Ngày soạn: 25/ 3/ 2015 Ngày giảng: 31/ 3/ 2015 Tiết 62: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN I MỤC TIÊU Kiến thức - Mô tả dụng cụ phương pháp tiến hành thí nghiệm để xác định độ nở dài vật rắn - Phát biểu quy luật nở dài nở khối vật rắn Đồng thời nêu ý nghĩa vật lí đơn vị đo hệ số nở dài hệ số nở khối - Nắm công thức nở dài nở khối - Biết vai trò nở nhiệt đời sống kĩ thuật Kĩ - Nêu ý nghĩa thực tiễn việc tính toán độ nở dài độ nở khối vật rắn đời sống kĩ thuật - Vận dụng kiến thức để giải tập nở nhiệt Thái độ - Có thái độ tích cực học tập tiếp thu kiến thức - Hứng thú yêu thích môn học II TRỌNG TÂM -Công thức tính nở dài, nở khối III PHƯƠNG PHÁP, PHƯƠNG TIỆN Phương pháp - Nêu giải vấn đề kết hợp với thảo luận Phương tiện - Sách giáo khoa, phấn, bảng - Máy tính, máy chiếu IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Ổn định lớp (1 phút) Lớp 10A9 Kiểm tra cũ (3 phút) GV: Chất rắn kết tinh gì? Nêu tính chất chất rắn kết tinh? HS: Chất rắn kết tinh chất rắn có cấu trúc tinh thể Các tính chất chất rắn kết tinh: - Các chất rắn kết tinh cấu tạo từ loại hạt, cấu trúc tinh thể không giống tính chất vật lí chúng khác - Mỗi chất rắn kết tinh (ứng với cấu trúc tinh thể) có nhiệt độ nóng chảy xác định không đổi áp suất cho trước - Các chất rắn kết tinh chất đơn tinh thể chất đa tinh thể Bài Hoạt động 1(2 phút): Đặt vấn đề Tại hai đầu ray đường sắt lại phải có khe hở? Độ rộng khe hở phụ thuộc vào yếu tố xác định theo công thức nào? Để biết điều nghiên cứu 36: Sự nở nhiệt vật rắn Hoạt động 2(18 phút): Tìm hiểu nở dài Hoạt động GV HS GV: Các em quan sát video: Bộ TN gồm kim loại có đầu gắn cố định, đầu lại tiếp xúc với kim đòn bẩy Khi nung nóng KL lửa, nở dài đẩy đầu kim lệch Gọi chiều dài ban đầu KL nhiệt độ to là: lo Chiều dài hơ lửa tới nhiệt độ t là: l Ta gọi Δl = l - lo độ nở dài Δt = t - to độ tăng nhiệt độ Ta thấy nhiệt độ tăng chiều dài KL tăng Vậy độ nở dài phụ thuộc vào độ tăng nhiệt độ nào? Chúng ta quan sát TN để biết điều Em quan sát hình vẽ nêu tên dụng cụ thí nghiệm? HS: Bộ dụng cụ thí nghiệm gồm có: đồng, bình chứa nước kín có van, nhiệt kế, đồng hồ micromet, nước nóng GV: Nhận xét Thí nghiệm gồm có: đồng đặt bình kín cách nhiệt chứa nước có hai van (một van cho nước chảy vào, van cho nước Nội dung I SỰ NỞ DÀI Thí nghiệm a Mục đích: Khảo sát mối liên hệ độ nở dài độ tăng nhiệt độ b Dụng cụ: - Thanh đồng - Bình chứa nước kín có van - Nhiệt kế - Đồng hồ micromet - Nước nóng c Bố trí thí nghiệm: Như hình 36.2 SGK d Tiến hành thí nghiệm chảy ra), nhiệt kế để đo nhiệt độ nước đồng hồ micromet để đo thay đổi độ dài đồng Ta bố trí thí