HocKhaThư viện lời giải bài tập

Giải Công Nghệ 10 trang 132

Lời giải chi tiết SGK Lớp 10 · Môn CĂ´ng Nghệ · Trang 132–133

⚠️ Lưu ý: Hai trang sách trong hình thực tế đánh số 132 và 133 (không phải 133 – 134). Nội dung thuộc Bài 22 – Dự án thiết kế sản phẩm lọc nước, là bài học theo định hướng dự án/STEM. Phần lớn nội dung là hướng dẫn quy trình thiết kế chứ không phải bài tập tính toán. Các "câu hỏi" thực sự nằm ở mục 3 – Yêu cầu đối với sản phẩm thiết kế: đây là bộ câu hỏi định hướng mà nhóm học sinh phải trả lời khi thiết kế sản phẩm. Tôi sẽ giải đáp đầy đủ các câu hỏi này.

🔍 Kiến thức cần nhớ

Quy trình thiết kế kĩ thuật một sản phẩm lọc nước gồm các bước:

  1. Xác định nhu cầu, vấn đề cần giải quyết.
  2. Tìm hiểu nguồn nước, vật liệu lọc và thiết bị đo.
  3. Đề ra yêu cầu kĩ thuật cho sản phẩm.
  4. Đề xuất, đánh giá, lựa chọn giải pháp (động não + kĩ thuật PMI).
  5. Trình bày và đánh giá ý tưởng (bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp).
  6. Xây dựng nguyên mẫu và thử nghiệm (đánh giá định tính + định lượng).
  7. Báo cáo và trình diễn sản phẩm.

Một số vật liệu lọc nước phổ biến: bông, vải, than hoạt tính, nhựa trao đổi ion, cát đen, cát vàng, cát thạch anh, sỏi lọc, cát mangan, hạt sứ, đá khử sắt, đá nâng pH, màng lọc RO…

Một số thiết bị đo thành phần trong nước: bút đo TDS, bộ Test KID đo Chlorine, bút đo độ dẫn điện, bút đo pH ECO, máy phân tích clo tự do và clo tổng.

💡 Mẹo nhớ: Mỗi vật liệu lọc một loại tạp chất. Nhớ theo công dụng: - Bông, vải, sỏi, cát → giữ lại cặn, rác, tạp chất kích thước lớn. - Than hoạt tính → hấp phụ mùi, màu, clo dư, chất hữu cơ. - Cát mangan, đá khử sắt → loại bỏ sắt, mangan. - Nhựa trao đổi ion → làm mềm nước, loại ion kim loại. - Màng lọc RO → loại vi khuẩn, vi rút, muối, kim loại nặng (lỗ lọc siêu nhỏ).

⚙️ Bài tập

Mục 3 nêu 7 câu hỏi định hướng để nhóm xác định tiêu chí cần đạt của sản phẩm lọc nước. Dưới đây là gợi ý trả lời tham khảo.

Câu 1

Đề bài: Loại bỏ được những thành phần nào của nguồn nước đầu vào để có nước sạch?

Cách 1 — Phân tích theo loại tạp chất

Một nguồn nước chưa xử lí thường chứa các nhóm tạp chất sau, và sản phẩm cần loại bỏ chúng:

  • Tạp chất cơ học (rác, cặn, bùn đất, lơ lửng): làm nước đục.
  • Chất hữu cơ, mùi, màu, clo dư: gây mùi khó chịu.
  • Ion kim loại (sắt, mangan, kim loại nặng): gây ố vàng, ảnh hưởng sức khỏe.
  • Muối khoáng hòa tan dư thừa (độ cứng cao, TDS cao): làm nước có vị, đóng cặn.
  • Vi sinh vật gây bệnh (vi khuẩn, vi rút): nguy hiểm cho sức khỏe.

Tùy mục đích sử dụng (nước sinh hoạt hay nước uống trực tiếp) mà chọn loại bỏ tới mức nào.

⚠️ Lưu ý thi: Nếu chỉ cần nước sinh hoạt thì lọc cặn, mùi, sắt là đủ; nếu muốn nước uống được phải loại cả vi khuẩn, vi rút và muối → bắt buộc dùng màng lọc RO hoặc đun sôi/khử trùng.

Câu 2

Đề bài: Cần lọc được những tạp chất có kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu?

