Vật Lý 10_CHỦ ĐỀ II: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN

A. LÝ THUYẾT

1. Sự nở dài.

– Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài vì nhiệt.

– Độ nở dài Dl của vật rắn hình trụ đồng chất tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Dt và độ dài ban đầu lo của vật đó:

+ Công thức tính độ nở dài: . Với  là chiều dài ban đầu tại t0

+ Công thức tính chiều dài tại  :

– Với a là hệ số nở dài của vật rắn, có đơn vị là K-1; Giá trị của a phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn.

2. Sự nở khối.

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

+ Công thức độ nở khối :

+ Công thức tính thể tích tại :  Với V0 là thể tích ban đầu tại t0

– Với b là hệ số nở khối, b » 3a và cũng có đơn vị là K-1.

3. Ứng dụng.

– Phải tính toán để khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt.

– Lợi dụng sự nở vì nhiệt để lồng ghép đai sắt vào các bánh xe, để chế tạo các băng kép dùng làm rơle đóng ngắt điện tự động, …

B. BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 1: Một thước thép ở 200C có độ dài 1000mm. Khi nhiệt độ tăng đến 400C, thước thép này dài thêm bao nhiêu? (Đs: 0,24mm)

Bài 2: Tính khối lượng riêng của sắt ở 8000C, biết khối lượng riêng sắt ở 00C là ρ0 = 7,8.103kg/m3. Hệ số nở dài của sắt là α = 11,5.10-6K-1. (Đs: 7587kg/m3)

Bài 3: Một sợi dây tải điện ở 200C có độ dài 1800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 500c về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là α = 11,5.106K-1. (Đs: ∆l = 0,62m)

Bài 4: Một thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 150C có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở vì nhiệt? cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là α = 12.10-6K-1. (Đs: 450C)

Bài 5: Hai thanh 1 bằng sắt và 1 bằng kẽm ở 00C có chiều dài bằng nhau, còn ở 1000C thì chiều dài chênh lệch 1mm. tìm chiều dài 2 thanh ở 00C. Cho biết hệ số nở dài của sắt bằng 1,14.10-5K-1 và của kẽm bằng 3,4.10-5K-1.(Đs: 442mm)

Bài 6: Một thước thép dài 1m ở 00C, dùng thước để đo chiều dài một vật ở 400C, kết quả đo được 2m. Hỏi chiều dài đúng của vật khi đo là bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của thép là 12.10-6K-1. (Đs: 2,001m)

Bài 7: Một thanh dầm cầu bằng sắt có độ dài là 10m khi nhiệt độ ngoài trời là 100C. Độ dài của thanh dầm cầu sẽ tăng lên bao nhiêu khi nhiệt độ ngoài trời là 400C? Hệ số nở dài của sắt là 12.10-6K-1.(Đs:1,8.10-4m)

Bài 8: Tính chiều dài của thanh thép và thanh đồng ở 00C, biết ở bất kì nhiệt độ nào thanh thép cũng dài hơn thanh đồng 5cm. Coi hệ số nở dài của thép và đồng không phụ thuộc nhiệt độ và có giá trị là 12.10-6 K-1 và 16.10-6 K-1.(Đs: thép: 20cm; đồng: 15cm)

Bài 9: Một viên bi có thể tích 125mm3 ở 200C, được làm bằng chất có hệ số nở dài là 12.10-6K-1. Độ nở khối của viên bi này khi bị nung nóng tới 8200C có độ lớn là bao nhiêu? (Đs: 3,6mm3)

Bài 10: Một tấm sắt phẳng có một lỗ tròn. Đường kính lỗ tròn ở 200C là d20 = 20cm. Biết hệ số nở dài của sắt là α = 1,2.10-5K-1. Hãy tính đường kính lỗ ấy khi miếng sắt đó ở 500C.(Đs: 20,0072cm)

C. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Một thước thép ở 100C  có độ dài là 1000 mm. Hệ số nở dài của thép là 12.10-6 K-1. Khi nhiệt độ tăng đến 400C , thước thép này dài thêm ban nhiêu?

