại sau khi đã kiểm tra xong sự cố.
• Rơle (Relay): Một công tắc điện từ dùng để đóng, ngắt mạch điện một cách tự động hoặc điều khiển mạch này thông qua mạch khác.
• Chuông điện: Thiết bị phát ra âm thanh khi có dòng điện chạy qua, dùng để làm tín hiệu báo động hoặc báo khách.

EM ĐÃ HỌC

• Mạch điện đơn giản gồm nguồn điện, dây nối, công tắc và các thiết bị tiêu thụ điện kết nối thành mạch kín.
• Quy ước chiều dòng điện là từ cực dương sang cực âm của nguồn điện qua mạch ngoài.
• Công dụng của cầu chì, cầu dao tự động, rơle trong việc bảo vệ mạch điện và chuông điện để phát tín hiệu âm thanh.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Nhận biết hệ thống điện gia đình: Em có thể quan sát bảng điện trong nhà để tìm vị trí cầu dao tự động (aptomat). Khi nhà bị chập điện, aptomat sẽ tự nhảy xuống để ngăn cháy nổ.
• Tự lắp đèn trang trí: Với pin và các đèn LED nhỏ, em có thể tự thiết kế sơ đồ và lắp ráp một mạch điện đơn giản để trang trí góc học tập.
• Tìm hiểu cấu tạo đèn pin: Tháo một chiếc đèn pin cầm tay để xem cách các viên pin, bóng đèn và công tắc được nối với nhau qua vỏ đèn (thường đóng vai trò dây dẫn).

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Vẽ sơ đồ mạch điện gồm: 1 pin, 1 bóng đèn, dây nối và 1 công tắc đang đóng. Đánh dấu chiều dòng điện bằng mũi tên trên sơ đồ đó?

• Hướng dẫn: Vẽ các kí hiệu tương ứng nối thành vòng kín. Mũi tên đi ra từ vạch dài (cực dương) của pin và đi vào vạch ngắn (cực âm).

Câu 2: Tại sao khi dòng điện trong mạch gia đình quá mạnh, cầu chì hoặc cầu dao tự động lại tự ngắt?

• Giải thích: Để bảo vệ các thiết bị điện quý giá và ngăn chặn nguy cơ cháy nổ do dây dẫn bị nóng lên quá mức khi dòng điện tăng cao (quá tải).

Câu 3: Trong sơ đồ mạch điện, nếu bóng đèn không sáng dù công tắc đã đóng, em cần kiểm tra những gì?

• Trả lời: Kiểm tra nguồn điện (pin còn hay hết), kiểm tra các đầu nối dây có bị lỏng không, kiểm tra bóng đèn có bị cháy tóc (đứt dây) không.

Câu 4: Điốt phát quang (LED) chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định. Nếu lắp ngược cực pin, đèn LED có sáng không?

• Trả lời: Đèn LED sẽ không sáng vì nó chỉ hoạt động khi dòng điện đi theo đúng chiều kí hiệu của nó.

Câu 5: Thiết bị nào sau đây dùng để đo hiệu điện thế trong mạch điện đơn giản? A. Ampe kế. B. Vôn kế. C. Cầu chì. D. Rơle.

• Đáp số: B. Vôn kế.

Hình 22.4 & 22.5: Hình ảnh thực tế của cầu chì ống và cầu dao tự động thường dùng trong kĩ thuật và gia đình.

I – Tác dụng nhiệt

• Khi có dòng điện chạy qua, vật dẫn sẽ nóng lên.
• Thí nghiệm: Khi đóng công tắc trong mạch điện có đoạn dây sắt mảnh, dây sắt nóng lên làm các mẩu giấy đặt trên đó bị cháy đứt và rơi xuống.
• Hiện tượng này chứng tỏ dòng điện có tác dụng nhiệt.

II – Tác dụng phát sáng

• Dòng điện không chỉ có tác dụng nhiệt mà còn có thể làm sáng các loại bóng đèn.
• Đèn LED (Điốt phát quang): Là một loại điốt chỉ cho dòng điện chạy qua và phát sáng khi cực dương của đèn nối với cực dương của nguồn và cực âm nối với cực âm của nguồn.
• Đèn LED rất tiết kiệm điện năng và có tuổi thọ cao so với đèn sợi đốt.

III – Tác dụng hoá học

• Dòng điện chạy qua dung dịch điện phân (như dung dịch muối copper(II) sulfate - $CuSO_4$) có thể làm tách các chất ra khỏi dung dịch và bám vào điện cực.
• Thí nghiệm: Sau khi cho dòng điện chạy qua dung dịch $CuSO_4$, thỏi than nối với cực âm của nguồn điện sẽ được phủ một lớp màu đỏ (kim loại đồng).
• Đây là dấu hiệu cho thấy dòng điện có tác dụng hoá học.

