Giáo án vật lý 10 - Bài tập về sự nở vì nhiệt của vật rắn

CHƯƠNG VII. CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG. SỰ CHUYỂN THỂ BÀI TẬP VỀ SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN I. TÓM TẮT KIẾN THỨC: 1. Sự nở dài: 0 0 0 0( )l l l l t l t t        Với l0 là chiều dài của thanh ở nhiệt độ t0 l là chiều dài của thanh ở nhiệt độ t  là hệ số nở dài, phụ thuộc bản chất của chất làm thanh. 2. Sự nở khối: 0 0 0 0( )V V V V t V t t        Với V0 là thể tích của vật ở nhiệt độ t0 V là thể tích của vật ở nhiệt độ t 3  là hệ số nở khối, phụ thuộc bản chất của vật. II. BÀI TẬP: NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP Bài 1 (36.6/tr89/SBT). Một thanh dầm cầu bằng sắt có độ dài 10 m khi nhiệt độ ngoài trời là 100C. Công thức tính hệ số nở dài là: Độ dài của thanh dầm cầu sẽ tăng thêm bao nhiêu khi nhiệt độ ngoài trời là 400C? Hệ số nở dài của sắt là 12.10-6K-1. 0 0 0 2 1 6 3 ( ) 10.12.10 (40 10) 3,6.10 ( ) 3,6( ) l l l l t l t t l m l mm                  Độ dài của thanh dầm cầu sẽ tăng thêm: 3,6(mm) Bài 2 (36.7/tr89/SBT). Một thanh nhôm và một thanh thép ở 00C có cùng độ dài 0l . Khi nung nóng tới 1000C thì độ dài của hai thanh chênh nhau 0,5mm. Hỏi độ dài 0l của hai thanh này ở 00C là bao nhiêu? Hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6K-1 và của thép là 12.10- 6K-1. Gọi (1) là nhôm; (2) là thép. Vậy áp dụng công thức tính hệ số nở dài: 1 0 1 2 0 2 3 1 2 0 1 2 3 3 0 6 6 1 2 0 (1 ) (1 ) ( ) 0,5.10 0,5.10 0,5.10 ( ) (24.10 12.10 ).100 0, 417( ) 417( ) l l t l l t l l l t l t l m mm                                 Bài 3 (36.8/tr90/SBT). Một tấm đồng hình vuông ở 00C có cạnh dài 50 cm. Cần nung nóng tới nhiệt độ t là bao nhiêu để diện tích của tấm đồng tăng thêm 16 cm2? Hệ số nở dài của đồng là 17.10-6K-1. 0 2 2 0 0 2 2 0 0 2 2 2 2 0 0 2 2 2 0 (1 ) [ (1 )] (1 2. ) (2. ) l l t S S S l l S l t l S l t t l S t t l                             Vì 2 1 nên bỏ qua thừa số này. Vậy: 2 0 0 4 0 2 6 0 2. 2. 16.10 188 2. 0,5 .2.17.10 S l t S t St C S              Bài 4 (36.12/tr90/SBT). Một thước kẹp bằng thép có giới hạn đo là 150 mm được khắc vạch chia ở 100C. Tính sai số của thước kẹp này khi sử dụng nó ở 400C. Hệ số nở dài của thép dùng làm thước kẹp là 12.10-6K-1. Nếu thước kẹp trên được làm bằng hợp kim vina (thép pha 36% niken) thì sai số của thước kẹp này khi dùng nó ở 400C sẽ là bao nhiêu? Hệ số nở dài của hợp kim vina là 0,9.10-6K-1. Sai số tuyệt đối của 150 độ chia trên thước kẹp khi nhiệt độ của thước tăng từ 100C đến 400C là: 0 0 0 0( )l l l l t l t t        Thay số: 6150.12.10 (40 10) 0,054( )l mm    Vì hợp kim inva có hệ số nở dài là 0,9.10-6K-1, tức là chỉ bằng 6 6 0,9.10 7,5% 12.10   Hệ số của thép nên sai số của thước kẹp này khi sử dụng ở 400C se chỉ bằng 7,5% sai số của thước kẹp làm bằng thép, nghĩa là: ' 7,5% 4l l m    Sai số này khá nhỏ. Vậy độ dài của thước kẹp làm bằng hợp kim inva có thể coi như không thay đổi do nở vì nhiệt khi nhiệt độ thay đổi trong khoảng từ 100C đến 400C Bài 5 (36.13/tr90/SBT). Tính lực Độ dài tỉ đối của thanh thép khi bị nung kéo tác dụng lên thanh thép có tiết diện 1 cm2 để làm thanh này dài thêm một đoạn bằng độ nở dài của thanh khi nhiệt độ của nó tăng thêm 1000C ? Suất đàn hồi của thép là 20.1010 Pa và hệ số nở dài của nó là 12.10-6 K-1. nóng từ nhiệt độ t1 đến t2 là: 2 1 0 ( )l t t l     Theo định luật Húc thì: 2 10 10 6 ES ( ) ES 20.10 .11.10 .100 22 l F F t t l F kN           Bài 6 (36.14/tr90/SBT). Tại tâm của một đĩa tròn bằng sắt có một lỗ thủng. Đường kính lỗ thủng ở 00C bằng 4,99 mm. Tính nhiệt độ cần phải nung nóng đĩa sắt để có thể bỏ vừa lọt qua lỗ thủng của nó một viên bi sắt đường kính 5,00 mm và hệ số nở dài của nó là 12.10-6 K-1. Muốn bỏ viên bi sắt vừa lọt lỗ thủng thì đường kính D của lỗ thủng của đĩa sắt ở nhiệt độ t0 C phải vừa đúng bằng đường kính d của viên bi sắt ở cùng nhiệt độ đó, tức là: 0 (1 )D D t d   Trong đó D0 là đường kính của lỗ thủng của đĩa sắt ở )0C, α là hẹ số nở dài của sắt. Vậy nhiệt độ cần nung nóng là: 0 0 6 1 ( 1) 1 5( 1) 167 10.10 4,99 dt D t C         III. RÚT KINH NGHIỆM: