sự nở vì nhiệt của vật rắn

- Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau.. Nếu ban đầu thanh đồng có nh

Ngày soạn: 25/ 3/ 2015.

Ngày giảng: 31/ 3/ 2015

Tiết 62: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN.

I MỤC TIÊU.

1 Kiến thức.

- Mô tả được các dụng cụ và phương pháp tiến hành thí nghiệm để xác định độ nở dài của vật rắn

- Phát biểu được quy luật về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn Đồng thời nêu được ý nghĩa vật lí và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối

- Nắm được các công thức về sự nở dài và sự nở khối

- Biết được vai trò của sự nở vì nhiệt trong đời sống và kĩ thuật

2 Kĩ năng.

- Nêu được ý nghĩa thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật

- Vận dụng kiến thức trên để giải các bài tập sự nở vì nhiệt

3 Thái độ

- Có thái độ tích cực trong học tập và tiếp thu kiến thức mới

- Hứng thú và yêu thích môn học

II TRỌNG TÂM.

-Công thức tính sự nở dài, sự nở khối

III PHƯƠNG PHÁP, PHƯƠNG TIỆN.

1 Phương pháp

- Nêu và giải quyết vấn đề kết hợp với thảo luận

2 Phương tiện.

- Sách giáo khoa, phấn, bảng

- Máy tính, máy chiếu

IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC.

1 Ổn định lớp (1 phút).

Lớp 10A9

2 Kiểm tra bài cũ (3 phút).

GV: Chất rắn kết tinh là gì? Nêu các tính chất của chất rắn kết tinh?

HS: Chất rắn kết tinh là chất rắn có cấu trúc tinh thể

Các tính chất của chất rắn kết tinh:

- Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau

- Mỗi chất rắn kết tinh (ứng với một cấu trúc tinh thể) có một nhiệt độ nóng chảy xác định không đổi ở mỗi áp suất cho trước

- Các chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể

3 Bài mới.

Hoạt động 1(2 phút): Đặt vấn đề.

Tại sao giữa hai đầu thanh ray của đường sắt lại phải có một khe hở? Độ rộng của khe hở này phụ thuộc vào những yếu tố gì và có thể xác định nó theo công thức như thế nào? Để biết được điều đó chúng ta cùng nghiên cứu bài 36: Sự nở vì nhiệt của vật rắn

Hoạt động 2(18 phút): Tìm hiểu về sự nở dài.

GV: Các em hãy quan sát video: Bộ TN

gồm một thanh kim loại có một đầu

được gắn cố định, đầu còn lại tiếp xúc

với kim đòn bẩy Khi nung nóng thanh

KL bằng ngọn lửa, thanh nở dài ra và

đẩy đầu kim lệch đi

Gọi chiều dài ban đầu của thanh KL ở

nhiệt độ to là: lo

Chiều dài của thanh khi được hơ lửa tới

nhiệt độ t là: l

Ta gọi Δl = l - lo là độ nở dài

Δt = t - to là độ tăng nhiệt độ

Ta thấy khi nhiệt độ tăng thì chiều dài

thanh KL cũng tăng Vậy độ nở dài phụ

thuộc vào độ tăng nhiệt độ như thế nào?

Chúng ta cùng quan sát TN để biết được

điều đó

Em hãy quan sát hình vẽ và nêu tên các

dụng cụ trong bộ thí nghiệm?

HS: Bộ dụng cụ thí nghiệm gồm có: 1

thanh đồng, 1 bình chứa nước kín có 2

van, 1 nhiệt kế, 1 đồng hồ micromet,

nước nóng

GV: Nhận xét

Thí nghiệm của chúng ta gồm có: một

thanh đồng đặt trong một bình kín cách

nhiệt chứa nước có hai van (một van

cho nước chảy vào, một van cho nước

I SỰ NỞ DÀI.