IV – Tác dụng sinh lí

• Dòng điện có thể chạy qua cơ thể người và động vật, gây ra các hiện tượng như co giật cơ, làm tim ngừng đập, ngạt thở hoặc tê liệt thần kinh.
• Dòng điện ở mạng điện gia đình (220 V) hoặc các trạm biến thế có thể gây nguy hiểm chết người nếu tiếp xúc trực tiếp.

EM ĐÃ HỌC

• Vật dẫn điện nóng lên khi có dòng điện chạy qua (tác dụng nhiệt).
• Dòng điện có thể làm đèn điện phát sáng (tác dụng phát sáng).
• Dòng điện chạy qua dung dịch điện phân để làm tách các chất (tác dụng hoá học).
• Dòng điện có tác dụng sinh lí khi đi qua cơ thể người và động vật.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Tiết kiệm điện: Sử dụng đèn LED thay thế đèn sợi đốt để chiếu sáng vì đèn LED tiêu thụ ít điện năng hơn và bền hơn.
• Làm đẹp và y học: Sử dụng đèn LED với ánh sáng thích hợp để làm trẻ hoá da, trị mụn trứng cá hoặc trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh.
• Mạ điện: Sử dụng tác dụng hoá học của dòng điện để mạ vàng, bạc lên các đồ trang sức hoặc mạ một lớp kim loại bảo vệ lên các bề mặt cần chống gỉ sét.
• Cấp cứu y tế: Sử dụng máy sốc điện (phóng dòng điện ngắn qua tim) để phục hồi lại nhịp tim bình thường cho bệnh nhân trong trường hợp tim ngừng đập.
• An toàn điện: Không lại gần dây điện rơi xuống mặt đường khi trời mưa gió vì nước mưa dẫn điện, có thể truyền dòng điện từ dây điện ra môi trường xung quanh gây nguy hiểm sinh mạng.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Hãy nêu ít nhất 3 thiết bị gia đình hoạt động dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện?

• Đáp số: Bàn là điện, bếp điện, nồi cơm điện.

Câu 2: Tại sao khi lắp đèn LED vào mạch điện, nếu đèn không sáng dù pin vẫn còn, ta nên thử đảo ngược hai đầu dây của đèn?

• Giải thích: Vì đèn LED chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định (đúng cực).

Câu 3: Mạ điện là ứng dụng dựa trên tác dụng nào của dòng điện?

• Đáp số: Tác dụng hoá học.

Câu 4: Nêu ví dụ về tác dụng phát sáng của dòng điện trong thực tế ngoài bóng đèn chiếu sáng thông thường?

• Ví dụ: Đèn báo ở các thiết bị điện (tivi, sạc pin), biển quảng cáo đèn LED.

Câu 5: Tại sao dòng điện có thể gây nguy hiểm nhưng lại được dùng để chữa bệnh trong y học?

• Giải thích: Do dòng điện có tác dụng sinh lí. Khi được sử dụng đúng liều lượng và kỹ thuật bởi các bác sĩ, dòng điện có thể kích thích cơ hoặc tim hoạt động trở lại.

• Hình 23.1: Thí nghiệm dùng dòng điện làm nóng dây sắt để đốt cháy mẩu giấy.

• Hình 23.4: Dòng điện đi qua dung dịch muối đồng làm đồng bám vào thỏi than cực âm.
• Hình 23.5: Sử dụng máy sốc điện ngoài lồng ngực để cấp cứu bệnh nhân ngừng tim.

I – Cường độ dòng điện

• Ý nghĩa: Số chỉ của ampe kế là giá trị của cường độ dòng điện, cho biết mức độ mạnh, yếu của dòng điện.
• Kí hiệu: Cường độ dòng điện được kí hiệu bằng chữ I.
• Đơn vị đo: Đơn vị chuẩn là ampe (A). Ngoài ra còn dùng đơn vị miliampe (mA).
  • Quy đổi: $1\ A = 1,000\ mA$.
• Dụng cụ đo: Dùng ampe kế. Trong sơ đồ mạch điện, ampe kế được kí hiệu là Ⓐ.

II – Hiệu điện thế

• Ý nghĩa: Khả năng sinh ra dòng điện của nguồn điện (pin, acquy...) được đo bằng hiệu điện thế (còn gọi là điện áp) giữa hai cực của nó.
• Kí hiệu: Hiệu điện thế được kí hiệu bằng chữ U.
• Đơn vị đo: Đơn vị chuẩn là vôn (V). Ngoài ra còn dùng đơn vị milivôn (mV) hoặc kilôvôn (kV).
  • Quy đổi: $1\ mV = 0,001\ V$; $1\ kV = 1,000\ V$.
• Dụng cụ đo: Dùng vôn kế. Trong sơ đồ mạch điện, vôn kế được kí hiệu là Ⓥ.