A. 0,36 mm.                            B. 36 mm.                  C. 42 mm.                   D. 15mm.

Câu 2: Thanh nhôm và thanh sắt có tiết diện bằng nhau ,nhưng có chiều dài ở 0c lần lượt l0N =205mm và l0S = 206mm .Biết =2.4.10k,=1.2.10k.Hỏi ở nhiệt độ nào thì hai thanh có :

a. Chiều dài bằng nhau?                                                          b. Thể tích bằng nhau?

Câu 3:  Một thanh ray dài 10m được lắp trên đường sắt ở nhiệt độ 20c .Phải để hở một khe ở đầu thanh với bề rộng là bao nhiêu ,nếu thanh ray nóng đến 50c thì vẫn đủ chổ cho thanh dãn ra .Hệ số nở dài của sắt làm thanh ray là   =12.10.Chọn kết quả nào sau đây

A.=3.6.10m                    B.=3.6.10 m                   C.=3.6.10 m                   D.=3.6.10m

Câu 4: Với kí hiệu l là chiều dài ở 0c ,l là chiều dài ở tc,là hệ số nở dài.Biểu thức nào sau đây tính chiều dài ở tc

A. l=l+ t                             B. l=lt                                C. l=l(1+t )                         D. l=

Câu 4: Một thanh thép ở 0 0C có độ dài 0,5 m. Tìm chiều dài thanh ở 20 0C. Biết hệ số nở dài của thép là 12.10– 6  K– 1

A.  0,62 m.                                B.  500,12 mm.               C.  0,512 m.                    D.  501,2 m.

Câu 5: Một thước thép ở 0o C có độ dài 2000mm. Khi nhiệt độ tăng đến 20o C, thước thép dài thêm một đoạn là: ( biết hệ số nở dài thước thép 12.10 – 6K-1)

A.  0,48mm                                         B. 9,6mm                                            C. 0,96mm                  D.  4,8mm

Câu 6: Với kí hiệu: l0 là chiều dài ở 00C ; l là chiều dài ở t0C ; là hệ số nở dài. Biểu thức nào sau đây là đúng với công thức tính chiều dài l ở t0C?

A. l = l0 +                             B. l = l0 t                              C. l =             D. l = .

Câu 7: Với ký hiệu : V0 là thể tích ở 00C ; V thể tích ở t0C ;  là hệ số nở khối. Biểu thức nào sau đây là đúng với công thức tính thể tích ở t0C?

A. V = V0  – t            B. V = V0 + t            C. V = V0 ( 1+ t )                           D. V =

Câu 8: Một thanh ray dài 10m được lắp lên đường sắt ở nhiệt độ 200C. phải chừa một khe hở ở đầu thanh ray với bề rộng là bao nhiêu, nếu thanh ray nóng đến 500C thì vẫn đủ chỗ cho thanh dãn ra. (Biết hệ số nở dài của sắt làm thanh ray là  = 12. 10-6 k-1  ).

A. = 3,6.10-2 m                    B. = 3,6.10-3 m                  C. = 3,6.10-4 m       D.  = 3,6. 10-5 m

Câu 9: Hai thanh kim loại, Một bằng sắt và một bằng kẽm ở 00C có chiều dài bằng nhau, còn ở 1000C thì chiều dài chênh lệch nhau 1mm. Cho biết hệ số nở dài của sắt là  = 1,14.10-5k-1 và của kẽm là = 3,4.10-5k-1. Chiều dài của hai thanh ở 00C là:

A. l0 = 0,442mm                      B. l0 = 4,42mm.                      C. l0 = 44,2mm                        D. l0 = 442mm.

Câu 10 (NC): Một cái xà bằng thép tròn đường kính tiết diện 5cm hai đầu được chôn chặt vào tường. Cho biết hệ số nở dài của thép 1,2.10-5 k-1, suất đàn hồi 20.1010N/m2. Nếu nhiệt độ tăng thêm 250C thì độ lớn của lực do xà tác dụng vào tường là :

A. F = 11,7750N                     B. F = 117,750N.                    C. F = 1177,50 N                    D. F = 11775N.

Câu 11: Một bình thuỷ tinh chứa đầy 50 cm3 thuỷ ngân ở 180C . Biết: Hệ số nở dài của thuỷ ngân là : = 9.10-6 k-1.Hệ số nở khối của thuỷ ngân là :  = 18.10-5k-1. Khi nhiệt độ tăng đến 380C thì thể tích của thuỷ ngân tràn ra là:

A. = 0,015cm3                  B. = 0,15cm3                           C. = 1,5cm3             D. = 15cm3

Câu 12: Một thanh ray có chiều dài ở 00C là 12,5m. Hỏi khi nhiệt độ là 500C thì nó dài thêm bao nhiêu? (biết hệ số nở dài là 12.10 – 6K – 1)

A. 3,75mm                             B. 6mm                       C. 7,5mm                    D. 2,5mm

Câu 13: Người ta muốn lắp một cái vành bằng sắt vào một bánh xe bằng gỗ có đường kính 100cm. Biết rằng đường kính của vành sắt lúc đầu nhỏ hơn đường kính của bánh xe 5mm. Vậy phải nâng nhiệt độ lên thêm bao nhiêu để có thể lắp vành sắt vào bánh xe?

A. 5350C                     B. 2740C                    C.  4190C                   D. 2340C

Câu 14: Một tấm kim loại hình vuông ở 0oC có đô dài mỗi cạnh là 40cm. khi bị nung nóng, diện tích của tấm kim loại tăng thêm 1,44cm2. Xác định nhiệt độ của tấm kim loại? Biết hệ số nở dài của kim loại này là 12.10-6 1/K.

A. 2500oC                  B. 3000oC                       C. 37,5oC                    D. 250oC

Câu 15: Điều nào sau đây là đúng liên quan đến sự nở dài?

A. Độ giãn nở tỉ lệ thuận với chiều dài ban đầu.        B. Chiều dài của vật tỉ lệ thuận với nhiệt độ.

C. Hệ số nở dài cho biết độ gia tăng nhiệt độ khi vật nở dài thêm 1cm.

D. Hệ số nở dài cho biết độ tăng chiều dài tỉ đối khi nhiệt độ tăng 10C

 

ĐÁP ÁN

C. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Một thước thép ở 100C  có độ dài là 1000 mm. Hệ số nở dài của thép là 12.10-6 K-1. Khi nhiệt độ tăng đến 400C , thước thép này dài thêm ban nhiêu?

A. 0,36 mm.                            B. 36 mm.                  C. 42 mm.                   D. 15mm.

Câu 2: Thanh nhôm và thanh sắt có tiết diện bằng nhau ,nhưng có chiều dài ở 0c lần lượt l0N =205mm và l0S = 206mm .Biết =2.4.10k,=1.2.10k.Hỏi ở nhiệt độ nào thì hai thanh có :

a. Chiều dài bằng nhau?                                                          b. Thể tích bằng nhau?

Câu 3:  Một thanh ray dài 10m được lắp trên đường sắt ở nhiệt độ 20c .Phải để hở một khe ở đầu thanh với bề rộng là bao nhiêu ,nếu thanh ray nóng đến 50c thì vẫn đủ chổ cho thanh dãn ra .Hệ số nở dài của sắt làm thanh ray là   =12.10.Chọn kết quả nào sau đây

A.=3.6.10m                    B.=3.6.10 m                   C.=3.6.10 m       D.=3.6.10m

Câu 4: Với kí hiệu l là chiều dài ở 0c ,l là chiều dài ở tc,là hệ số nở dài.Biểu thức nào sau đây tính chiều dài ở tc

A. l=l+ t                             B. l=lt                                C. l=l(1+t )                         D. l=

Câu 4: Một thanh thép ở 0 0C có độ dài 0,5 m. Tìm chiều dài thanh ở 20 0C. Biết hệ số nở dài của thép là 12.10– 6  K– 1

A.  0,62 m.                                B.  500,12 mm.               C.  0,512 m.                    D.  501,2 m.

Câu 5: Một thước thép ở 0o C có độ dài 2000mm. Khi nhiệt độ tăng đến 20o C, thước thép dài thêm một đoạn là: ( biết hệ số nở dài thước thép 12.10 – 6K-1)

A.  0,48mm                                         B. 9,6mm                                            C. 0,96mm                  D.  4,8mm

Câu 6: Với kí hiệu: l0 là chiều dài ở 00C ; l là chiều dài ở t0C ; là hệ số nở dài. Biểu thức nào sau đây là đúng với công thức tính chiều dài l ở t0C?