Cách 1 — Xác định theo mục tiêu sử dụng

Kích thước tạp chất nhỏ nhất cần lọc phụ thuộc vào yêu cầu nước đầu ra:

  • Nước sinh hoạt thông thường: lọc các hạt cặn cỡ vài chục micromet (µm) trở lên là chấp nhận được (dùng bông, cát, sỏi).
  • Nước tinh khiết để uống: phải lọc tới cỡ 0,0001 µm (cỡ phân tử) mới giữ được vi khuẩn (~0,5 – 5 µm), vi rút (~0,02 – 0,3 µm) và muối hòa tan → cần màng lọc RO (kích thước lỗ khoảng 0,0001 µm).

Như vậy tạp chất nhỏ nhất cần lọc nằm trong khoảng 0,0001 µm nếu muốn nước uống trực tiếp.

💡 Mẹo nhớ: Thứ tự lỗ lọc từ to đến nhỏ: lọc thô (µm lớn) → than hoạt tính → lọc tinh → màng UF (~0,01 µm) → màng RO (~0,0001 µm). Lỗ càng nhỏ lọc càng sạch nhưng tốc độ chậm hơn.

Câu 3

Đề bài: Cần sử dụng những vật liệu nào để lọc?

Cách 1 — Chọn vật liệu theo chức năng

Một bộ vật liệu lọc cơ bản, dễ kiếm, chi phí hợp lí gồm:

  • Bông lọc / vải: giữ cặn lớn ở lớp trên cùng.
  • Sỏi, cát thạch anh, cát vàng: lọc cặn thô và cặn mịn.
  • Than hoạt tính: khử mùi, màu, clo dư, chất hữu cơ.
  • Cát mangan / đá khử sắt: loại bỏ sắt, mangan (nếu nguồn nước nhiễm sắt).
  • Đá nâng pH: cân bằng độ pH cho nước.
  • (Nhựa trao đổi ion hoặc màng RO nếu cần làm mềm nước/khử muối, vi khuẩn.)

Lựa chọn vật liệu cụ thể dựa trên đặc điểm nguồn nước đầu vào của địa phương.

Câu 4

Đề bài: Cần có mấy lớp vật liệu lọc?

Cách 1 — Theo nguyên tắc lọc nhiều tầng

Thông thường nên bố trí từ 3 đến 5 lớp vật liệu để lọc hiệu quả theo bậc, mỗi lớp đảm nhận một nhiệm vụ:

  • Tối thiểu 3 lớp cho mô hình đơn giản: bông → than hoạt tính → cát/sỏi.
  • 4 – 5 lớp cho mô hình hoàn chỉnh hơn: bông → cát mịn → than hoạt tính → cát thô → sỏi.

Số lớp càng nhiều thì lọc càng kĩ nhưng tốc độ lọc càng chậm và sản phẩm càng cồng kềnh, nên cần cân đối.

⚠️ Lưu ý thi: Không có con số "đúng tuyệt đối". Câu trả lời tốt phải giải thích lí do chọn số lớp dựa trên nguồn nước và yêu cầu công suất, chứ không chỉ nêu một con số.

Câu 5

Đề bài: Sắp xếp các lớp lọc theo thứ tự nào cho hợp lí?

Cách 1 — Sắp xếp theo nguyên tắc "thô trước, tinh sau"

Nước chảy từ trên xuống nên sắp xếp theo nguyên tắc lọc thô ở trên, lọc tinh ở dưới, ví dụ (từ trên xuống):

  1. Bông / vải – chặn cặn rác lớn.
  2. Cát mịn (cát thạch anh) – lọc cặn nhỏ.
  3. Than hoạt tính – khử mùi, màu, clo, chất hữu cơ.
  4. Cát thô – lọc tiếp và đỡ lớp than.
  5. Sỏi – lớp đáy giữ vật liệu, thoát nước đã lọc.
Cách 2 — Ghi nhớ theo dòng chảy của hạt

Hình dung hạt cặn đi theo nước: hạt to bị giữ lại trước (lớp trên), hạt nhỏ và mùi/màu bị giữ sau (lớp giữa), lớp đáy là sỏi to để nước thoát ra. Sắp xếp theo logic này thì luôn hợp lí và tránh tắc nghẽn lớp lọc tinh quá sớm.

💡 Mẹo nhớ: "Bông – Cát – Than – Cát – Sỏi", trên nhỏ mịn dần lên, đáy thô để thoát nước. Nếu đặt sỏi lên trên cùng thì cặn nhỏ sẽ lọt qua hết → lọc không sạch.

Câu 6

Đề bài: Sản phẩm được lắp cố định hay có thể mang đi?