EM ĐÃ HỌC

• Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện, đo bằng ampe kế (đơn vị A, mA).
• Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện cho biết khả năng sinh ra dòng điện của nguồn đó, đo bằng vôn kế (đơn vị V, mV, kV).

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Sử dụng Ampe kế: Biết cách mắc nối tiếp ampe kế vào mạch điện để đo dòng điện chạy qua các thiết bị như bóng đèn, đảm bảo dòng điện không vượt quá mức cho phép gây cháy thiết bị.
• Sử dụng Vôn kế: Có thể dùng vôn kế để kiểm tra xem một viên pin cũ còn điện hay đã hết bằng cách đo hiệu điện thế giữa hai đầu cực của pin đó.
• An toàn điện: Hiểu rằng cơ thể người có thể chịu đựng được dòng điện dưới $10\ mA$ và hiệu điện thế dưới $40\ V$. Tại nhà, mạng điện có hiệu điện thế lên tới $220\ V$ là cực kì nguy hiểm, tuyệt đối không được tiếp xúc trực tiếp.
• Lựa chọn nguồn điện: Biết cách chọn pin có hiệu điện thế phù hợp (như pin $1,5\ V$, pin $9\ V$) cho các thiết bị điện tử trong gia đình.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Đổi các đơn vị sau: $0,35\ A = \dots\ mA$ và $220\ mV = \dots\ V$?

• Đáp số: $350\ mA$ và $0,22\ V$.

Câu 2: Khi sử dụng ampe kế để đo cường độ dòng điện, ta cần lưu ý điều gì về cách mắc để tránh làm hỏng dụng cụ?

• Trả lời: Không được mắc trực tiếp hai chốt của ampe kế vào hai cực của nguồn điện mà không có thiết bị tiêu thụ điện (như bóng đèn) ở giữa.

Câu 3: Trên vỏ một viên pin có ghi $9\ V$. Con số này cho biết điều gì?

• Giải thích: Con số đó cho biết giá trị hiệu điện thế giữa hai cực của viên pin khi chưa mắc vào mạch.

Câu 4: Để đo hiệu điện thế giữa hai đầu một bóng đèn đang sáng, ta mắc vôn kế như thế nào?

• Trả lời: Mắc song song vôn kế với bóng đèn cần đo.

Câu 5: Một ampe kế có giới hạn đo là $2\ A$. Có thể dùng ampe kế này để đo dòng điện có cường độ $2,500\ mA$ không? Tại sao?

• Giải thích: Không. Vì $2,500\ mA = 2,5\ A$, lớn hơn giới hạn đo ($2\ A$) của ampe kế, nếu đo sẽ làm hỏng thiết bị.

1. Hình 24.1: Sơ đồ cách mắc ampe kế nối tiếp trong mạch điện để đo cường độ dòng điện qua bóng đèn.
2. Hình 24.2: Sơ đồ cách mắc vôn kế song song để đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện hoặc thiết bị.

I – Nội dung thực hành

1. Đo cường độ dòng điện

• Cách mắc: Ampe kế được mắc nối tiếp vào mạch điện sao cho dòng điện đi vào chốt dương (+) và đi ra từ chốt âm (-) của ampe kế.
• Tiến hành:
  • Lắp mạch điện gồm nguồn điện (pin), công tắc, ampe kế và bóng đèn thành một vòng kín.
  • Đo giá trị cường độ dòng điện $I_1$ và $I_2$ tại hai vị trí khác nhau trong mạch để kiểm tra xem dòng điện có thay đổi hay không.
  • Thay đổi các nguồn điện khác nhau (1,5 V; 3 V; 6 V) để quan sát sự thay đổi của cường độ dòng điện.

2. Đo hiệu điện thế

• Cách mắc: Vôn kế được mắc song song với thiết bị cần đo hoặc hai cực của nguồn điện.
• Tiến hành:
  • Để đo hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn, nối hai chốt của vôn kế vào hai đầu bóng đèn sao cho chốt dương (+) nối về phía cực dương của nguồn.
  • Đọc giá trị $U$ trên vôn kế khi mạch kín và khi mạch hở.
  • So sánh hiệu điện thế của nguồn với hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn.

