Đưa ra công thức về sự nở dài 25 phút - Thông báo: Sự tăng kích thước của vật rắn theo một hướng đã chọn chẳng hạn dọc theo chiều dài của một thanh rắn khi nhiệt động tăng.. - Vấn đề: Sự
Trang 1Sinh viên: Nguyễn Thị Quang Ngọc
GIÁO ÁN
Bài 36: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN
I MỤC TIÊU
1 Kiến thức
- Phát biểu và viết được công thức nở dài và nở khối của vật rắn
- Xác định công thức thể hiện quy luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích của vật rắn Chỉ rõ ý nghĩa vật lý và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối
- Ý nghĩa thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật
2 Kỹ năng
- Xử lý các số liệu thực nghiệm để rút ra 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 cộng 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
3 Thái độ, tình cảm, tác phong
- Cẩn thận, tỉ mỉ trong quá trình xử lý số liệu
- Có ý thức xây dựng bài
- Nâng cao khả năng tìm tòi, học hỏi
II CHUẨN BỊ
1 Giáo viên
Bộ dụng cụ thí nghiệm dùng đo độ nở dài của vật rắn
2 Học sinh
- Ôn lại kiến thức về sự nở vì nhiệt của chất rắn đã học ở lớp 6 ( chương III: Nhiệt học, bài 18: Sự nở vì nhiệt của chất rắn)
- Chuẩn bị bài mới: “ Sự nở vì nhiệt của vật rắn”
III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Trang 2Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1: Ổn định lớp Nhắc lại kiến thức cũ Đặt vấn đề (3 phút)
- Ổn định lớp
- Kiểm tra sĩ số lớp
- Nhắc lại kiến thức cũ:
+ Khi nung nóng hay làm lạnh một vật
rắn thì nó như thế nào?
+ Các chất rắn khái nhau nở vì nhiệt
giống nhau hay khác nhau?
+ Vậy khi nở ra hay co lại, đại lượng
nào của vật rắn thay đổi?
+ Tại sao giữa hai thanh ray của đường
ray xe lửa lại phải có một khe hở?
+ Đại lượng nào của thanh ray thay đổi
thi nhiệt độ tăng?
- Lớp trưởng báo cáo sĩ số
- Trả lời:
+ Vật rắn nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi
+ Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau
+ Thể tích và chiều dài
+ Vì khoảng cách ấy làm cho hai thanh ray không đội lên nhau đi dãn nở
vì nhiệt
+ Chiều dài
Hoạt động 2: Tiến hành thí nghiệm Đưa ra công thức về sự nở dài (25 phút)
- Thông báo: Sự tăng kích thước của vật
rắn theo một hướng đã chọn chẳng hạn
dọc theo chiều dài của một thanh rắn khi
nhiệt động tăng Đó là sự nở dài
- Vấn đề: Sự nở dài của vật rắn vật rắn
khi nhiệt độ tăng phụ thuộc vào những
yếu tố gì và tuân theo quy luật nào?
Biểu thức toán học nào thể hiện rõ quy
luật đó?
- Yêu cầu học sinh đề xuất phương án
thí nghiệm để đo độ nở dài của vật rắn
+ Dụng cụ thí nghiệm
- Trả lời:
+ Dụng cụ thí nghiệm:
Vật để đo độ nở dài: Thanh đồng
Nguồn nhiệt làm nóng thanh đồng:
Trang 3+ Các bước tiến hành thí nghiệm.
- Nhận xét phương án thí nghiệm học
sinh đưa ra Cụ thể là: việc đo nhiệt độ
thanh đồng bằng nhiệt kế là không khả
thi, đo chiều dài thanh đồng bằng thước
đo thường là không chính xác
- Giới thiệu phương án thí nghiệm như
SGK(trang 194)
- Tiến hành thí nghiệm biểu diễn:
+ Xác định nhiệt độ t0 và độ dàil0 ban
đầu của thanh đồng
+ Thay đổi nhiệt độ của thanh đồng
Đèn cồn
Nhiệt kế đo nhiệt độ và thước đo độ dài của thanh đồng trước và sau khi nung
+ Các bước tiến hành:
Đo nhiệt độ và chiều dài ban đầu của thanh đồng
Dùng đèn cồn nung nóng thanh đồng Sau đó dùng nhiệt kế đo nhiệt độ
và thước đo chiều dài thanh đồng
- Quan sát giáo viên làm thí nghiệm, ghi lại kết quả đo được
Đồng hồ micromet
Nước chảy vào
Nước
chảy ra
Nhiệt kế
Thanh đồng
Trang 4bằng cách thay đổi nhiệt độ của nước,
đọc độ dài tăng thêm l của thanh đồng
trên đồng hồ micromet
- Khi nhiệt độ tăng t thì thanh l0 tăng
thêm l Vậy mỗi đơn vị chiều dài của
thanh dài thêm bao nhiêu khi nhiệt độ
tăng 1℃?