1 Thí nghiệm.

a Mục đích:

Khảo sát mối liên hệ giữa độ nở dài và

độ tăng nhiệt độ

b Dụng cụ:

- Thanh đồng

- Bình chứa nước kín có 2 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), một nhiệt kế để đo nhiệt độ

của nước và một đồng hồ micromet để

đo sự thay đổi độ dài của thanh đồng

Ta bố trí thí nghiệm như hình 36.2 SGK

Tiến hành TN: Đặt thanh đồng vào trong

bình nước Ta làm tăng dần nhiệt độ của

nước từ to đến t bằng cách cho nước

nóng vào trong bình và đẩy phần nước

nguội ra Khi đó, thanh đồng nở dài ra

và đẩy đầu đo của đồng hồ micromet

dịch chuyển, làm kim của nó quay trên

mặt thang đo

Nếu ban đầu thanh đồng có nhiệt độ to =

20oC và độ dài lo = 500 mm thì khi tăng

nhiệt độ của nước ta sẽ thu được giá trị

độ nở dài Δl của thanh đồng tương ứng

với độ tăng nhiệt độ Δt như trong bảng

36.1

Các em hãy hoàn thành câu hỏi C1 Một

bạn đọc kết quả tính toán và đưa ra nhận

xét

HS:

Giá trị trung bình của α:

5 1

1 2 3 4 5 1,65.10

α α α α α

Sai số tuyệt đối: ∆α ≈ 0,08.10-5 K-1

Sai số tỉ đối: δα = ∆α / α ≈ 5%

Ghi kết quả 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 hãy

đưa ra công thức tính độ nở dài?

HS: Δl = α lo (t – to)

GV: Nhận xét

Ngoài ra ta có thể viết công thức này

dưới dạng: o

l

t

∆ = ∆

trong đó ta đặt

o

l

l

ε ∆ =

là độ nở dài tỉ đối của chất rắn

Làm thí nghiệm với các chất rắn có độ

dài và chất liệu khác nhau (nhôm, sắt,

e Kết quả:

Nhiệt độ ban đầu: to = 20oC

Độ dài ban đầu: lo = 500 mm

Δt (oC) Δl (mm)

o

l

l t

∆

30 40 50 60 70

0,25 0,33 0,41 0,49 0,58

1,67 10-5

1,65 10-5

1,64 10-5

1,63 10-5

1,66 10-5

Hệ số α có giá trị không đổi

Công thức tính độ nở dài:

Δl = α lo (t – to)

o

l

t

∆ = ∆

với o

l l

ε ∆ =

là độ nở dài tỉ đối của chất rắn

Hệ số α có giá trị thay đổi phụ thuộc chất liệu của vật rắn

2 Kết luận.

Sự nở dài (vì nhiệt) là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng

thủy tinh…), người ta thu được kết quả

như bảng 36.2

Qua đây em có nhận xét gì về 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 của vật rắn

GV: Qua thí nghiệm ta thấy: Khi nhiệt

độ tăng thì chiều dài của thanh đồng

cũng tăng, hiện tượng đó người ta gọi là

sự nở dài (vì nhiệt) Vậy sự nở dài (vì

nhiệt) là gì?

HS: Sự nở dài (vì nhiệt) là sự tăng độ

dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng

GV: Đúng vậy Điều này không chỉ

đúng với thanh đồng mà còn đúng với

các loại vật rắn khác Vậy ta có kết luận

đầu tiên: Sự nở dài (vì nhiệt) là sự tăng

độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng

(Yêu cầu HS phát biểu lại khái niệm sự

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 của vật ở nhiệt độ đầu to

l: độ dài của vật ở nhiệt độ cuối t

Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ

α: hệ số nở dài (1/K hoặc K-1) phụ thuộc

vào chất liệu vật rắn

GV: Đây cũng chính là công thức nở

dài Một bạn hãy nhắc lại công thức nở

dài

Em hãy phát biểu thành lời mối liên hệ

này (mối liên hệ giữa độ nở dài Δl và độ

tăng nhiệt độ Δt)?

HS: Độ nở dài Δl của vật rắn (hình trụ

đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Δt

và độ dài ban đầu lo của vật đó

Công thức tính độ nở dài:

Δl = l – lo = α lo Δt Trong đó: Δl: độ nở dài

lo: độ dài của vật ở nhiệt độ đầu to l: độ dài của vật ở nhiệt độ sau t

Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ

α: hệ số nở dài (1/K hoặc K-1) phụ thuộc vào chất liệu vật rắn

Độ nở dài Δl của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Δt và độ dài ban đầu lo của vật đó

Hoạt động 3 (10 phút): Tìm hiểu về sự nở khối.