EM ĐÃ HỌC

• Để đo cường độ dòng điện, cần mắc ampe kế nối tiếp vào mạch sao cho dòng điện đi vào chốt dương và đi ra từ chốt âm của ampe kế.
• Để đo hiệu điện thế, cần nối hai cực vôn kế song song với hai cực của nguồn hoặc hai đầu của một thiết bị điện.
• Cần lựa chọn thang đo phù hợp (giới hạn đo phải lớn hơn giá trị dự kiến) khi sử dụng ampe kế và vôn kế để tránh làm hỏng dụng cụ.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Xác định trạng thái mạch điện: Thông qua việc đo cường độ dòng điện, em có thể xác định được mạch điện là kín hay hở. Nếu ampe kế chỉ giá trị bằng 0 khi công tắc đã đóng, chứng tỏ mạch đang bị hở ở một vị trí nào đó.
• Kiểm tra chất lượng pin: Sử dụng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa hai cực của viên pin. Nếu giá trị đo được thấp hơn nhiều so với giá trị ghi trên vỏ pin (ví dụ pin 1,5 V nhưng chỉ đo được 0,5 V), em biết được pin đã cũ hoặc hết điện và cần thay mới.
• Lựa chọn thiết bị phù hợp: Biết cách đo cường độ dòng điện giúp em chọn đúng loại cầu chì hoặc aptomat bảo vệ cho các thiết bị điện trong nhà, đảm bảo chúng không bị cháy khi dòng điện quá tải.
• Thiết kế mạch điện trang trí: Khi mắc nhiều bóng đèn LED nối tiếp hoặc song song, việc đo hiệu điện thế giúp em phân chia nguồn điện hợp lí để các đèn sáng đều và không bị cháy.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Một học sinh cho rằng: "Bóng đèn tiêu thụ dòng điện, do đó cường độ dòng điện sẽ giảm sau khi đi qua bóng đèn". Qua bài thực hành này, em có đồng ý với ý kiến đó không?

• Trả lời: Không đồng ý. Kết quả thực hành cho thấy cường độ dòng điện tại mọi vị trí trong mạch nối tiếp là như nhau ($I_1 = I_2$). Bóng đèn chỉ chuyển hoá năng lượng điện chứ không "làm mất" dòng điện.

Câu 2: Nếu em muốn đo hiệu điện thế của một bộ pin 9 V, em nên chọn vôn kế có giới hạn đo (GHĐ) nào sau đây là tốt nhất: 5 V; 10 V; 100 V?

• Đáp số: Chọn vôn kế 10 V. Vì GHĐ này lớn hơn 9 V một ít, giúp kết quả đo chính xác nhất và không làm hỏng vôn kế.

Câu 3: Tại sao khi đo hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn, nếu mạch hở (công tắc mở) thì vôn kế chỉ giá trị bằng 0, nhưng nếu đo trực tiếp hai cực của nguồn thì vôn kế vẫn có số chỉ?

• Giải thích: Khi mạch hở, không có dòng điện chạy qua bóng đèn nên hiệu điện thế giữa hai đầu đèn bằng 0. Trong khi đó, nguồn điện luôn duy trì một hiệu điện thế giữa hai cực của nó ngay cả khi chưa nối vào mạch.

Câu 4: Vẽ sơ đồ mạch điện gồm 1 nguồn pin, 1 bóng đèn, 1 công tắc và 1 ampe kế để đo cường độ dòng điện qua đèn?

• Hướng dẫn: Vẽ các linh kiện nối tiếp nhau thành một vòng kín. Chú ý kí hiệu ampe kế là Ⓐ và kí hiệu nguồn pin phải đúng cực (+, -).

Câu 5: Nêu hiện tượng xảy ra nếu em mắc ngược cực (chốt dương và âm) của ampe kế kim vào mạch điện?

• Trả lời: Kim của ampe kế sẽ quay ngược về phía dưới vạch số 0, có thể làm cong kim hoặc hỏng thiết bị đo.

• Hình 25.1: Sơ đồ mắc ampe kế nối tiếp với bóng đèn để đo cường độ dòng điện.
• Hình 25.2: Mô phỏng cách nối vôn kế song song với hai đầu bóng đèn trong mạch điện thực tế.
• Hình 25.3: Phân biệt sơ đồ mạch điện khi mắc hai bóng đèn nối tiếp (a) và mắc song song (b).

I – Một số tính chất của phân tử, nguyên tử

Để hiểu về năng lượng nhiệt, trước hết chúng ta cần nắm vững các tính chất cơ bản của các hạt cấu tạo nên vật chất:

• Chuyển động hỗn loạn: Các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn không ngừng.
• Mối quan hệ với nhiệt độ: Nhiệt độ của vật càng cao thì các phân tử, nguyên tử chuyển động càng nhanh.
• Lực tương tác: Giữa các phân tử, nguyên tử có lực hút và lực đẩy, gọi là lực tương tác phân tử.
• Thí nghiệm Brown (1827): Các hạt phấn hoa trong nước chuyển động không ngừng về mọi hướng do các phân tử nước chuyển động hỗn loạn va chạm vào chúng.

Hình 26.1: Chuyển động của phân tử ở nhiệt độ thấp (a) và nhiệt độ cao (b) Hình 26.1: Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động hỗn loạn nhanh hơn.

II – Khái niệm năng lượng nhiệt

• Định nghĩa: Năng lượng mà vật có được nhờ chuyển động nhiệt được gọi là năng lượng nhiệt.
• Đặc điểm: Mọi vật đều được cấu tạo từ các hạt chuyển động không ngừng, nên mọi vật đều có năng lượng nhiệt.
• Sự thay đổi: Khi làm tăng nhiệt độ của vật thì năng lượng nhiệt của vật tăng và ngược lại.

