Đề ôn tập Vật lí số 16: Áp suất chất lỏng, máy nén thủy lực và lực đẩy

Đề tự biên soạn, không phải đề thi chính thức. Lấy ρ_nước=1 000 kg/m³, g=10 m/s², áp suất khí quyển 100 kPa. Máy nén có hai piston diện tích A₁=5,0 cm² và A₂=250 cm², lực ấn lên piston nhỏ 100 N; bỏ qua ma sát và chênh lệch độ cao. Một khối lập phương thể tích 0,0040 m³, khối lượng 3,0 kg, đặt chìm hoàn toàn trong nước rồi được thả ra.

Dùng áp suất dư p=ρgh; áp suất tuyệt đối trong nước hở p_abs=p_atm+ρgh. Lực đẩy Ác-si-mét bằng trọng lượng chất lỏng bị chiếm chỗ.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Áp suất dư của chất lỏng đứng yên ở độ sâu h là: A. ρg/h   B. gh/ρ   C. ρh/g.   D. ρgh
2. Câu 2. Áp suất dư của nước ở độ sâu 2,0 m là: A. 2 kPa   B. 20 kPa   C. 100 kPa   D. 200 kPa.
3. Câu 3. Áp suất tuyệt đối tại độ sâu 2,0 m gần bằng: A. 120 kPa   B. 20 kPa   C. 80 kPa   D. 200 kPa.
4. Câu 4. Tỉ số A₂/A₁ là: A. 50.   B. 5   C. 10   D. 25
5. Câu 5. Lực nâng lí tưởng trên piston lớn là: A. 2 500 N   B. 500 N   C. 50 000 N.   D. 5 000 N
6. Câu 6. Lực đẩy lên khối lập phương khi chìm hoàn toàn trong nước là: A. 4 N   B. 40 N   C. 30 N   D. 400 N.
7. Câu 7. Trọng lượng khối lập phương là: A. 3 N   B. 30 N   C. 10 N   D. 40 N.
8. Câu 8. Khi khối lập phương đang chìm hoàn toàn và được thả, hợp lực ban đầu hướng lên có độ lớn: A. 70 N   B. 40 N   C. 30 N   D. 10 N.
9. Câu 9. Khi khối nổi cân bằng, thể tích nước bị chiếm chỗ là: A. 0,0040 m³   B. 0,0010 m³   C. 0,0030 m³   D. 0,0070 m³.
10. Câu 10. Đơn vị áp suất SI là: A. N·m   B. kg/m³   C. J/s.   D. Pa=N/m²
11. Câu 11. Nếu độ sâu trong cùng chất lỏng tăng gấp đôi, áp suất dư: A. tăng gấp đôi   B. giảm một nửa   C. không đổi   D. tăng gấp bốn.
12. Câu 12. Nguyên lí Pascal cho biết độ tăng áp suất tác dụng lên chất lỏng kín được truyền: A. chỉ xuống đáy   B. không suy giảm đến các phần chất lỏng và thành bình.   C. chỉ lên mặt thoáng   D. chỉ theo chiều lực ấn
13. Câu 13. Khối lượng riêng có đơn vị: A. kg/m³   B. N/m²   C. N·m   D. kg·m/s.
14. Câu 14. Áp suất tại một điểm trong chất lỏng là đại lượng: A. có hướng lên   B. luôn bằng 0   C. vô hướng   D. chỉ có phương ngang.
15. Câu 15. Nếu khối nổi cân bằng, lực đẩy Ác-si-mét: A. bằng trọng lượng vật   B. nhỏ hơn trọng lượng   C. bằng không   D. lớn gấp đôi trọng lượng.
16. Câu 16. Khi đổi diện tích piston từ cm² sang m², cần nhớ 1 cm² bằng: A. 10⁻² m²   B. 10⁻⁴ m².   C. 10⁻³ m²   D. 10⁻¹ m²
17. Câu 17. Áp suất tác dụng lên piston nhỏ là: A. 20 000 Pa   B. 2 000 Pa   C. 200 000 Pa   D. 500 000 Pa.
18. Câu 18. Với vật đồng chất nổi cân bằng trong nước, nếu khối lượng riêng trung bình của vật nhỏ hơn nước thì vật thường: A. chìm hoàn toàn   B. không chịu lực đẩy   C. nổi một phần   D. có trọng lượng bằng không.

