Chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình Hai loại chất rắn • chất kết tinh: có dạng hình học xác định • chất vô định hình: không có dạng hình học xác định.. - Chất rắn có thể kết tinh
Trang 1chuyên đề chất rắn
a lí thuyết
I Phân loại vật rắn
1 Chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình
Hai loại chất rắn
• chất kết tinh: có dạng hình học xác định
• chất vô định hình: không có dạng hình học xác định
2 Tinh thể-mạng tinh thể:
- Khối chất rắn kết tinh nhỏ nhất gọi là: tinh thể Mỗi tinh thể đợc tạo bởi các hạt( phân tử, nguyên tử, ion) chiếm các vị trí xác định và lặp lại tuần hoàn nhờ lực tơng tác Sắp xếp trật tự này gọi là mạng tinh thể
- Chất rắn có thể kết tinh theo nhiều kiểu mạng tinh thể và tồn tại ở 2 dạng:
*Chất rắn đơn tinh thể: toàn bộ khối chất rắn là một tinh thể
*Chất rắn đa tinh thể: khối rắn gồm nhiều tinh thể sắp xếp hỗn độn.
3 Tính chất của 2 loại chất rắn.:
a) Chuyển động nhiệt:
Chất kết tinh
- Các hạt dao động quanh vị trí cân bằng xác
định
- Nhiệt độ càng cao thì dao động càng mạnh
Chất vô định hình
-Các hạt dao động quanh vị trí cân bằng phân
bố theo trật tự gần
-Nhiệt độ càng cao thì dao động càng mạnh
b)Tính dị hớng-Tính đẳng hớng
Chất kết tinh
*Có tính dị hớng(các tính chất vật lí, cơ học
tùy thuộc theo phơng)
Chất vô định hình
*Có tính đẳng hớng(các tính chất vật lí, cơ
học nh nhau theo phơng) c) Nhiệt độ nóng chảy
Chất kết tinh
*Có nhiệt độ nóng chảy xác định
Chất vô định hình
*Không có nhiệt độ nóng chảy xác định
II Biến dạng cơ của vật rắn
1 Biến dạng đàn hồi-biến dạng dẻo:
-Khi có lực tác dụng thì vật rắn biến dạng Có 2 loại:
*Biến dạng đàn hồi: vật rắn trở về hình dạng và kích thớc ban đầu khi lực thôi tác dụng
*Biến dạng dẻo (còn d): vật rắn không trở về hình dạng và kích thớc ban đầu khi lực thôi tác dụng
2 Các loại biến dạng- định luật Húc:
-Có các loại: - biến dạng kéo, nén, lệch, uốn, xoắn
- Định luật Húc:
Độ biến dạng tỉ đối của vật rắn tỉ lệ với ứng suất gây ra nó.
Biểu thức:
0
l
l E S
F = ∆
l
S E
0 Dạng khác:
F = k.∆l với
0
l
S E
k=
3 Giới hạn bền
* Khi lực ngoài tác dụng đạt giá trị Fb nào đó thì thanh rắn bị đứt (gãy) ứng suất σbtơng ứng gọi là giới hạn bền
Trang 2F b
b = σ
IV Sự nở vì nhiệt
1 Sự nở dài.
t l
l = ∆
∆ 0α hay l =l0( 1 +α∆t)
2 Sự nở khối:
t V
V = ∆
∆ 0α hay V =V0( 1 +α∆t)
Với β ≈3α
b Câu hỏi và bài tập
I Câu hỏi
Câu1 Cấu trúc của chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình khác nhau nh thế nào?
Câu 2 Mạng tinh thể cho ta biết điều gì?
Câu 3 Hãy cho biết sự khác nhau của vật rắn đơn tinh thể và đa tinh thể?
Câu 4 Chuyển động nhiệt của các hạt trong chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình giống và khác
nhau ở điểm nào?
Câu 5 Trong điều kiện nào thì chất rắn bị biến dạng đàn hồi ? Bị biến dạng dẻo? Biến dạng đàn hồi có
ích hay có hại? Biến dạng dẻo có ích hay có hại?
