sự nở vì nhiệt vật lý 10

TRÖÔØNG THPT MAÏC ÑÓNH CHI VAÄT LYÙ 10 - HK II Bài 47 I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - Hiểu được sự nở dài và sự nở khối của vật rắn. - Biết được vai trò của sự nở vì nhiệt trong đời sống kỹ thuật. - Giải thích và ứng dụng được những hiện tượng nở vì nhiệt đơn giản. II. CHUẨN BỊ - Giáo án điện tử - Bộ dụng cụ thí nghiệm dãn nở các thanh kim loại khác nhau, bộ thí nghiệm đốt nóng quả cầu. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : + Câu 1: Phân biệt biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo ? + Câu 2: Phát biểu định luật Huc ? Nêu ý nghĩa đại lượng và đơn vị ? . + Câu 3: Phân biệt biến dạng nén và biến dạng kéo và biến dạng lệch. 2) Nội dung bài giảng : Phaàn laøm vieäc giöõa Giaùo Vieân vaø HS SÖÏ NÔÛ VÌ NHIEÄT GV tieán haønh thí nghieäm nung noùng thanh saét vaø quûa caàu GV : taïi sao quaû caàu nung noùng khoâng loït qua loå troøn ? HS : Vì quaû caàu nôû ra vì nhieät → Söï nôû vì nhieät Phaàn ghi cheùp cuûa HS SỰ NỞ VÌ NHIỆT: Khi nhiệt độ của vật rắn tăng lên nói chung kích thước của vật rắn tăng lên. Đó là sự nở vì nhiệt I/ SỰ NỞ DÀI: I/ SỰ NỞ DÀI: GV : Ñoái vôùi vaät raén, khi nhieät ñoä taêng vaø khi nhieät ñoä giaûm thì vaät raén seõ nhö theá naøo ? HS : Khi nhieät ñoä taêng thì vaät raén nôû ra ( theå tích taêng ) vaø khi nhieät ñoä giaûm thì vaät raén co laïi ( theå tích giaûm ). GV : Em coù theå döïa vaøo thuyeát ñoäng hoïc phaân töû ñeå giaûi thích söï nôû vì nhieät cuûa chaát raén ? HS döïa vaøo thuyeát ñoäng hoïc phaân töû ñeå giaûi thích söï nôû vì nhieät cuûa chaát raén GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO Sự nở dài là sự tăng kích thước của vật rắn theo một phương đã chọn. Thí dụ : Sự tăng chiều dài của thanh ray xe lửa khi trời nóng. Chỗ hở ở giữa 2 đầu thanh ray Gọi lο là chiều dài của thanh ở 0oC Khi thanh được làm nóng lên đến t0C thì GA VL 10 BAN TN (47 – 49) HK II - 1 TRÖÔØNG THPT MAÏC ÑÓNH CHI VAÄT LYÙ 10 - HK II GV : caùc coù theå nhaéc laïi theá naøo laø tính dò höôùng ? HS : Khi moät vaät nôû ra hay co laïi theo moät höôùng nhaát ñònh naøo ñoù ta noùi vaät raén mang tính dò höôùng GV : Giaû söû ta coù moät thanh vaät raén mang tính dò höôùng theo truïc khi nhieät ñoä taêng, khi ño thanh seõ nôû daøi ra ⇒ Söï nôû daøi GV : Thuyeát giaûng söï nôû daøi l = l0 ( 1 + α.t ) Ta coù l1 = l0 (1 + α.t1 ) ; l2 = l0 (1 + α.t2 ) vaø ∆l = l2 – l1 Caùc em coù theå chöùng minh coâng thöùc : ∆l = α.l0.∆t GV goïi HS leân chöùng minh : ∆l = α.l0.∆t ∆l = l2 – l1 = l0 (1 + α.t2 ) - l0 (1 + α.t1 ) = α.l0.∆t GV : chöùng minh coâng thöùc : l2 = l1(1 + α.∆t) chiều dài của thanh tăng thêm một đoạn ∆l và có độ dài : l = lο + ∆l (1) II/ SỰ NỞ THỂ TÍCH: TRONG KỸ THUẬT : l = lο + ∆l (1) Kết quả thí nghiệm cho ta: ∆l = α lο t (2) Từ(1) và (2) _ l = lο (1 + α t) (3) α là hệ số nở dài ( K-1 hay độ-1 ) Hệ số nở dài phụ thuộc vào bản chất của chất làm thanh. II/ SỰ NỞ THỂ TÍCH: Khi tăng nhiệt độ thì kích thước của vật rắn theo các phương đều tăng lên theo định luật của sự nở dài nên thể tích của vật tăng lên, Đó là sự nở thể tích hay sự nở khối. l2 l0 (1+α.t 2) Gọi Vο là thể tích của vật rắn ở 00 C = Laäp tæ soá : Khi nhiệt độ của vật tăng lên t0C thì thể l1 l0 (1+α.t 1) tích vật tăng thêm ∆V và bằng : 1+α.t 2 V = Vο + ∆V (4) ⇒ l2 = l1 ( ) = l1 ( 1 + α( t2 – t1)) 1+α.t 1 Kết quả thí nghiệm cho ta: ∆V = β Vο t (2) ⇒ l2 = l1(1 + α.