nghiệm hình 36.2 SGK Tiến hành TN: Đặt đồng vào bình nước Ta làm tăng dần nhiệt độ nước từ to đến t cách cho nước nóng vào bình đẩy phần nước nguội Khi đó, đồng nở dài đẩy đầu đo đồng hồ micromet dịch chuyển, làm kim quay mặt thang đo Nếu ban đầu đồng có nhiệt độ t o = 20oC độ dài lo = 500 mm tăng nhiệt độ nước ta thu giá trị độ nở dài Δl đồng tương ứng với độ tăng nhiệt độ Δt bảng 36.1 Các em hoàn thành câu hỏi C1 Một bạn đọc kết tính toán đưa nhận xét HS: Giá trị trung bình α: α= α1 + α + α + α + α = 1, 65.10−5 K −1 Sai số tuyệt đối: ∆α ≈ 0,08.10-5 K-1 Sai số tỉ đối: δα = ∆α / α ≈ 5% Ghi kết phép đo: α = (1,65 ±0,08).10-5K-1 Nhận xét: Với sai số khoảng 5% ta coi hệ số α có giá trị không thay đổi GV: Từ biểu thức tính hệ số α em đưa công thức tính độ nở dài? HS: Δl = α lo (t – to) GV: Nhận xét Ngoài ta viết công thức ∆l =α∆t lo dạng: ta đặt ε= ∆l lo độ nở dài tỉ đối chất rắn Làm thí nghiệm với chất rắn có độ dài chất liệu khác (nhôm, sắt, e Kết quả: Nhiệt độ ban đầu: to = 20oC Độ dài ban đầu: lo = 500 mm Δt (oC) Δl (mm) ∆l α= lo ∆t 30 40 50 60 70 1,67 10-5 1,65 10-5 1,64 10-5 1,63 10-5 1,66 10-5 0,25 0,33 0,41 0,49 0,58 Hệ số α có giá trị không đổi Công thức tính độ nở dài: Δl = α lo (t – to) ∆l =α∆t lo với đối chất rắn ε= ∆l lo độ nở dài tỉ Hệ số α có giá trị thay đổi phụ thuộc chất liệu vật rắn Kết luận Sự nở dài (vì nhiệt) tăng độ dài vật rắn nhiệt độ tăng thủy tinh…), người ta thu kết bảng 36.2 Qua em có nhận xét hệ số α (hệ số α phụ thuộc vào yếu tố nào)? HS: Hệ số α có giá trị thay đổi phụ thuộc chất liệu vật rắn GV: Qua thí nghiệm ta thấy: Khi nhiệt độ tăng chiều dài đồng tăng, tượng người ta gọi nở dài (vì nhiệt) Vậy nở dài (vì nhiệt) gì? HS: Sự nở dài (vì nhiệt) tăng độ dài vật rắn nhiệt độ tăng GV: Đúng Điều không với đồng mà với loại vật rắn khác Vậy ta có kết luận đầu tiên: Sự nở dài (vì nhiệt) tăng độ dài vật rắn nhiệt độ tăng (Yêu cầu HS phát biểu lại khái niệm nở dài) Độ nở dài Δl tăng theo độ tăng nhiệt độ Δt theo công thức nào? HS: Δl = l – lo = α lo Δt Trong đó: Δl: độ nở dài lo: độ dài vật nhiệt độ đầu to l: độ dài vật nhiệt độ cuối t Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ α: hệ số nở dài (1/K K-1) phụ thuộc vào chất liệu vật rắn GV: Đây công thức nở dài Một bạn nhắc lại công thức nở dài Em phát biểu thành lời mối liên hệ (mối liên hệ độ nở dài Δl độ tăng nhiệt độ Δt)? HS: Độ nở dài Δl vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Δt độ dài ban đầu lo vật Công thức tính độ nở dài: Δl = l – lo = α lo Δt Trong đó: Δl: độ nở dài lo: độ dài vật nhiệt độ đầu to l: độ dài vật nhiệt độ sau t Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ α: hệ số nở dài (1/K K -1) phụ thuộc vào chất liệu vật rắn Độ nở dài Δl vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Δt độ dài ban đầu lo vật Hoạt động (10 phút): Tìm hiểu nở khối Hoạt động GV HS Nội dung GV: Thực tế kích thước đồng không II SỰ NỞ KHỐI chỉ tăng theo chiều dài mà tăng theo chiều rộng, tức thể tích tăng lên Đó nở thể tích hay gọi nở khối Ta nghiên cứu cụ thể phần II Sự nở khối Các em quan sát video: Bộ TN gồm có: đèn cồn, cầu kim loại vòng tròn kim loại Ban đầu cầu chui lọt qua vòng tròn Theo em ta hơ nóng cầu lửa cầu có lọt qua vòng tròn không? HS: Không GV: (Kiểm chứng qua video) Đúng vậy, ta dùng đèn cồn hơ nóng cầu cầu Sự nở khối tăng thể tích không lọt qua vòng tròn Em giải thích vật rắn nhiệt độ tăng lại có tượng đó? HS: Vì bị nung nóng cầu nở ra, thể tích tăng lên GV: Đó tượng nở khối Công thức tính độ nở khối: ΔV = V – Vo = β Vo Δt Vậy nở khối gì? Trong đó: HS: Sự nở khối tăng thể tích vật rắn ΔV: độ nở khối nhiệt độ tăng V: Thể tích vật rắn nhiệt độ GV: Nhiều thí nghiệm chứng tỏ, độ nở khối đầu to vật rắn (đồng chất, đẳng hướng) Vo: Thể tích vật rắn nhiệt độ xác định theo công thức có dạng tương cuối t tự công thức tính độ nở dài: Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ Β: hệ số nở khối (1/K K-1) ΔV = V – Vo = β Vo Δt Với chất rắn đẳng hướng ta có: Em giải thích đại lượng công β = 3α thức này? HS: ΔV: độ nở khối V: Thể tích vật rắn nhiệt độ đầu to Vo: Thể tích vật rắn nhiệt độ cuối t Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ Β: hệ số nở khối (1/K K-1), với chất rắn đẳng hướng β = 3α GV: Lưu ý: Công thức độ nở khối áp dụng cho chất lỏng trừ nước 4oC Hoạt động (5 phút): Tìm hiểu ứng dụng nở nhiệt vật rắn Hoạt động GV HS Nội dung GV: Để biết nở nhiệt vật rắn có III ỨNG DỤNG lợi hay có hại ứng dụng vào Khắc phục tác hại nở sống ta nghiên cứu phần III nhiệt Ứng dụng Từ kiến thức thực tế nội dung SGK em kể tên số ứng dụng nở nhiệt vật rắn? HS: Giữa hai đầu ray đường sắt phải có khe hở, hai đầu cầu sắt phải đặt gối đỡ xê dịch lăn… GV: Ngoài tác dụng có hại, nở nhiệt vật rắn có tác dụng có lợi: chế tạo băng kép dùng làm rơle đóng-ngắt tự động mạch điện, để chế tạo ampe kế nhiệt… Ứng dụng nở nhiệt Vận dụng, củng cố (5 phút) GV: Yêu cầu HS giải thích vấn đề đầu bài: Tại hai đầu ray đường sắt lại phải có khe hở? HS: Khi trời nắng, nhiệt độ tăng ray tàu bị nở dài Nếu khe hở ray tàu bị nở dài uốn cong gây tai nạn cho tàu GV: Yêu cầu HS làm số câu hỏi trắc nghệm Dặn dò (1 phút) - Yêu cầu HS làm tập SGK, SBT -Yêu cầu HS đọc trước 37: Các tượng bề mặt chất lỏng V RÚT KINH NGHIỆM SAU GIỜ DẠY