Câu 6 Sự nở vì nhiệt của vật rắn có lợi hay có hại? Lấy ví dụ minh họa?
Câu 7 Một quả cầu làm bằng chất rắn đơn tinh thể Khi tăng nhiệt độ của quả cầu thì kích thớc và hình
dạng có thay đổi không ? Vì sao?
Câu 8 Vì sao không nên ăn các thức ăn quá nóng hoặc quá lạnh?
II Bài tập
Bài 1 Một thanh đồng chất có tiết diện ngang là 1,5 cm2 dài 4m Khi treo một vật nặng 330 kg vào đầu dới thì thanh dài thêm 0,07 cm Lấy g = 9,8 m/s2 Hãy tính:
a) ứng suất
b) độ biến dạng tỉ đối
c) suất I-âng
Bài 2 Một dây đồng thau có chiều dài 1,8m có đờng kính tiết diện là 0,8 mm Kéo dây bởi một lực 25 N
thì nó dãn ra 1,0 mm Tìm suất I-âng của đồng thau?
Bài 3 Một thanh thép có suất I-âng là 2.1011 Pa và đờng kính tiết diện ngang là 2,0 cm Nén thanh bởi một lực có độ lớn 1,57.105N thì độ biến dạng tỉ đối bằng bao nhiêu?
Bài 4 Kéo căng một sợi dây có chiều dài 5m, tiết diện là 2,5 mm2 bằng một lực 200N ta thấy dây thép dài thêm 2mm Xác định E?
Bài 5 Xác định hệ số đàn hồi của một lò xo, biết rằng khi treo một vật có khối lợng m = 200g thì lò xo
dãn thêm 1,5 cm Lấy g = 9,8 m/s2
Bài 6 Một sợi dây thép có đờng kính 1 mm, đợc căng ngang giữa 2 cái đinh cách nhau một khoảng 2m
Treo vào điểm giữa O của dây một vật nặng có khối lợng 250 g thì ta thấy điểm O bị hạ thấp một khoảng
h = 2,5 cm.Tính E của thép, lấy g = 10 m/s2
Bài 7 Hai dây nhôm và thép có cùng chiều dài, nhng tiết diện khác nhau Hai đầu trên đợc giữ cố định
trên một đờng nằm ngang, hai đầu dới gắn chặt với 2 đầu của một thanh đồng chất tiết diện đều, có khối lợng là 10 kg Lấy g = 10 m/s2
a).Tỉ số giữa tiết diện của 2 thanh là bao nhiêu để cho thanh đồng chất luôn nằm ngang? Biết
Enh=7.1010Pa và Et= 2,1.1010Pa
b) Độ dãn của mỗi dây là bao nhiêu? Biết mỗi dây dài 2m và tiết diện dây nhôm là 2,5 mm2
Bài 8 Một dây có tiết diện ngang là 0,025 cm2 Giới hạn bền của dây là 6.108Pa Lấy g = 10 m/s2 Phải treo vào dây một vật có khối lợng bao nhiêu thì dây không bị đứt?
