Giáo án Bài 15. Áp suất trên một bề mặt

Huy động hiểu biết sẵn có của HS về tác dụng của lực khi diện tích tiếp xúc thay đổi; xác định vấn đề cần giải quyết trong bài.

GV đưa ra hai vật: đinh có đầu nhọn và đinh có đầu tù, đặt cùng trên một tấm gỗ mềm. GV hỏi: “Cùng một lực ấn xuống, đinh nào dễ đóng sâu vào gỗ hơn? Vì sao?” HS trả lời nhanh cá nhân, sau đó GV nêu nhiệm vụ: tìm hiểu đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng ép của lực lên một bề mặt.

HS nêu được dự đoán: đinh nhọn dễ đóng sâu hơn vì diện tích tiếp xúc nhỏ. HS ghi vào vở câu hỏi định hướng bài: “Tác dụng ép của lực lên bề mặt phụ thuộc vào những đại lượng nào và phụ thuộc như thế nào?”

Nêu được khái niệm áp lực và áp suất; viết được công thức $p = \dfrac{F}{S}$ và đơn vị pascal; tìm hiểu quy luật áp suất thay đổi khi diện tích thay đổi với cùng áp lực.

HS hoạt động theo nhóm 4 bằng Phiếu học tập số 1. Nhóm dùng mô phỏng 3D trên trang bài học NeoEdu: quay tay quay để vật nén 0,04 m² ép thẳng xuống khay cát, đọc số chỉ cảm biến lực, sau đó thay vật nén bằng mặt 0,08 m² rồi đầu nhỏ 0,01 m² với cùng áp lực 200 N, quan sát mức lún và ghi kết quả. Nhiệm vụ: (1) Mũi tên cam có phương như thế nào so với mặt cát? Đó là lực gì? (2) Tính áp suất trong ba trường hợp theo $p = \dfrac{F}{S}$. (3) Khi diện tích giảm, áp suất tăng hay giảm? Vết lún thay đổi thế nào?

Kết quả cần đạt trong Phiếu học tập số 1:

• Áp lực là lực ép vuông góc lên diện tích bị ép; mũi tên cam vuông góc với mặt cát.
• Với $F = 200$ N, $S = 0{,}04$ m²: $p = \dfrac{200}{0{,}04} = 5\,000$ Pa.
• Với $S = 0{,}08$ m²: $p = 2\,500$ Pa; vết lún nông hơn, bằng khoảng một nửa.
• Với $S = 0{,}01$ m²: $p = 20\,000$ Pa; vết lún sâu nhất.
• Kết luận HS rút ra: áp suất được tính bằng áp lực chia cho diện tích bị ép, đơn vị Pa bằng N/m²; với cùng áp lực, diện tích càng nhỏ thì áp suất càng lớn.

Phân biệt được áp lực, áp suất và phân bố lực; giải thích được vì sao diện tích lớn làm áp suất nhỏ và đây là cơ sở của tác dụng mũi nhọn.

HS làm việc theo cặp đôi. GV nêu ba khái niệm: áp lực, áp suất, phân bố lực. Cặp đôi hoàn thành bảng so sánh ba khái niệm theo các tiêu chí: bản chất, đại lượng, công thức (nếu có), ví dụ. Sau đó trả lời câu hỏi: “Cùng một lực, diện tích tiếp xúc càng nhỏ thì áp suất càng nhỏ đúng hay sai? Vì sao?”

Bảng so sánh HS hoàn thành:

• Áp lực: là lực ép vuông góc lên diện tích bị ép; là đại lượng lực, đơn vị niutơn (N); ví dụ: lực tay ấn đinh.
• Áp suất: là đại lượng cho biết mức độ tác dụng ép của áp lực lên một đơn vị diện tích; $p = \dfrac{F}{S}$, đơn vị Pa; ví dụ: áp suất đầu đinh lên gỗ.
• Phân bố lực: cùng một áp lực, khi diện tích bị ép lớn thì lực phân bố đều hơn, áp suất nhỏ.
  Kết luận: nhận định trên là sai vì theo $p = \dfrac{F}{S}$, với cùng $F$, $S$ càng nhỏ thì $p$ càng lớn; đây là cơ sở của tác dụng mũi nhọn.

Củng cố khái niệm áp lực, áp suất, phân bố lực; vận dụng công thức $p = \dfrac{F}{S}$ để tính áp suất và so sánh khi diện tích thay đổi.

HS làm bài tập cá nhân 4 phút (các câu 1, 2, 4 và 5 dưới dạng trắc nghiệm, đúng/sai và điền khuyết), sau đó đổi vở kiểm tra chéo và làm câu 6: “Áp lực 200 N trên 0,04 m². Tính p; nếu diện tích tăng gấp đôi thì sao?”. Bài tập tương tác có sẵn trên trang bài học NeoEdu có thể dùng để kiểm tra nhanh.

Đáp án:

1. A. Lực ép vuông góc diện tích bị ép.
2. B. $p = \dfrac{F}{S}$, đơn vị pascal bằng N/m².
3. Áp lực – lực ép vuông góc diện tích bị ép; áp suất – $p = \dfrac{F}{S}$, đơn vị pascal bằng N/m²; phân bố lực – cùng áp lực, diện tích lớn làm áp suất nhỏ.
4. Sai. Với cùng lực, diện tích nhỏ làm áp suất lớn.
5. Phân bố lực.
6. $p = \dfrac{200}{0{,}04} = 5\,000$ Pa; khi $S = 0{,}08$ m² thì $p = \dfrac{200}{0{,}08} = 2\,500$ Pa, tức áp suất giảm còn một nửa khi $F$ không đổi.

Vận dụng khái niệm áp suất để giải thích hiện tượng thực tế và đưa ra điều kiện sử dụng hợp lí; bác bỏ quan niệm sai về áp suất.

GV đặt tình huống: “Hai chiếc ba lô cùng đựng 6 kg sách. Quai của chiếc A rộng 5 cm, quai của chiếc B hẹp 1 cm. Vì sao vai đeo quai rộng đỡ đau hơn? Quai rộng có làm giảm áp lực lên vai không?” HS thảo luận cặp đôi, sau đó trình bày. Giao thêm bài về nhà: quan sát một vật dụng có mũi nhọn hoặc đế rộng quanh nhà và giải thích bằng áp suất.

HS nêu được: quai rộng làm tăng diện tích tiếp xúc với vai, với cùng áp lực (trọng lượng sách) nên áp suất trung bình lên vai giảm, vai đỡ đau hơn. Quai rộng không làm giảm áp lực mà chỉ làm giảm áp suất. Điều kiện: vẫn phải mang tải phù hợp, không coi quai rộng là cho phép mang quá tải. Sản phẩm HS ghi vào vở: “Tăng diện tích tiếp xúc làm giảm áp suất trung bình; vẫn phải mang tải phù hợp.”