III – Khái niệm nội năng

Nội năng của một vật là một khái niệm rộng hơn, bao gồm hai thành phần chính của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật đó:

1. Động năng: Do các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng.
2. Thế năng: Do giữa các phân tử có lực tương tác (hút và đẩy).

$\rightarrow$ Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.

Sự tăng, giảm nội năng:

• Khi vật nhận thêm nhiệt lượng, các phân tử chuyển động nhanh lên làm động năng tăng, dẫn đến nội năng của vật tăng.
• Ví dụ: Thả quả cầu kim loại vào cốc nước nóng, quả cầu nhận thêm năng lượng nhiệt từ nước nên nội năng của quả cầu tăng.

EM ĐÃ HỌC

• Năng lượng nhiệt là năng lượng vật có được do chuyển động nhiệt.
• Nội năng của một vật là tổng động năng và thế năng của các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên vật.
• Khi một vật được làm nóng, các phân tử, nguyên tử của vật chuyển động nhanh lên và nội năng của vật tăng.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích hiện tượng xoa tay: Khi ta xoa hai bàn tay vào nhau, ta đang thực hiện công. Cơ năng chuyển hoá thành điện năng làm các phân tử ở da tay chuyển động nhanh lên, dẫn đến nội năng tăng và tay nóng lên.
• Giải thích sự khuếch tán mùi hương: Tại sao đứng xa ta vẫn ngửi thấy mùi thơm của hoa hay thức ăn? Đó là vì các phân tử hương thơm chuyển động hỗn loạn với tốc độ hàng trăm m/s, va chạm với các phân tử khí và lan toả khắp phòng.
• Đun nước: Khi đun nước, nhiệt độ nước tăng dần do nhận nhiệt lượng từ bếp, làm nội năng của nước tăng. Tuy nhiên, khi nước đã sôi, dù tiếp tục đun thì nhiệt độ không tăng vì nhiệt năng lúc này dùng để chuyển hoá nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao mọi vật đều có nội năng?

• Trả lời: Vì mọi vật đều được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử. Các hạt này luôn chuyển động (có động năng) và tương tác với nhau (có thế năng). Do đó, tổng của chúng (nội năng) luôn tồn tại.

Câu 2: So sánh năng lượng nhiệt của một cốc nước ở $20^\circ C$ và một cốc nước tương tự ở $80^\circ C$?

• Giải thích: Cốc nước ở $80^\circ C$ có năng lượng nhiệt lớn hơn vì ở nhiệt độ cao hơn, các phân tử nước chuyển động nhanh hơn, dẫn đến tổng động năng của chúng lớn hơn.

Câu 3: Khi thả một viên đá lạnh vào ly nước cam, nội năng của viên đá và nước cam thay đổi như thế nào?

• Trả lời: Nước cam truyền nhiệt cho viên đá, nên nội năng của nước cam giảm (nhiệt độ giảm). Viên đá nhận nhiệt nên nội năng của nó tăng (để tan chảy).

Câu 4: Trong hiện tượng Brown, tại sao các hạt phấn hoa lại chuyển động hỗn loạn không ngừng?

• Giải thích: Do các phân tử nước chuyển động hỗn loạn không ngừng va chạm vào các hạt phấn hoa từ mọi phía một cách không cân bằng.

Câu 5: Nội năng của vật phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây? A. Chỉ phụ thuộc nhiệt độ. B. Chỉ phụ thuộc thể tích. C. Phụ thuộc cả nhiệt độ và thể tích. D. Không phụ thuộc yếu tố nào.

• Đáp số: C. Phụ thuộc cả nhiệt độ và thể tích (Vì nhiệt độ ảnh hưởng đến động năng, thể tích ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các hạt – tức là thế năng).

I – Mục tiêu và Chuẩn bị

• Mục tiêu: Đo được năng lượng nhiệt mà vật (nước) nhận được khi bị đun nóng.
• Chuẩn bị dụng cụ:
  • Bình nhiệt lượng kế có dây đốt và que khuấy.
  • Nhiệt kế.
  • Joulemeter: Thiết bị dùng để đo năng lượng điện cung cấp (sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng).
  • Nguồn điện 12 V và dây nối.
  • Một lượng nước sạch.

II – Cách tiến hành

1. Lắp đặt: Đổ nước vào bình nhiệt lượng kế sao cho ngập dây đốt và đầu nhiệt kế.
2. Mắc mạch điện: Nối nguồn điện vào joulemeter, rồi từ joulemeter nối vào dây đốt của bình nhiệt lượng kế (theo Hình 27.2).
3. Đo đạc:
   • Ghi lại nhiệt độ ban đầu ($t_0$) của nước.
   • Bật nguồn, khuấy nhẹ nước và đọc giá trị năng lượng trên màn hình joulemeter khi nhiệt độ tăng thêm $3^\circ C, 6^\circ C, 9^\circ C$.
   • Ghi các số liệu vào bảng để so sánh.
4. Thí nghiệm mở rộng: Lặp lại các bước với một lượng nước khác để thấy sự thay đổi của năng lượng nhiệt cần thiết.