Bài 9 Dây AB là sắt còn dây CD là đồng Hai dây có cùng
chiều dài và tiết diện ngang Một thanh cứng nhẹ BD dài 0,8m
có treo một vật nặng P Hỏi phải treo vật nặng P ở vị trí nào
trên thanh BD để thanh luôn nằm ngang? Biết thanh không biến A C
dạng và EFe= 1,96.1011Pa và ECu = 1,17.1011Pa
Bài 10 Một thanh ray dài 10m đợc ráp trên đờng sắt ở 200C
Phải để một khe hẹp ở 2 đầu của thanh ray có bề rộng là bao nhiêu để B D
thanh ray nở tự do khi nhiệt độ tăng đến 400C Biết α = 15.10-6 K-1
Bài 11 Một cái xà bằng thép có tiết diện ngang là 26 cm2gắn chặt vào 2 đầu bức tờng Xác định lực mà
xà tác dụng lên tờng nếu nhiệt độ của nó tăng thêm 200 Biết α = 0,00001K-1, và E=2.1011
một đoạn đúng bằng khi nó bị căng bởi một lực 300N? Biết hệ số nở dài α = 0,00001K-1, và suất I-âng là
E =20.1010Pa
Bài 13 Hai thanh Fe và Zn dài bằng nhau ở 00C, còn ở 1000C thì chênh nhau là 1mm.Hỏi chiều dài của 2 thanh đó ở 00C Biết hệ số nở dài của sắt là 11,4.10-6 K-1, còn của kẽm là 34.10-6 K-1
Trang 3Bai14 Hai thớc mét, một thớc bằng thép còn một thớc bằng nhôm ở 00C chúng có độ dài đúng bằng 1m Hỏi 300C chúng có độ dài chênh lệch nhau bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của thép và nhôm lần luợt
là α 1= 11,0.10 -6 K-1; α2= 24,5.10 -6 K-1
nung nóng tới 1200C Biết hệ số nở dài của đồng là α = 17.10-6 K-1
Bài 16 Một dây nhôm có chiều dài l=50 cm, tiết diện thẳng là 4 mm2 Biết α= 23.10-6 K-1, suất đàn hồi
là E = 7.1010Pa
a) Phải kéo 2 đầu dây nhôm bằng một lực bao nhiêu để nó dãn thêm 0,2mm?
b) Nếu không kéo dây nhôm mà vẫn làm cho nó dãn ra 0,2mm ta phải tăng nhiệt độ trên toàn bộ dây nhôm bao nhiêu độ ? Biết ban đầu nhiệt độ của dây nhôm là 200C
c) Tính lực kéo làm đứt dây nhôm Nhôm có giới hạn bền là σb= 0,1.109 Pa
Câu 16: Sợi dây thép nào dới đây chịu biến dạng dẻo khi ta treo vào nó một vật nặng có khối lợng 5kg
(Lấy g = 10m/s2) Cho biết giới hạn đàn hồi và giới hạn bền của thép là 344.106Pa và 600.106Pa
a Sợi dây thép có tiết diện 0,05 mm2 B Sợi dây thép có tiết diện 0,10 mm2
A Sợi dây thép có tiết diện 0,20 mm2 D Sợi dây thép có tiết diện 0,25 mm2
này tạo nên một lực kéo dây bằng 25N và làm dây dài thêm một đoạn bằng 1mm Suất đàn hồi của kim loại đó là:
a 8,95.1010Pa B 7,75.1010Pa C 9,25.1010Pa D 8,50.1010Pa
đứng trên một đế rất chắc để chống đỡ một mái hiên Mái hiên tạo một lực nén thanh là 3450N Hỏi độ biến dạng tỉ đối của thanh
∆ 0
l
l
là bao nhiêu?
giữa hai đầu thanh ray để nếu nhiệt độ ngoài trời tăng lên đến 500C thì vẫn đủ chỗ cho thanh giãn ra: biết
hệ số nở dài của sắt α =11, 6.10 (− 6 K− 1)
biết hệ số nở dài của nhụm α =24.10 (− 6 K− 1)
chiều dài chờnh lệch nhau 1 mm Biết hệ số nở dài của Fe là 1,14.10-5 K-1 , của Al là 3,4.10-5 K-1 Chiều dài của 2 thanh ở OoC là :
Cõu 22 Một xà beng bằng thộp trũn đường kớnh tiết diện 4 cm, hai đầu được chụn chặt vào tường Lực
mà xà tỏc dụng vào tường là bao nhiờu khi nhiệt độ của xà beng tăng thờm 40oC ? Biết hệ số nở dài và suất đàn hồi của thộp lần lượt là 1,2.10-5K-1 và 20.1010 N/m2
A 152 000 N B 142 450 N C 120 576 N D Khụng cú giỏ trị xỏc định
Cõu 23 Một thanh nhụm và một thanh thộp ở 0oC cú cựng độ dài lo Khi nung hai thanh tới 100oC thỡ độ dài của hai thanh chờnh nhau 0,5 mm Tớnh độ dài lo Biết hệ số nở dài của nhụm là 24.10-6 K-1 và của thộp là 12.10-6 K-1
A lo ≈ 1500 mm B lo ≈ 500 mm C lo ≈ 417 mm D lo ≈ 250 mm