Giáo án Vật lý 10 Bài 36: Sự nở vì nhiệt của vật rắn

Bài 36. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN I. MỤC TIÊU 1. Về kiến thức: + Phát biểu và viết được công thức nở dài của vật rắn và ý nghĩa của hệ số nở dài. + Viết được công thức xác định qui luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích 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. 2. Về kĩ năng: + Xử lí các số liệu thực nghiệm để rút ta công thức nở dài của vật rắn . + Giải thích được các hiện tượng liên quan đến sự nở vì nhiệt của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật. + Vận dụng được các công thức về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC 1. Phương pháp Diễn giảng, đọc sách, thảo luận nhóm, vấn đáp. 2. Phương tiện Sách giáo khoa, sách giáo viên, sách thiết bài giảng, máy chiếu. III. NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH LÊN LỚP 1. Kiểm tra bài cũ 2. Giới thiệu bài mới Vì sao giữa hai đầu thanh ray của đường sắt lại phải có một khe hở? Độ rộng của khe hở này phụ thuộc những yếu tố gì và có thể xác định nó theo công thức nào? Để trả lời được các câu hỏi này chúng ta đi vào bài học hôm nay. Bài 36. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN 3. Tiến trình dạy học dự kiến Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng Hoạt động 1: Sự nở dài - Cho HS quan sát 1 video để nhận thấy sự nở vì nhiệt của thanh kim loại về mặt định tính. Để biết được tính chất định lượng của nó như thế nào chúng ta đi vào thí nghiệm. - Các em hãy quan sát hình 36.2 trong SGK, sau đó một em đứng lên mô tả lại dụng cụ thí nghiệm gồm những gì? - GV mô tả thí nghiệm một lần để học sinh hình dung được thí nghiệm. - Do không có điều kiện tiến hành thí nghiệm nên sẽ sử dụng kết quả thí nghiệm trong sách giáo khoa. Sau khi tiến hành thí nghiệm người ta thu được bảng số liệu như trong SGK bảng 36.1: - Phát phiếu học tập in bảng số liệu cho HS theo bàn - Dựa vào bảng số liệu này các em hãy tính hệ số theo công thức ? - Gọi một học sinh lên bảng điền kết quả vừa tính được. - Qua bảng kết quả thí nghiệm chúng ta thấy, ứng với mổi giá trị nhiệt độ thì ta có một giá trị độ dài . Nhưng các em hãy so sánh thử xem ở những giá trị nhiệt độ khác nhau thì hệ số có khác nhau nhiều không? Từ đó rút ra nhận xét ntn? - NX: Hệ số có giá trị không đổi. - Từ biểu thức tính hệ số các em hãy rút ra biểu thức tính giá trị độ nở dài của thanh đồng? - Vậy công thức tính độ nở dài của thanh đồng là: . Từ công thức này có thể viết lại và đặt , thì người ta gọi là độ nở dài tỉ đối của chất rắn. - Người ta đã làm thí nghiệm tương tự với các vật rắn có độ dài và chất liệu khác nhau (nhôm, sắt, thủy tinh,...), người ta thu được kết quả tương tự, nhưng hệ số có giá trị thay đổi phụ thuộc vào chất liệu vật rắn. Các em có thể tham khảo bảng 36.2 trong SGK để biết được hệ số nở dài của một số vật rắn. - Vậy từ đây chúng ta có nhận xét thứ 2 đó là: hệ số có giá trị thay đổi phụ thuộc chất liệu của vật rắn. - Qua thí nghiệm chúng ta có một số kết luận như sau: - Chúng 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. Một em hãy phát biểu sự nở dài là gì? - Công thức tính độ nở dài của thanh đồng cũng chính là công thức tính độ nở dài chung cho các vật rắn. Ta gọi đó là công thức nở dài: Trong đó là hệ số nở dài và có đơn vị là 1/K hay K-1 - Từ biểu thức này một em hãy phát biểu thành lời cách tính độ nở dài ? - Dựa vào công thức tính , em hãy cho biết ý nghĩa của hệ số nở dài α? - Quan sát video Kể tên dụng cụ thí nghiệm gồm có: một thanh đồng đặt trong một cái bình cách nhiệt có chứa chất lỏng (nước), một nhiệt kế để đo nhiệt độ và một đồng hồ đo micromet để đo sự thay đổi độ dài của thanh đồng. Xử lí số liệu theo yêu cầu - Hệ số có giá trị không đổi. - Sự nở dài là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng. - Độ nở dày của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ và độ dài ban đầu của vật đó. - Nếu ∆t=1 thì α=∆ll0 , như vậy hệ số nở dài của thanh có trị số bằng độ dãn tỉ đối của thanh khi nhiệt độ tăng lên 1 độ Bài 36. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN I – Sự nở dài 1. Thí nghiệm a/ Mô tả thí nghiệm - SGK b/ Kết quả thí nghiệm Nhiệt độ ban đầu: to=200C Độ dài ban đầu: lo=500 mm (0C) (mm) 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 - Nhận xét: + Hệ số có giá trị không đổi. + chất liệu của vật rắn. 2. Kết luận - Sự nở dài là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng. Công thức nở dài: - Trong đó là hệ số nở dài và có đơn vị là 1/K hay K-1. + : độ nở dài + l0 : độ dài ở nhiệt độ đầu t0 + l : độ dài ở nhiệt độ cuối t Hoạt động 2: Sự nở khối Trong thực tế ngoài sự nở dài, vật rắn còn có sự nở khối. - Cho HS xem video về sự nở khối của 1 viên bi kim loại. Do viên bi kim loại đồng chất và có tính đẳng hướng. Khi đốt nóng nó lên thì viên bi sẽ nở ra theo mọi phương là như nhau làm thể tích của viên bi tăng lên. Đó là hiện tượng của sự nở khối. Vậy em nào có thể định nghĩa sự nở khối là gì? - Vậy sự nở khối có tuân theo quy luật nào không? Có tương tự như sự nở dài không? - Nhiều thí nghiệm chứng tỏ, độ nở khối của vật rắn cũng được xác định tương tự công thức nở dài. - Các em hãy giải thích các đại lượng có mặt trong biểu thức? - Lưu ý: Với chất rắn đẳng hướng thì . - Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. II – Sự nở khối Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. - Công thức tính độ nở khối: + : độ nở khối + : độ tăng nhiệt độ + V0 : thể tích ở nhiệt độ đầu t0 + V : thể tích ở nhiệt độ cuối t + : hệ số nở khối có đơn vị là 1/K hay K-1 - Với chất rắn đẳng hướng thì Hoạt động 3: Ứng dụng Để biêt được sự nở vì nhiệt của vật rắn có lợi và có hại như thế nào và người ta ứng dụng vào thực tế như thế nào chúng ta qua phần III. - Các em hãy đọc mục III trong SGK, và cho biết sự nở vì nhiệt của vật rắn có những tác hại gì? Và người ta khắc phục nó như thế nào? - Ngoài những ứng dụng được nêu trong SGK, em nào có thể kể thêm một vài ứng dụng nào trong cuộc sống hàng ngày mà các em biết không? - Ngoài tác hại, sự nở vì nhiệt của vật rắn cũng có tác dụng có lợi như: băng kép dùng làm rơle điều nhiệt trong bàn là, bếp điện - Về nhà các em có thể tìm thêm một số ví dụ, bây giờ chúng ta làm bài tập vận dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn. ß Bài tập: Ở 150C, mỗi thanh ray của đường sắt dài 12,5 m. Hỏi khe hở giữa hai thanh ray phải có độ lớn tối thiểu bằng bao nhiêu để các thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng tới 550C? - Một học sinh lên bảng giải bài tập III. Ứng dụng - Khắc phục sự nở vì nhiệt. Ví dụ: - Ứng dụng sự nở vì nhiệt. Ví dụ: Bài tập vận dụng: - Tóm tắt: t0=150C; t = 550C; l0= 12,5 m; = 11.10-6; =? - Giải: = 5,5.10-3 m. 4. Củng cố kiến thức: HS cần nắm được những nội dung chính sau: + Phát biểu và viết được công thức nở dài của vật rắn. + Viết được công thức xác định qui luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích 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. + 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. Phiếu học tập: Nhiệt độ ban đầu: to=200C Độ dài ban đầu: lo=500 mm (0C) (mm) 30 40 50 60 70 0,25 0,33 0,41 0,49 0,58