- Độ tăng thêm này được gọi là α
α = lt.l
0
- Dựa vào bảng số liệu yêu cầu học sinh:
+ Tính giá trị trung bình của hệ số α
+ Với sai số khoảng 5%, nhận xét xem
hệ số α có giá trị không thay đổi hay
thay đổi?
+ Với α = const thì độ nở dài l phụ thuộc
vào yếu tố nào? Biểu thức tính ra sao?
- Kết luận:
+ Độ nở dài: l = α.l0.(t - t0)
+ Nếu thay l = l - l0 thì ta có:
l = l0.[1- α.(t - t0)]
Trong đó: l, l0 lần lượt là độ dài của
thanh đồng ứng với nhiệt độ t0 và nhiệt
độ t
- Quy nạp:
+ Người ta làm thí nghiệm với các vật
rắn có độ dài l0 khác nhau hoặc chất liệu
khác nhau cũng thu được kết quả tương
tự
+ Với mỗi vật rắn thì hệ số α là xác
định Nhưng đối với các vật rắn có chất
liệu khác nhau thì hệ số α là khác nhau
- Mỗi đơn vị chiều dài của thanh dài thêm một lượng lt.l
0 khi nhiệt độ tăng 1
℃
+Tính toán
+ Kết luận: Có thể coi hệ số α có giá trị không đổi với thanh đồng trong thí nghiệm
+ Vớiα = const thì l = α.t.l0 Khi đó, độ
nở dài tỉ lệ thuận với t và l0 Trong đó t
= t - t0
Trang 5Do đó, các vật rắn khác nhau thì nở vì
nhiệt khác nhau
- Tại sao người ta không làm những
thước đo chính xác bằng thép thường
mà bằng sắt – kền (hợp kim Inva)?
- Trả lời: Vì hệ số nở dài của Inva nhỏ, khi nhiệt độ thay đổi không quá lớn thì kích thước của thước thực tế không đổi
Hoạt động 3: Sự nở khối (8 phút)
- Khi đúc người ta đổ kim loại nóng
chảy vào khuôn Tại sao người ra phải
làm khuôn lớn hơn vật cần đúc?
- Trong trường hợp này, đại lượng nào
của vật đúc thay đổi khi vật nguội đi?
- Thông báo: Khi tăng nhiệt độ, kích
thước của một vật rắn theo các hướng
khác nhau đều tăng lên theo quy luật
của sự nở dài Như vậy thể tích của cả
vật cũng tăng lên Hiện tượng tăng thể
tích của một vật theo nhiệt độ gọi là sự
nở thể tích hay sự nở khối
- Vậy sự nở khối có tuân theo quy luật
nào không?