∆t) Từ(4) và (5) _ V = Vο (1 + β t) (6) β là AÙp duïng coâng thöùc gaàn ñuùng : hệ số nở khối ( K-1 hay độ-1 ) 1+ε 1 = 1 + ε1 – ε2 ; (ε1, ε2 : laø nhöõng Hệ số nở thể tích phụ thuộc vào bản chất của 1+ε 2 chất tạo nên vật rắn. con soá raát nhoû ) Hệ số nở khối β của một chất xấp xỉ bằng 3 GV : Giaûng giaûi cho HS phaân bieät l0 ( Chieàu lần hệ số nở dài của chính chất ấy daøi cuûa thanh ôû 00C ) khaùc l0 ( chieàu daøi ban β = 3α (7) ñaàu) cuûa baøi tröôùc III. HIỆN TƯỢNG NỞ VÌ NHIỆT GV : Caùc em cho bieát theá naøo laø tính ñaúng höôùng ôû vaät raén ? HS : Thöa Thaày : Khi vaät raén nôû ra ñeàu ñaën theo moïi höôùng ta noùi vaät raén mang tính ñaúng höôùng. GV : Ñoái vôùi vaät raén ñaúng höôùng, khi nhieät ñoä taêng, thanh seõ nôû khoái . GV thuyeát giaûng veà söï nôû khoái : V = V0 ( 1 + β.t ) vôùi β = 3α GV : Chöùng minh β = 3α Theo coâng thöùc söï nôû daøi l = l0(1 + α.t ) GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO Vật rắn khi nở ra hay co lại đều tạo một lực khá lớn tác dụng lên các vật khác tiếp xúc với nó. Vậy phải chú ý đến sự nở vì nhiệt trong kỹ thuật. * Ứng dụng sự nở vì nhiệt khác nhau giữa các chất để tạo ra băng kép dùng làm rơle điều nhiệt trong bàn là, bếp điện… GA VL 10 BAN TN (47 – 49) HK II - 2 TRÖÔØNG THPT MAÏC ÑÓNH CHI ⇒ l3 = l03(1 + α.t)3 = l03 ( 1 + 3α.t + 3α2t2 + α3t3 ) ( Vì α2, α3 f0 ⇒ Hieän töôïng khoâng dính öôùt. f < f0 ⇒ Hieän töôïng dính öôùt. GV : Trong thöïc teá ôû ñöôøng ranh giôùi cuûa moät chaát loûng thöôøng coù söï tieáp xuùc cuûa caû ba chaát raén, loûng vaø khí. Vì löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû trong chaát khí vôùi caùc phaân töû trong chaát loûng khoâng ñaùng keå so vôùi löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû trong chaát loûng khoâng ñaùng keå so vôùi löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû trong chaát loûng vaø chaát raén neân ta coù theå coi söï dính öôùt vaø khoâng dính öôùt chæ laø heä quaû cuûa töông taùc raén – loûng 3) Ứng dụng VAÄT LYÙ 10 - HK II bình + Khi chất lỏng dính ướt với thành bình thì lực hút giửa phân tử chất rắn và chất lỏng kéo mép chất lỏng lên làm cho mặt chất lỏng ở chổ xác thành bình là một mặt lõm. Đây là trường hợp mép nước đựng trong bình thủy tinh. + Khi chất lỏng không dính ướt thành bình thì lực hút giửa các phân tử chất lỏng kéo mép chất lỏng tụt xuống làm cho dạng mặt chất lỏng ở chổ xác thành bình là một mặt lồi. Đây là trường hợp mép thủy ngân đựng trong bình thủy tinh. II. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN Nước dính ướt với ống thủy tinh → Mực nước trong ống “dâng lên” Thủy ngân không dính ướt với ống thủy tinh II. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN GV : Hieän töôïng mao daãn ñöôïc giaûi thích → Mực thủy ngân trong ống “tụt xuống” döïa vaøo löïc caên maët ngoøaivaø khaû naêng laøm dính öôùt (hoaëc khoâng laøm dính öôùt) thaønh bình cuûa chaát loûng. Neáu ta goïi d laø ñöôøng kính mao daãn, D laø khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng, h laø ñoä cao chaát loûng daâng leân * Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dâng (hay haï xuoáng) trong oáng mao daãn. Neáu lên hay tụt xuống của mực chất lỏng ở bên chaát loûng laøm dính öôùt thaønh oáng thì maët trong các ống có bán kính trong rất nhỏ, thoùang chaát loûng laø moät maët loõm nöõa hình trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp, … caàu ñöôøng kính d khi ñoù löïc caêng maët ngoøai so với mực chất lỏng ở bình rộng ñöôïc tính nhö theá naøo ? * nếu chất lỏng dính ướt thành ống mao dẫn thì chất lỏng dâng lên trong ống , còn nếu chất lỏng không dính ướt với thành ống thì nó tụt xuống 2) Công thức tính độ chênh lệch mực chất lỏng ở hiện tượng mao dẫn d HS : Löïc caêng maët ngoaøi coù ñoä lôùn laø F = δ2πR = δπd. Troïng löôïng coät nöôùc daâng leân laøP = mg vôùi m = DV vaø V = SR = π.d 2 D.π.d 2 .h.g .h ⇒ P = 4 4 h h Thuyû ngaân Sau khi chaát loûng ñaõ daâng leân oån ñònh, ta GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO GA VL 10 BAN TN (47 – 49) HK II - 8 TRÖÔØNG THPT MAÏC ÑÓNH CHI coù söï caân baèng neân F = P 4.δ D.π.d 2 .h.g ⇔ δ.π.d = ⇒ h= D.g.d 4 Trong ñoù : δ (N/m) . Neáu chaát loûng hoøan toøan khoâng laøm dính öôùt thaønh oáng thì maët thoùang chaát loûng laø ½ hình caàu cong leân vaø ñoä haï xuoáng vaã tín ñöôïc laø: h = 4.δ D.g.d VAÄT LYÙ 10 - HK II h= 4σ ρ.g.d Trong đó : σ : hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng (N/m). ρ : Khối lượng riêng của chất lỏng 3 (kg/m ). g : Gia tốc trọng trường (m/s2). d : Dường kính ống mao dẫn (m). h : Độ dâng lên ( hay hạ xuống) của mực chất lỏng trong ống (m). 3) Ý nghĩa hiện tượng mao dẫn * Một số biểu hiện của hiện tượng mao dẫn - Giấy thấm hút nước. - Mực thấm theo rãnh ngòi bút. - bấc đèn hút dầu. 3) Cuõng coá : 1) Khi naøo chaát loûng dính öôùt vaø khi naøo chaát loûng khoâng dính öôùt vôùi chaát raén ? 2) Theá naøo laø hieän töôïng mao daãn vaø khi naøo xaûy ra hieän töôïng mao daãn roõ reät ? 3) Neáu chæ coù löïc caêng maët ngoaøi thoâi thì hieän töôïng mao daãn coù xaûy ra khoâng ? 4) Daën doø hoïc sinh : - Traû lôøi caâu hoûi 1 ; 2; 3 - Laøm baøi taäp : 1; 2; 3    GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO GA VL 10 BAN TN (47 – 49) HK II - 9  ... TƯỢNG NỞ VÌ NHIỆT TRONG KỸ THUẬT : GV : Thuyết giảng phần ứng dụng GV yêu cầu HS cho biết thêm vài ứng dụng thêm nở nhiệt vật rắn VẬT LÝ 10 - HK II  Đề phòng nở nhiệt - Ta phải chọn vật liệu... hệ số nở dài ( K-1 hay đ -1 ) Hệ số nở dài phụ thuộc vào chất chất làm II/ SỰ NỞ THỂ TÍCH: Khi tăng nhiệt độ kích thước vật rắn theo phương tăng lên theo định luật nở dài nên thể tích vật tăng... ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 - HK II GV : nhắc lại tính dò hướng ? HS : Khi vật nở hay co lại theo hướng đònh ta nói vật rắn mang tính dò hướng GV : Giả sử ta có vật rắn mang tính dò hướng theo trục nhiệt