EM ĐÃ HỌC

• Cách sử dụng thiết bị joulemeter để đo năng lượng nhiệt mà một vật nhận được khi bị đun nóng.
• Hiểu được mối liên hệ giữa độ tăng nhiệt độ và năng lượng nhiệt cung cấp: Nhiệt độ tăng càng nhiều thì năng lượng nhiệt cần cung cấp càng lớn.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Tính toán năng lượng đun nấu: Em có thể tính được năng lượng nhiệt cần thiết để đun sôi một ấm nước ở nhà nếu biết khối lượng nước và độ tăng nhiệt độ.
• Hiểu về hóa đơn tiền điện: Các thiết bị đun nóng như bình nóng lạnh, ấm điện đều tiêu thụ điện năng để chuyển thành nhiệt năng. Việc đo bằng joulemeter giúp ta hiểu cách các thiết bị này "ngốn" điện như thế nào để làm nóng nước.
• Ứng dụng công thức tính nhiệt lượng: Từ kết quả thực hành, các em làm quen với công thức $Q = m \cdot c \cdot (t_2 - t_1)$. Trong đó $c$ là nhiệt dung riêng (của nước là $4180\ J/kg.K$), giúp các kỹ sư thiết kế các hệ thống sưởi ấm hoặc làm mát hiệu quả.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Từ kết quả thí nghiệm, hãy nhận xét về năng lượng nhiệt cần thiết để đun nóng nước khi lượng nước thay đổi?

• Trả lời: Khi lượng nước càng lớn, năng lượng nhiệt cần cung cấp để tăng cùng một độ nhiệt độ sẽ càng lớn.

Câu 2: Nếu nước từ $30^\circ C$ đun lên $33^\circ C$ tốn năng lượng là $E$, thì dự đoán đun từ $30^\circ C$ lên $36^\circ C$ tốn bao nhiêu năng lượng?

• Giải thích: Vì độ tăng nhiệt độ gấp đôi ($6^\circ C$ so với $3^\circ C$), nên năng lượng cần cung cấp sẽ xấp xỉ gấp đôi ($2E$).

Câu 3: Tại sao trong thí nghiệm cần phải khuấy nước liên tục?

• Giải thích: Để nhiệt lượng từ dây đốt tỏa ra được truyền đều khắp khối nước, giúp nhiệt kế đo được nhiệt độ trung bình chính xác của cả bình nước.

Câu 4: Tính năng lượng nhiệt cần để đun $1\ kg$ nước tăng thêm $10^\circ C$? (Biết nhiệt dung riêng của nước là $4180\ J/kg.K$)

• Giải: Áp dụng công thức $Q = m \cdot c \cdot \Delta t = 1 \cdot 4180 \cdot 10 = 41,800\ (J)$.

Câu 5: Nêu vai trò của James Prescott Joule trong lĩnh vực nhiệt học?

• Trả lời: Ông là người đầu tiên thiết lập mối quan hệ giữa công cơ học và nhiệt lượng, tên của ông được đặt cho đơn vị năng lượng (Joule - J).

• Hình 27.1: Các dụng cụ thí nghiệm đo năng lượng nhiệt Hình 27.1: Bộ dụng cụ gồm bình nhiệt lượng kế, joulemeter, nguồn điện và nhiệt kế.
• Hình 27.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo năng lượng nhiệt thực tế Hình 27.2: Cách kết nối các thiết bị để thực hiện phép đo.

Trong thực tế, năng lượng nhiệt có thể được truyền từ nơi này sang nơi khác thông qua 3 hình thức chính: Dẫn nhiệt, Đối lưu và Bức xạ nhiệt.

I – Dẫn nhiệt

• Khái niệm: Dẫn nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt trực tiếp từ các phân tử có động năng lớn hơn sang các phân tử có động năng nhỏ hơn thông qua va chạm.
• Đặc điểm:
  • Xảy ra chủ yếu trong chất rắn.
  • Kim loại dẫn nhiệt tốt nhất. Chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém.
  • Vật liệu cho năng lượng nhiệt truyền qua nhanh gọi là vật dẫn nhiệt tốt; ngược lại gọi là vật cách nhiệt tốt.

II – Đối lưu

• Khái niệm: Đối lưu là sự truyền năng lượng nhiệt bằng các dòng chất lưu (chất lỏng và chất khí) di chuyển từ vùng nóng hơn lên vùng lạnh hơn trong lòng chất lưu đó.
• Đặc điểm: Đây là hình thức truyền nhiệt chính của chất lỏng và chất khí.