Cách 1 — Cân nhắc theo nhu cầu sử dụng
  • Lắp cố định: phù hợp khi đặt tại một vị trí lâu dài (nhà bếp, lớp học), công suất lớn, chắc chắn, dễ nối nguồn nước.
  • Có thể mang đi (di động): phù hợp khi cần dùng nhiều nơi, dã ngoại, vùng thiếu nước. Yêu cầu sản phẩm gọn nhẹ, kín nước, dễ vận chuyển.

Với một dự án học tập, nên ưu tiên thiết kế gọn nhẹ, có thể mang đi để dễ trình diễn và thử nghiệm, đồng thời đáp ứng tiêu chí "tính thẩm mĩ" và "dễ sử dụng" trong Bảng 22.3.

Câu 7

Đề bài: Sản phẩm có dễ dàng bảo dưỡng và thay thế định kì các thành phần không?

Cách 1 — Thiết kế hướng tới khả năng bảo dưỡng

Sản phẩm tốt cần dễ tháo lắp để vệ sinh và thay vật liệu lọc định kì, vì các lớp lọc sẽ bám bẩn và giảm hiệu quả sau một thời gian. Giải pháp:

  • Thiết kế các lớp lọc dạng module (từng ngăn/từng lõi) để tháo riêng từng lớp.
  • Dùng khớp nối, nắp vặn thay cho dán keo cố định.
  • Đánh dấu thời gian thay thế cho mỗi lớp (ví dụ bông lọc thay sớm hơn, sỏi thay muộn hơn).

Điều này đáp ứng trực tiếp tiêu chí số 6 "Dễ sử dụng, bảo dưỡng" và số 8 "Tuổi thọ cao" trong Bảng 22.3.

⚠️ Lưu ý thi: Nếu sản phẩm lọc tốt nhưng không tháo ra vệ sinh được thì khi tắc sẽ phải bỏ cả bộ → vừa tốn kém vừa kém thân thiện môi trường. Khả năng bảo dưỡng là một tiêu chí quan trọng dễ bị bỏ quên.

📋 Tóm tắt nội dung lí thuyết các mục còn lại

Các mục dưới đây là hướng dẫn quy trình thực hiện dự án, không phải bài tập:

  • Mục 3 – Bảng 22.3: liệt kê 8 tiêu chí đánh giá sản phẩm lọc nước (khả thi/hoạt động tốt; đảm bảo công suất 5 – 10 lít/giờ; an toàn; thân thiện môi trường; thẩm mĩ; dễ sử dụng – bảo dưỡng; kinh tế; tuổi thọ cao).
  • Mục 4 – Đề xuất, đánh giá, lựa chọn giải pháp: dùng phương pháp động não để đưa ra giải pháp, rồi dùng kĩ thuật PMI (Plus – Minus – Interesting: điểm cộng, điểm trừ, điểm thú vị) để đánh giá và chọn giải pháp tối ưu.
  • Mục 5 – Trình bày và đánh giá ý tưởng: lập bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp, có thể dựng hình 3D; báo cáo, lắng nghe phản biện trước lớp.
  • Mục 6 – Xây dựng nguyên mẫu và thử nghiệm: lập kế hoạch, làm sản phẩm mẫu, ghi nhật kí; đánh giá định tính (quan sát) và định lượng (đo chỉ số nước trước/sau khi lọc, vẽ đồ thị, bảng biểu); điều chỉnh, cải tiến dựa vào Bảng 22.3.
  • Mục 7 – Báo cáo và trình diễn: viết báo cáo, làm hồ sơ, poster; thuyết trình; triển lãm; tổ chức ngày hội kĩ thuật.
💡 Mẹo nhớ kĩ thuật PMI: Plus (ưu điểm) – Minus (nhược điểm) – Interesting (điểm thú vị/sáng tạo). Đây là công cụ đánh giá ý tưởng rất hay được hỏi trong các bài về thiết kế kĩ thuật.
🎯 Ghi nhớ: Bài 22 là dự án STEM về thiết kế sản phẩm lọc nước. Cốt lõi cần nắm là: (1) quy trình 7 bước thiết kế kĩ thuật; (2) nguyên tắc sắp xếp lớp lọc "thô trên – tinh dưới" theo trình tự Bông → Cát → Than → Cát → Sỏi; (3) chọn vật liệu theo chức năng; (4) đánh giá sản phẩm theo 8 tiêu chí Bảng 22.3 và dùng kĩ thuật PMI để chọn giải pháp tối ưu.
Chế độ đọc sách →