A. l = l0 +                             B. l = l0 t                              C. l =             D. l = .

Câu 7: Với ký hiệu : V0 là thể tích ở 00C ; V thể tích ở t0C ;  là hệ số nở khối. Biểu thức nào sau đây là đúng với công thức tính thể tích ở t0C?

A. V = V0  – t            B. V = V0 + t            C. V = V0 ( 1+ t )                           D. V =

Câu 8: Một thanh ray dài 10m được lắp lên đường sắt ở nhiệt độ 200C. phải chừa một khe hở ở đầu thanh ray với bề rộng là bao nhiêu, nếu thanh ray nóng đến 500C thì vẫn đủ chỗ cho thanh dãn ra. (Biết hệ số nở dài của sắt làm thanh ray là  = 12. 10-6 k-1  ).

A. = 3,6.10-2 m                    B. = 3,6.10-3 m                  C. = 3,6.10-4 m       D.  = 3,6. 10-5 m

Câu 9: Hai thanh kim loại, Một bằng sắt và một bằng kẽm ở 00C có chiều dài bằng nhau, còn ở 1000C thì chiều dài chênh lệch nhau 1mm. Cho biết hệ số nở dài của sắt là  = 1,14.10-5k-1 và của kẽm là = 3,4.10-5k-1. Chiều dài của hai thanh ở 00C là:

A. l0 = 0,442mm                      B. l0 = 4,42mm.                      C. l0 = 44,2mm                        D. l0 = 442mm.

Câu 10 (NC): Một cái xà bằng thép tròn đường kính tiết diện 5cm hai đầu được chôn chặt vào tường. Cho biết hệ số nở dài của thép 1,2.10-5 k-1, suất đàn hồi 20.1010N/m2. Nếu nhiệt độ tăng thêm 250C thì độ lớn của lực do xà tác dụng vào tường là :

A. F = 11,7750N                     B. F = 117,750N.                    C. F = 1177,50 N                    D. F = 11775N.

Câu 11: Một bình thuỷ tinh chứa đầy 50 cm3 thuỷ ngân ở 180C . Biết: Hệ số nở dài của thuỷ ngân là : = 9.10-6 k-1.Hệ số nở khối của thuỷ ngân là :  = 18.10-5k-1. Khi nhiệt độ tăng đến 380C thì thể tích của thuỷ ngân tràn ra là:

A. = 0,015cm3                  B. = 0,15cm3                           C. = 1,5cm3             D. = 15cm3

Câu 12: Một thanh ray có chiều dài ở 00C là 12,5m. Hỏi khi nhiệt độ là 500C thì nó dài thêm bao nhiêu? (biết hệ số nở dài là 12.10 – 6K – 1)

A. 3,75 mm                            B. 6 mm                      C. 7,5 mm                   D. 2,5 mm

Câu 13: Người ta muốn lắp một cái vành bằng sắt vào một bánh xe bằng gỗ có đường kính 100cm. Biết rằng đường kính của vành sắt lúc đầu nhỏ hơn đường kính của bánh xe 5mm. Vậy phải nâng nhiệt độ lên thêm bao nhiêu để có thể lắp vành sắt vào bánh xe? Biết hệ số nở dài của sắt bằng: 12.10 – 6K – 1, coi sự nở dài của gỗ là vô cùng nhỏ.

A. 5350C                     B. 2080C                    C.  4190C                   D. 2340C

Câu 14: Một tấm kim loại hình vuông ở 0oC có độ dài mỗi cạnh là 40cm. khi bị nung nóng, diện tích của tấm kim loại tăng thêm 1,44cm2. Xác định nhiệt độ của tấm kim loại? Biết hệ số nở dài của kim loại này là 12.10-6 1/K.

A. 2500oC                  B. 3000oC                       C. 37,5oC                    D. 250oC

Câu 15: Điều nào sau đây là đúng liên quan đến sự nở dài?

A. Độ giãn nở tỉ lệ thuận với chiều dài ban đầu.        B. Chiều dài của vật tỉ lệ thuận với nhiệt độ.

C. Hệ số nở dài cho biết độ gia tăng nhiệt độ khi vật nở dài thêm 1cm.

D. Hệ số nở dài cho biết chiều dài tỉ đối khi nhiệt độ tăng 10C