III – Bức xạ nhiệt

• Khái niệm: Bức xạ nhiệt là sự truyền năng lượng nhiệt thông qua các tia nhiệt.
• Đặc điểm:
  • Tia nhiệt truyền thẳng, có thể truyền xuyên qua các vật chắn sáng hoặc truyền trong chân không.
  • Vật có bề mặt càng xù xì và càng sẫm màu thì hấp thụ tia nhiệt càng mạnh; bề mặt càng nhẵn và sáng màu thì phản xạ tia nhiệt càng mạnh.

EM ĐÃ HỌC

• Dẫn nhiệt: Truyền trực tiếp qua va chạm giữa các phân tử. Chất rắn dẫn nhiệt tốt, chất lỏng và chất khí dẫn nhiệt kém.
• Đối lưu: Truyền bằng các dòng chất lưu di chuyển từ nóng đến lạnh.
• Bức xạ nhiệt: Truyền qua tia nhiệt, có thể truyền trong chân không.
• Hiệu ứng nhà kính: Năng lượng nhiệt bị giữ lại bên trong một không gian (như nhà kính hoặc bầu khí quyển) do sự khác biệt về khả năng truyền qua của các loại tia nhiệt khác nhau.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Cấu tạo phích nước (bình thuỷ): Để giữ nước nóng lâu, phích nước kết hợp cả 3 cách chống mất nhiệt: vỏ nhựa (cách nhiệt), lớp chân không (ngăn dẫn nhiệt và đối lưu), mặt trong tráng bạc (phản xạ tia nhiệt để ngăn bức xạ nhiệt).
• Lựa chọn trang phục: Vào mùa hè, chúng ta nên mặc áo trắng hoặc sáng màu để phản xạ các tia nhiệt từ Mặt Trời tốt hơn, giúp cơ thể mát mẻ. Mùa đông mặc áo tối màu để hấp thụ nhiệt tốt hơn.
• Xây dựng nhà cửa: Nhà mái ngói thường mát hơn nhà mái tôn vì ngói là vật liệu cách nhiệt tốt hơn tôn, và có các khe hở giúp không khí đối lưu, đẩy khí nóng ra ngoài.
• Trồng trọt trong nhà kính: Sử dụng hiệu ứng nhà kính để giữ ấm cho cây trồng vào mùa đông hoặc ở những vùng khí hậu lạnh, giúp cây phát triển mạnh hơn.
• Lựa chọn dụng cụ bếp: Chảo được làm bằng kim loại để dẫn nhiệt nhanh giúp thức ăn chín đều, nhưng cán chảo thường làm bằng gỗ hoặc nhựa (vật cách nhiệt tốt) để bảo vệ tay người dùng không bị bỏng.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao về mùa đông, khi chạm tay vào tấm tôn ta thấy lạnh hơn khi chạm vào tấm gỗ dù nhiệt độ của chúng bằng nhau?

• Giải thích: Vì tôn dẫn nhiệt tốt hơn gỗ. Khi chạm tay vào tôn, nhiệt từ tay truyền nhanh sang tôn làm tay ta mất nhiệt đột ngột nên cảm thấy lạnh.

Câu 2: Hình thức truyền nhiệt nào có thể xảy ra trong môi trường chân không? Tại sao?

• Trả lời: Bức xạ nhiệt. Vì nó truyền bằng tia nhiệt, không cần các hạt vật chất làm trung gian như dẫn nhiệt hay đối lưu.

Câu 3: Tại sao các tấm pin năng lượng mặt trời thường có màu đen?

• Giải thích: Vì bề mặt sẫm màu có khả năng hấp thụ các tia bức xạ nhiệt từ Mặt Trời tốt hơn các màu sáng.

Câu 4: Để làm mát phòng nhanh bằng máy lạnh, người ta nên lắp máy lạnh ở vị trí cao hay thấp trong phòng? Vì sao?

• Giải thích: Nên lắp ở vị trí cao. Khi máy lạnh thổi ra khí lạnh (nặng hơn khí nóng), khí lạnh sẽ đi xuống dưới, đẩy khí nóng lên trên tạo thành dòng đối lưu, giúp làm mát toàn bộ căn phòng nhanh chóng.

Câu 5: Nêu vai trò của khí $CO_2$ trong hiện tượng hiệu ứng nhà kính của Trái Đất?

• Trả lời: Khí $CO_2$ đóng vai trò như một lớp kính, cho các tia nhiệt mạnh từ Mặt Trời đi qua nhưng ngăn cản các tia nhiệt yếu từ Trái Đất bức xạ ngược trở lại không gian, làm Trái Đất nóng dần lên.