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Áp suất thủy tĩnh

1. Với cùng chất lỏng đứng yên và cùng độ sâu, áp suất dư không phụ thuộc hình dạng bình chứa.
2. Áp suất tuyệt đối bằng áp suất dư cộng áp suất khí quyển theo dữ kiện.
3. Ở cùng độ sâu trong cùng chất lỏng đứng yên, áp suất dư phụ thuộc hướng của mặt nhận lực.
4. Áp suất dư tăng tuyến tính theo độ sâu trong mô hình chất lỏng có khối lượng riêng không đổi.

Câu 2. Máy nén thủy lực

1. Áp suất trên piston nhỏ là 200 kPa.
2. Áp suất truyền trong chất lỏng kín theo nguyên lí Pascal.
3. Lực piston lớn trong mô hình lí tưởng là 5 000 N.
4. Máy nén tạo năng lượng miễn phí vì lực đầu ra lớn hơn lực đầu vào.

Câu 3. Lực đẩy và vật nổi

1. Trong mô hình nước có khối lượng riêng không đổi, khi khối lập phương vẫn chìm hoàn toàn được chuyển đến độ sâu khác, lực đẩy Ác-si-mét không đổi.
2. Trọng lượng khối là 30 N.
3. Khi chìm hoàn toàn, hợp lực ban đầu hướng xuống 10 N.
4. Khi nổi cân bằng, lực đẩy bằng trọng lượng.

Câu 4. Mô hình và đơn vị

1. 1 cm²=10⁻⁴ m².
2. kPa là đơn vị nhỏ hơn Pa.
3. Khối lượng riêng nước được cho trong đề là 1 000 kg/m³.
4. Kết quả máy nén lí tưởng bỏ qua ma sát và chênh lệch độ cao như đề đã nêu.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tính chênh lệch áp suất dư giữa hai điểm trong nước ở độ sâu 2,0 m và 3,5 m (kPa).
2. Câu 2: Áp suất tuyệt đối tại một điểm trong nước là 160 kPa. Lấy p_atm=100 kPa, ρ=1 000 kg/m³, g=10 m/s². Tính độ sâu của điểm đó (m).
3. Câu 3: Nếu lực tác dụng lên piston nhỏ là 80 N, tính lực lí tưởng trên piston lớn (N).
4. Câu 4: Một vật chìm trong nước làm chiếm chỗ 0,0025 m³. Tính lực đẩy Ác-si-mét (N).
5. Câu 5: Máy nén có tỉ số diện tích 50:1. Muốn tạo lực ra 6 000 N, cần tác dụng lực bao nhiêu lên piston nhỏ (N)?
6. Câu 6: Một vật khối lượng 2,4 kg nổi cân bằng trong nước. Tính thể tích nước bị vật chiếm chỗ (m³).