GV: Thực tế kích thước của thanh đồng không II SỰ NỞ KHỐI.

chỉ tăng theo chiều dài mà còn tăng theo chiều

rộng, tức là thể tích của thanh tăng lên Đó là

sự nở thể tích hay còn gọi là sự nở khối Ta

cùng nghiên cứu cụ thể ở phần II Sự nở khối

Các em hãy quan sát video: Bộ TN gồm có: 1

đèn cồn, 1 quả cầu bằng kim loại và 1 vòng

tròn bằng kim loại Ban đầu quả cầu có thể

chui lọt qua vòng tròn Theo em nếu ta hơ

nóng quả cầu trên ngọn lửa thì quả cầu có lọt

qua vòng tròn không?

HS: Không

GV: (Kiểm chứng qua video) Đúng vậy, khi ta

dùng đèn cồn hơ nóng quả cầu thì quả cầu

không lọt qua vòng tròn Em hãy giải thích tại

sao lại có hiện tượng đó?

HS: Vì khi bị nung nóng quả cầu nở ra, thể

tích của nó tăng lên

GV: Đó chính là hiện tượng của sự nở khối

Vậy sự nở khối là gì?

HS: Sự nở khối là sự tăng thể tích của vật rắn

khi nhiệt độ tăng

GV: Nhiều thí nghiệm chứng tỏ, độ nở khối

của vật rắn (đồng chất, đẳng hướng) cũng

được xác định theo công thức có dạng tương

tự như công thức tính độ nở dài:

ΔV = V – Vo = β Vo Δt

Em hãy giải thích các đại lượng trong công

thức này?

HS: ΔV: độ nở khối

V: Thể tích của vật rắn ở nhiệt độ đầu to

Vo: Thể tích của vật rắn ở nhiệt độ cuối t

Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ

Β: hệ số nở khối (1/K hoặc K-1), với chất rắn

đẳng hướng β = 3α

GV: Lưu ý: Công thức độ nở khối cũng được

áp dụng cho chất lỏng trừ nước ở 4oC

Sự nở khối là sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng

Công thức tính độ nở khối:

ΔV = V – Vo = β Vo Δt Trong đó:

ΔV: độ nở khối

V: Thể tích của vật rắn ở nhiệt độ đầu to

Vo: Thể tích của vật rắn ở nhiệt độ cuối t

Δt = t – to: độ tăng nhiệt độ

Β: hệ số nở khối (1/K hoặc K-1) Với chất rắn đẳng hướng ta có:

β = 3α

Hoạt động 4 (5 phút): Tìm hiểu ứng dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn

Hoạt động của GV và HS Nội dung chính

GV: Để biết được sự nở vì nhiệt của vật rắn có

lợi hay có hại và được ứng dụng vào cuộc

sống như thế nào ta cùng nghiên cứu phần III

Ứng dụng

Từ kiến thức thực tế và nội dung SGK em hãy

kể tên một số ứng dụng của sự nở vì nhiệt của

vật rắn?

HS: Giữa hai đầu thanh ray đường sắt phải có

khe hở, hai đầu cầu sắt phải đặt trên các gối đỡ

xê dịch được trên các con lăn…

GV: Ngoài tác dụng có hại, sự nở vì nhiệt của

vật rắn cũng có tác dụng có lợi: chế tạo băng

kép dùng làm rơle đóng-ngắt tự động mạch

điện, hoặc để chế tạo các ampe kế nhiệt…

III ỨNG DỤNG.

1 Khắc phục tác hại của sự nở

vì nhiệt.

2 Ứng dụng sự nở vì nhiệt.

4 Vận dụng, củng cố (5 phút).

GV: Yêu cầu HS giải thích vấn đề ở đầu bài: Tại sao giữa hai đầu thanh ray của đường sắt lại phải có một khe hở?

HS: Khi trời nắng, nhiệt độ tăng thì thanh ray tàu sẽ bị nở dài ra Nếu không có khe

hở thì thanh ray tàu sẽ bị nở dài và uốn cong có thể gây tai nạn cho tàu

GV: Yêu cầu HS làm một số câu hỏi trắc nghệm

5 Dặn dò (1 phút).

- Yêu cầu HS làm bài tập trong SGK, SBT

-Yêu cầu HS đọc trước bài 37: Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

V RÚT KINH NGHIỆM SAU GIỜ DẠY.