Giải bài tập Vật lý 10 bài 37: Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

A/ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI SGK VẬT LÝ 10 TRANG 202, 203
1. Mô tả hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng. Nói rõ phương chiều của lực căng mặt ngoài.
Trả lời
Hiện tượng: xảy ra ở mặt ngoài của chất lỏng. Bề mặt của chất lỏng có xu hướng co lại, giống như một màng mỏng đàn hồi bị căng ra có xu hướng co lại. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng căng mặt ngoài như hình 37,1. Ví dụ mặt thoáng của giọt sương đọng trên lá cây là một mặt cong.

Lực căng mặt ngoài của chất lỏng: có phương tiếp tuyến với mặt thoáng và vuông góc với đường giới hạn của mặt thoáng, có chiều sao cho tác dụng của lực này làm giảm diện tích mặt thoáng và có độ lớn F:
F =
Trong đó là hệ số căng mặt ngoài có độ lớn phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của chất lỏng.
l = độ dài của tổng chu vi các đường giới hạn mặt thoáng của chất lỏng.

2. Trình bày thí nghiệm xác định lực căng mặt ngoài của chất lỏng theo phương pháp bứt vòng kim loại ra khỏi mặt thoáng của chất lỏng đó.
Trả lời

Nhúng một vòng kim loại vào trong một cốc nước và bố trí thí nghiệm như hình 37,2. Lực căng mặt ngoài của nước được xác định bằng cách tăng dần khối lượng của các quả cân ở đĩa cân còn lại cho đến khi cân ở vị trí cân bằng.

3. Viết công thức xác định lực căng mật ngoài của chất lỏng. Hệ số căng mặt ngoài phụ thuộc những yếu tố nào của chất lỏng?
Trả lời
F =
Trong đó là hệ số căng mặt ngoài có độ lớn phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của chất lỏng.

4. Mô tả hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt chất lỏng. Mặt thoáng của chất lỏng có hình dạng như thế nào khi chất lỏng dính ướt thành bình?
Trả lời
Mặt thoáng của chất lỏng ở sát thành bình có dạng mặt khum lõm khi thành bình bị dính ướt và có dạng mặt khum lồi khi thành bình không bị dính ướt.

5. Mô tả hiện tượng mao dẫn. Viết công thức tính độ dâng cao của chất lỏng trong ống mao dẫn khi thành ống bị dính ướt hoàn toàn.
Trả lời
Hiện tượng: hình 37.3

Hiện tượng mức chất lỏng trong các ống dâng cao hoặc hạ thấp hơn mặt thoáng của chất lỏng bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn.

6. Câu nào dưới đây là không đúng khi nói về lực căng mặt ngoài của chất lỏng?
A. Lực căng mặt ngoài có phương tiếp tuyến với mặt thoáng của chất lỏng và vuông góc với đường giới hạn của mặt thoáng đó.
B. Lực căng mặt ngoài có phương vuông góc với diện tích mặt thoáng chất lỏng.
C. Hệ số căng mặt ngoài có giá trị bằng lực căng mặt ngoài tác dụng lên mỗi đơn vị độ dài của đường giới hạn mặt thoáng chất lỏng.
D. Lực căng mặt ngoài có độ lớn tỉ lệ với độ dài của đường giới hạn mặt thoáng của chất lỏng.
Đáp án: B

7. Tại sao chiếc kim khâu có thể nổi tren mặt nước khi đặt nằm ngang như hình 37,4?

A. Vì chiếc kim không bị dính ướt nước.
B. Vì trọng lượng của chiếc kim nhỏ.
C. Vì trọng lượng của chiếc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực đẩy Ác-si-mét.
D. Vì áp suất do trọng tượng của chiếc kim đè lên mặt nước khí nằm ngang không thắng nổi lực căng mặt ngoài của nước.
Đáp án: D

8. 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 mặt thoáng của nước ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm.
B. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt, nên mặt thoáng của thủy ngân ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lồi.
C. Mặt vật rắn bị chất lỏng dính ướt do lực hút giữa các phân tử chất lỏng mạnh hơn so với lực hút giữa các phân tử vật rắn tác dụng lên các phân tử chất lỏng.
D. Mặt vật rắn bị chất lỏng dính ướt do lực hút giữa các phân tử chất lỏng yếu hơn so với lực hút giữa các phân tử vật rắn tác dụng lên các phần tử chất lỏng.
Đáp án: C