- Kết luận: Nhiều thí nghiệm chứng tỏ
rằng, độ nở khối V của vật rắn (đồng
- Kim loại nóng chảy khi rót vào khuôn,
nó đông lại thành vật cần đúc và vẫn còn ở nhiệt độ cao, khi nguội vật đúc sẽ
co lại Nếu kích thước của khuôn làm bằng đúng kích thước của vật cần đúc, lúc kim loại nguội kích thước của vật đúc sẽ nhỏ hơn
- Thể tích
- Trả lời: Độ nở khối tuân theo quy luật tương tự như độ nở dài:
V = β V0 t = β.V0.(t - t0) với β là hệ số nở khối
Trang 6chất, đẳng hướng) được xác định theo
công thức:
V = β V0 t = β.V0.(t - t0)
Trong đó: V = V – V0
Với V, V0 lần lượt là thể tích của vật rắn
ở nhiệt độ t0 và nhiệt độ t
* Lưu ý:
- Chỉ đối với vật rắn đồng chất, đẳng
hướng thì β ≈ 3α
- Công thức được áp dụng cho tất cả
các chất lỏng trừ nước ở nhiệt độ lân
cận 4℃ (vì ở nhiệt độ đó nước bị co lại
và có thể tích nhỏ nhất)
Hoạt động 4: Ứng dụng của sự nở vì nhiệt của vật rắn (6 phút)
- Yêu cầu học sinh chỉ ra những ví dụ về
sự nở vì nhiệt của vật rắn đã gặp ở trong
đời sống
Khái quát: Khi vật rắn nở ra hay co lại
đều tác dụng một lực khá lớn lên các vật
khác tiếp xúc với nó Do đó người ta
phải chú ý đến dự nở vì nhiệt trong kĩ
thuật Cụ thể: Khi chế tạo, lắp ráp máy
móc hoặc xây dựng các công trình,
người ta phải tính toán để khắc phục tác
dụng có hại của sự nở vì nhiệt sao cho
các vật rắn không bị cong hoặc nứt, gãy
khi nhiệt độ thay đổi
- Khi lợp mái nhà bằng tôn, người ta thường chỉ đóng đinh ở một đầu còn đầu kia dùng dây buộc
- Giữa hai đầu thanh ray của đường sắt phải có khi hở
- Hai đầu cầu sắt phải đặt trên các gối
đỡ xê dịch được trên các con lăn
Trang 7- Giới thiệu cho học sinh những ứng
dụng có lợi về sự nở vì nhiệt của vật
rắn: lồng ghép đai sắt vào các bánh xe,
chế tạo băng kép dùng làm rơle đóng –
ngắt tự động mạch điện,
Hoạt động 4: Củng cố Giao nhiệm vụ về nhà (3 phút)
- Nhắc lại những kiến thức trọng tâm
của bài học:
+ Phát biểu và viết được công thức nở
dài và nở khối của vật rắn
+ Xác định công thức thể hiện quy luật
phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích
của vật rắn Chỉ rõ ý nghĩa vật lý và đơn
vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối
- Giao nhiệm vụ về nhà:
+ Giải các bài tập trong SGK (trang 197)
+ Tìm hiểu thêm những ứng dụng
thực tiễn của việc tính toán độ nở dài
và độ nở khối của vật rắn trong đời
sống và kĩ thuật
NỘI DUNG GHI BẢNG
Bài 36: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN
I Sự nở dài
1 Thí nghiệm:
2 Kết luận:
- Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài
- Độ nở dài l của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt đột và độ dài ban đầu của vật đó
Trong đó:
+ l = l - l0: độ nở dài của vật rắn
Trang 8+ t = t - t0: độ tăng nhiệt độ của vật rắn.
+ l, l0lần lượt là độ dài của vật rắn ở nhiệt độ t, t0
+ α: hệ số nở dài (K -1)
- Đối với mỗi vật rắn thì hệ số α là xác định Nhưng đối với các vật rắn có chất liệu khác nhau thì hệ số α là khác nhau
II Sự nở khối
- Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối
- Độ nở khối V của vật rắn (đồng chất, đẳng hướng) được xác định theo công thức:
V = β V0 t
Trong đó:
+ V = V - V0: độ nở khối của vật rắn
+ t = t - t0: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
+ V, V0lần lượt là độ dài của vật rắn ở nhiệt độ t, t0
+ β: hệ số nở khối (K-1)
* Lưu ý:
- Chỉ đối với vật rắn đồng chất, đẳng hướng thì β ≈ 3α
- Công thức được áp dụng cho tất cả các chất lỏng trừ nước ở nhiệt độ lân cận
4℃ (vì ở nhiệt độ đó nước bị co lại và có thể tích nhỏ nhất)
III Ứng dụng
- Người ta lợi dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn để lồng ghép đai sắt vào các bánh
xe, chế tạo băng kép dùng làm rơle đóng – ngắt tự động mạch điện,
- Khi chế tạo, lắp ráp máy móc hoặc xây dựng các công trình, người ta phải tính toán để khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt sao cho các vật rắn không bị cong hoặc nứt, gãy khi nhiệt độ thay đổi