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 ρnước=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 pabs=patm+ρgh. Lực đẩy Ác-si-mét bằng trọng lượng chất lỏng bị chiếm chỗ.
Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn
- 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
- 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.
- 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.
- Câu 4. Tỉ số A2/A1 là: A. 50. B. 5 C. 10 D. 25
- 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
- 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.
- Câu 7. Trọng lượng khối lập phương là: A. 3 N B. 30 N C. 10 N D. 40 N.
- 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.
- 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.
- Câu 10. Đơn vị áp suất SI là: A. N·m B. kg/m³ C. J/s. D. Pa=N/m²
- 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.
- 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
- Câu 13. Khối lượng riêng có đơn vị: A. kg/m³ B. N/m² C. N·m D. kg·m/s.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- Với cùng chất lỏng đứng yên và cùng độ sâu, áp suất dư không phụ thuộc hình dạng bình chứa.
- Áp suất tuyệt đối bằng áp suất dư cộng áp suất khí quyển theo dữ kiện.
- Ở cùng độ sâu trong cùng chất lỏng đứng yên, áp suất dư phụ thuộc hướng của mặt nhận lực.
- 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
- Áp suất trên piston nhỏ là 200 kPa.
- Áp suất truyền trong chất lỏng kín theo nguyên lí Pascal.
- Lực piston lớn trong mô hình lí tưởng là 5 000 N.
- Máy nén tạo năng lượng miễn phí vì lực đầu ra lớn hơn lực đầu vào.
Câu 3. Lực đẩy và vật nổi
- 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.
- Trọng lượng khối là 30 N.
- Khi chìm hoàn toàn, hợp lực ban đầu hướng xuống 10 N.
- Khi nổi cân bằng, lực đẩy bằng trọng lượng.
Câu 4. Mô hình và đơn vị
- 1 cm²=10−4 m².
- kPa là đơn vị nhỏ hơn Pa.
- Khối lượng riêng nước được cho trong đề là 1 000 kg/m³.
- Kết quả máy nén lí tưởng bỏ qua ma sát và chênh lệch độ cao như đề đã nêu.
Phần III. Trả lời ngắn
- Câu 1: Tính chênh lệch áp suất dư giữa hai điểm trong nước ở độ sâu 2,0 m và 3,5 m (kPa).
- Câu 2: Áp suất tuyệt đối tại một điểm trong nước là 160 kPa. Lấy patm=100 kPa, ρ=1 000 kg/m³, g=10 m/s². Tính độ sâu của điểm đó (m).
- Câu 3: Nếu lực tác dụng lên piston nhỏ là 80 N, tính lực lí tưởng trên piston lớn (N).
- Câu 4: Một vật chìm trong nước làm chiếm chỗ 0,0025 m³. Tính lực đẩy Ác-si-mét (N).
- 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)?
- 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
- Câu 1. D. Với chất lỏng đồng nhất đứng yên, áp suất dư p=ρgh.
- Câu 2. B. p=1 000×10×2=20 000 Pa=20 kPa.
- Câu 3. A. Cộng áp suất khí quyển: pabs=100+20=120 kPa.
- Câu 4. A. Chia diện tích piston lớn cho piston nhỏ: A₂/A₁=250/5=50.
- Câu 5. D. Cân bằng áp suất: F2/A2=F1/A1, nên F2=100×50=5 000 N.
- Câu 6. B. FB=ρgV=1 000×10×0,0040=40 N.
- Câu 7. B. Trọng lượng khối là P=mg=3,0 kg×10 m/s²=30 N.
- Câu 8. D. Khi chìm hoàn toàn, hợp lực ban đầu=40−30=10 N hướng lên.
- Câu 9. C. Khi nổi cân bằng, ρnướcgVchìm=mg; Vchìm=m/ρ=3/1 000=0,0030 m³.
- Câu 10. D. Pascal bằng N/m²; kg/m³ là đơn vị khối lượng riêng.
- Câu 11. A. p=ρgh nên khi h tăng gấp đôi, p dư tăng gấp đôi nếu ρ và g không đổi.
- 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.
- Câu 13. A. Khối lượng riêng là khối lượng chia thể tích, đơn vị kg/m³.
- Câu 14. C. Áp suất là đại lượng vô hướng; lực do áp suất tác dụng vuông góc mặt tiếp xúc.
- Câu 15. A. Vật nổi đứng yên cân bằng nên lực đẩy hướng lên bằng trọng lượng hướng xuống.
- Câu 16. B. (0,01 m)²=0,0001 m²=10−4 m².
- Câu 17. C. A1=5×10−4 m²; p=F/A=100/(5×10−4)=200 000 Pa.
- 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
- 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.
- 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.
- 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, FA=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.
- 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
- 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.
- Câu 2: pg=pabs−patm=160−100=60 kPa=60 000 Pa. Từ pg=ρgh, h=60 000/(1 000×10)=6,0 m.
- Câu 3: Theo Pascal, lực tỉ lệ với diện tích: F2=80×(250/5)=4 000 N.
- Câu 4: FB=ρgV=1 000×10×0,0025=25 N.
- Câu 5: Fnhỏ=Flớn/50=6 000/50=120 N.
- Câu 6: Vchiếm 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.