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. D. Với chất lỏng đồng nhất đứng yên, áp suất dư p=ρgh.
2. Câu 2. B. p=1 000×10×2=20 000 Pa=20 kPa.
3. Câu 3. A. Cộng áp suất khí quyển: p_abs=100+20=120 kPa.
4. Câu 4. A. Chia diện tích piston lớn cho piston nhỏ: A₂/A₁=250/5=50.
5. Câu 5. D. Cân bằng áp suất: F₂/A₂=F₁/A₁, nên F₂=100×50=5 000 N.
6. Câu 6. B. F_B=ρgV=1 000×10×0,0040=40 N.
7. Câu 7. B. Trọng lượng khối là P=mg=3,0 kg×10 m/s²=30 N.
8. Câu 8. D. Khi chìm hoàn toàn, hợp lực ban đầu=40−30=10 N hướng lên.
9. Câu 9. C. Khi nổi cân bằng, ρnướcgVchìm=mg; Vchìm=m/ρ=3/1 000=0,0030 m³.
10. Câu 10. D. Pascal bằng N/m²; kg/m³ là đơn vị khối lượng riêng.
11. Câu 11. A. p=ρgh nên khi h tăng gấp đôi, p dư tăng gấp đôi nếu ρ và g không đổi.
12. Câu 12. B. Trong chất lỏng kín, phần tăng áp suất truyền không suy giảm đến mọi phần chất lỏng và thành bình theo mô hình Pascal.
13. Câu 13. A. Khối lượng riêng là khối lượng chia thể tích, đơn vị kg/m³.
14. Câu 14. C. Áp suất là đại lượng vô hướng; lực do áp suất tác dụng vuông góc mặt tiếp xúc.
15. Câu 15. A. Vật nổi đứng yên cân bằng nên lực đẩy hướng lên bằng trọng lượng hướng xuống.
16. Câu 16. B. (0,01 m)²=0,0001 m²=10⁻⁴ m².
17. Câu 17. C. A₁=5×10⁻⁴ m²; p=F/A=100/(5×10⁻⁴)=200 000 Pa.
18. Câu 18. C. Vật có khối lượng riêng trung bình nhỏ hơn chất lỏng có thể nổi một phần đến khi lực đẩy cân bằng trọng lượng.

Phần II

1. Câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. Theo p=ρgh, ở cùng chất lỏng và độ sâu thì áp suất không phụ thuộc hình dạng bình; áp suất tại điểm là đẳng hướng, còn lực tác dụng lên mặt có phương vuông góc mặt đó.
2. Câu 2: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Máy khuếch đại lực nhưng đổi lại piston lớn dịch chuyển quãng ngắn hơn; không tạo năng lượng.
3. Câu 3: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. Với khối chìm hoàn toàn, V chất lỏng bị chiếm chỗ bằng thể tích khối; trong nước coi như không nén được, F_A=ρgV không phụ thuộc độ sâu. Khi khối được thả, hợp lực 40−30=10 N hướng lên; khi nổi ổn định lực đẩy cân bằng trọng lượng.
4. Câu 4: a) Đúng; b) Sai; c) Đúng; d) Đúng. kPa bằng 1 000 Pa; các kết quả máy nén dựa trên giả thiết lí tưởng nêu đầu đề.

Phần III

1. Câu 1: Δp=ρgΔh=1 000×10×(3,5−2,0)=15 000 Pa=15 kPa. Áp suất khí quyển triệt tiêu khi lấy hiệu giữa hai điểm trong cùng chất lỏng.
2. Câu 2: p_g=p_abs−p_atm=160−100=60 kPa=60 000 Pa. Từ p_g=ρgh, h=60 000/(1 000×10)=6,0 m.
3. Câu 3: Theo Pascal, lực tỉ lệ với diện tích: F₂=80×(250/5)=4 000 N.
4. Câu 4: F_B=ρgV=1 000×10×0,0025=25 N.
5. Câu 5: F_nhỏ=F_lớn/50=6 000/50=120 N.
6. Câu 6: V_{chiếm chỗ}=m/ρ=2,4/1 000=0,0024 m³.

Tài liệu tham chiếu và phạm vi kiểm chứng

• OpenStax, College Physics, 11.7: Archimedes’ Principle — lực đẩy bằng trọng lượng chất lỏng bị chiếm chỗ.
• OpenStax, College Physics for AP Courses, 11.5: Pascal’s Principle — truyền độ tăng áp suất trong chất lỏng kín và máy thủy lực.
• OpenStax, 11.6: Gauge and Absolute Pressure — phân biệt áp suất dư và áp suất tuyệt đối.
• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT từ năm 2025 — dạng thức câu hỏi.

Áp suất dư và tuyệt đối, tỉ số diện tích, lực đẩy và thể tích chìm đã được tính riêng; mô hình thủy lực lí tưởng bỏ qua tổn hao như đề nêu. Đề còn chờ giáo viên Vật lí thẩm định độc lập.