I – Sự nở vì nhiệt của chất rắn

• Thí nghiệm: Khi đun nóng các thanh nhôm, đồng, sắt, chúng đều dài ra. Khi tắt đèn cồn, chúng nguội đi và co lại về vị trí cũ.
• Kết luận:
  • Các chất rắn nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
  • Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau (Nhôm nở nhiều nhất, rồi đến đồng và sắt).
• Băng kép: Gồm hai thanh kim loại khác nhau (ví dụ đồng và sắt) được tán chặt vào nhau. Khi bị đun nóng hoặc làm lạnh, do nở vì nhiệt khác nhau nên băng kép bị cong đi. Ứng dụng này dùng để đóng/ngắt tự động mạch điện.

II – Sự nở vì nhiệt của chất lỏng

• Thí nghiệm: Khi đặt bình chất lỏng vào nước nóng, mực chất lỏng trong ống thuỷ tinh dâng lên; khi đặt vào nước lạnh, mực chất lỏng hạ xuống.
• Kết luận:
  • Chất lỏng nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
  • Các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau (Rượu nở nhiều hơn dầu, dầu nở nhiều hơn nước).
• Lưu ý đặc biệt của nước: Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở $4^\circ C$. Từ $0^\circ C$ đến $4^\circ C$, khi nhiệt độ tăng thì nước lại co lại; chỉ từ $4^\circ C$ trở lên nước mới nở ra khi nóng lên. Nhờ đó, vào mùa đông ở xứ lạnh, lớp nước $4^\circ C$ nặng nhất nằm ở đáy hồ giúp sinh vật thuỷ sinh có thể sống được.

III – Sự nở vì nhiệt của chất khí

• Đặc điểm:
  • Chất khí nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
  • Các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau (khác với chất rắn và chất lỏng).
  • Chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng, chất lỏng nở vì nhiệt nhiều hơn chất rắn.

IV – Công dụng và tác hại

1. Công dụng:
   • Chế tạo khinh khí cầu: Khí nóng nở ra, trở nên nhẹ hơn không khí xung quanh và bay lên.
   • Ứng dụng băng kép trong các thiết bị tự động như: bàn là, nồi cơm điện, hệ thống báo cháy.
2. Tác hại:
   • Khi sự nở vì nhiệt bị ngăn cản, nó có thể gây ra những lực rất lớn làm biến dạng đường ray xe lửa, làm hỏng các ống dẫn khí hoặc gây nứt vỡ công trình.
   • Gây ra hiện tượng mực nước biển dâng cao do sự nở vì nhiệt của nước đại dương khi Trái Đất nóng lên.

EM ĐÃ HỌC

• Các chất đều nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi.
• Chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng, chất lỏng nở nhiều hơn chất rắn.
• Các chất rắn, lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau; các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

• Giải thích hiện tượng tháp Eiffel: Vào mùa hè, do nhiệt độ cao, thép cấu tạo nên tháp nở ra làm tháp cao thêm khoảng 10 cm so với mùa đông.
• An toàn khi đun nấu: Không nên đổ nước quá đầy ấm khi đun, vì khi nóng lên nước nở ra nhiều hơn ấm và có thể tràn ra ngoài gây tắt bếp hoặc chập điện.
• Kĩ thuật xây dựng: Các nhịp cầu hoặc đường ray xe lửa luôn có khe hở hoặc được đặt trên các con lăn để khi trời nóng, kim loại có không gian để nở ra mà không làm cong vẹo, gãy đổ công trình.

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Tại sao ở chỗ nối tiếp hai đầu thanh ray xe lửa lại phải có một khe hở?

• Giải thích: Để khi trời nóng, thanh ray dài ra (nở vì nhiệt) sẽ không bị ngăn cản, tránh việc các thanh ray đẩy nhau làm cong vẹo đường ray gây tai nạn.

Câu 2: So sánh sự nở vì nhiệt của chất khí, chất lỏng và chất rắn?

• Đáp số: Chất khí nở vì nhiệt nhiều nhất, sau đó đến chất lỏng, và chất rắn nở vì nhiệt ít nhất.

Câu 3: Tại sao khi rót nước quá nóng vào cốc thuỷ tinh dày thì cốc dễ bị nứt hơn cốc mỏng?

• Giải thích: Lớp thuỷ tinh bên trong tiếp xúc nước nóng nở ra nhanh chóng, trong khi lớp bên ngoài chưa kịp nóng nên chưa nở ra. Sự giãn nở không đồng đều này gây ra lực lớn làm vỡ cốc.

Câu 4: Băng kép hoạt động dựa trên nguyên lí nào?

• Trả lời: Hoạt động dựa trên nguyên lí các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, thanh này dài ra nhiều hơn thanh kia khiến băng kép bị uốn cong.

Câu 5: Hiện tượng "nước dâng do nhiệt" ảnh hưởng như thế nào đến môi trường toàn cầu?

• Trả lời: Khi khí hậu Trái Đất nóng lên, nước ở các đại dương nở ra làm mực nước biển dâng cao, dẫn đến xâm nhập mặn và thu hẹp diện tích đất đất ở các vùng ven biển.