9. Tại sao nước mưa không chảy qua được 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 hiện tượng căng mặt ngoài của nước ngăn cản không cho nước chảy qua các lỗ nhỏ cua tấm bạt.
D. Vì hiện tượng mao dẫn ngăn cản không cho nước thấm qua các lỗ trên tấm bạt;
Đáp án: C

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 khỏng nên do hiện tượng căng mặt ngoài, mặt thoáng của giọt dầu co lại đến diện tích nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu.
B. Vì giọt dầu không chịu tác dụng của lực nào cả nên do hiện tượng càng mặt ngoài, mặt thoáng của giọt dầu co lại đến diện tích nhỏ nhát ứng với diện tích mặt cầu.
C. Vì giọt dầu không bị dung dịch rượu làm dính ướt nên không bị chìm mà nằm lơ lửng trong dung dịch.
D. Vì lực căng mặt ngoài của dầu lớn hơn lực căng mặt ngoài của dung dịch rượu nên không bị chìm mà nằm lơ lửng trong dung dịch cồn.

11. Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44 mm và đường kính trong là 40 mm. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi mặt thoáng của glyxêrin ở 20°C là 17,2 mN. Tính hệ số căng mặt ngoài của glyxêrin ở nhiệt độ này.
Hướng dẫn giải
Áp dựng công thức:
F = π (d₁ + d₂)
= = 6,52.10^-2 N/m
Đáp số: = 6,52.10^-2 N/m

12. Một màng xà phòng được căng trên mặt một 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 như hình 37.5. Tính trọng lượng P của đoạn dây ab để nó nằm cân bằng, màng xà phòng có hệ số căng mặt ngoài  = 0,040 N/m.

Hướng dẫn giải:
Để đoạn dây ab nằm cân bằng ta có:
+ = 0
=> P = F = 2ab  = 2 . 0,05 . 0,040 = 4,0.10^-3 N
Đáp số: P = 4,0.10^-3 N

B/ BÀI TẬP LUYỆN TẬP
3. Nhúng vào nước một ống thủy tinh có bán kính trong là 0,15 mm, Tính độ dảng của mức nước trong ống. Biết nước có trọng lượng riêng là 9800 N/m³ và hệ số căng mặt ngoài là 72,5.10^-3 N/m.
Giải:
Độ dâng lên của mức nước trong ống được tính theo công thức:
h = = =  ≈ 0,0986 m = 9.86 m
Đáp số: h =9,86 m

4. Để xác định hệ số căng mặt ngoài của nước, người ta nhúng vào nước hai ống thủy tinh có đường kính trong lần lượt là 0,7 mm và 0,9 mm. Độ chênh lệch của cột nước dâng lên trong hai ống là 9,5 mm. Hãy xác định hệ số căng mặt ngoài của nước trong thí nghiệm này. Trọng lượng riêng của nước là 9800 N/m³
Giải:
Độ dâng của cột chất lỏng trong hai ống là:
h₁ = và h₂ =  
Độ chênh lệch giữa hai cột chất lỏng:
∆h =
=> = = = 7,3.10^-2 N/m
Đáp số: = 7,3.10^-2 N/m

5. Cắm thẳng đứng hai ống mao dẫn bằng thủy tinh vào chậu nước. Bán kính trong của ống thứ nhất là 0,5 mm, ống thứ hai là 0,75 mm. Thủy tinh bị dính ướt hoàn toàn. Hỏi mức nước dâng lên trong ống nào cao hơn và cao hơn bao nhiêu? Nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m³ và hệ số căng mặt ngoài là 72,5.10^-3 N/m.
Giải
Độ dâng của nước trong ống thứ nhất:
h₁ = =  =  = 0,029 m = 29 mm
Độ dâng của nước trong ống thứ hai:
H₂ =  =  =  = 0,019m =19 mm
Vậy mức nước dâng lên trong ống thứ nhất cao hơn ống thứ hai là:
∆h = h₁ – h₂ = 10 mm
Đáp số: ∆h = h₁ – h₂ = 10 mm

6. Nhúng vào nước một ống thủy tinh có bán kính trong là r. Người ta đo được độ dâng của mức nước trong ống là 4 cm. Hãy tính bán kính trong của ống biết nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m³ và hệ số căng mặt ngoài là 72,5.10^-3 N/m.
Giải
Độ dâng lên của mức nước trong ống được tính theo công thức:
h = =
Bán kính trong của ống là:
r = = = 0,3625.10^-3 (m) = 0,3625mm
Đáp số: h = 0,3625 mm