Vật lý 10 chương 7 đề bài

CHUONG CHAT RAN — CHAT LONG ~SU CHUYEN THE © 2 Việt được công thức tính độ biên dạng tỉ đôi, ứng suât chât răn, suât đàn hôi E, độ cứng k và lực đàn hồi Hạ, khi vật bị biến dạng đàn hồi

CHUONG CHAT RAN — CHAT LONG

~SU CHUYEN THE

© 2 Việt được công thức tính độ biên dạng tỉ đôi, ứng suât chât răn, suât đàn hôi E,

độ cứng k và lực đàn hồi Hạ, khi vật bị biến dạng đàn hồi

mm k Viết được công thức tính độ nở dài (nở khối) tỉ đối, độ nở dài, độ nở khối của Ê

vật rắn và mối quan hệ giữa hệ số nở dài và hệ số nở khối

1 Van dụng các công thức vê biên dạng cơ và biên dạng nhiệt của vật răn đê II 1P II

giải các bài tập liên quan

I LY THUYET TRỌNG TÂM

A CAU TRUC CHAT RAN

Chất rắn hay vật chất nói chung đều được cấu tạo từ các hạt nguyên tử, phân tử Dựa vào cách sắp xếp trật

tự của các hạt nay ma chat ran dugc chi ra lam 2 loai: chat ran két tinh va chat ran vô định hình

1

1 Chat ran két tinh

a Dinh nghia

Chất răn kết tinh có cấu trúc tinh thể Với cấu trúc này các hạt

được liên kết chặt chẽ với nhau băng những lực tương tác và sắp xếp

trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân băng của nó ail

Chất rắn có cấu trúc tinh thể khác nhau thì tính chất vật li khác kửm!oại (đa tỉnh thế) muối ăn (don tinh thé)

nhau (kể cả được cầu tạo từ cùng một loại hạt)

Chat don tinh thé (kim cương, than chì, ) có tính dị hướng (tính og “a “wo %o

chât vật lí khác nhau theo các hướng) a ; ; cố 3 , Cấu trúc tỉnh thé Cầu trúc tinh thể

nd GA Tên ue đun loại, pop kim, ) có tính đăng hướng (tính hich ưng than chỉ

2 Chat ran v6 dinh hinh

Giữ có định đầu A, tac dụng vào đầu B của thanh một ngoại lực

F, thanh bị kéo dài ra đến chiều dài l, đồng thời tiết diện S của thanh

bị co lại Khi đó ta nói thanh AB bị biên dạng cơ

Biến dạng cơ của vật răn là sự thay đối hình dạng và kích thước Thanh bị dài ra khi chịu ngoại lực Ê

của vật răn dưới tác dụng của ngoại lực F

c—fs — |AI

tí

Có hai loại biến dạng: biến dạng đàn hỏi và biến dạng không

đàn hôi (biên dạng mêm))

Biến dạng đàn hồi là biến dạng mà khi thôi ngoại lực tác dụng,

vật lây lại hình dạng và kích thước ban đâu

Biến dạng không đàn hồi (biến dạng dẻo) là khi tăng ngoại lực

tác dụng đên một giá trị nhât định thì khi thôi ngoại lực tác dụng,

vật không lây lại được hình dạng và kích thước ban đâu Giới hạn

trong đó vật răn còn giữ được tính đàn hôi của nó gọi là giới hạn

đàn hôi

Dưới đây ta chỉ sẽ xét biến dang dan hồi của vật răn

1 Định luật Húc

Nội dung: Trong giới hạn đàn hỏi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn

(đông chât, hình trụ) tỉ lệ thuận với ứng suât tác dụng vào vật đó

Biêu thức: g= —— = œ.G (2)

0

Trong đó:

œ: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc chat liéu vat ran (N/m)

G: Ưng suât của chât răn (Pa): o=— = (3)

2 Lực đàn hôi

Dây chun biến dạng mẻm (khi kéo căng dây

chun quá đả dây chun bị đứt)

Khi lực kéo F làm vật rắn biến dang thi trong vật rắn xuất hiện lực đàn hồi F, chống lại biến dang của vật Theo định luật II Niu-tơn: F„ =—F

Kết hợp với (3) suy ra: F,, = F=o8 (4)

k phụ thuộc cả chất liệu và kích thước vật răn

C SU NO VI NHIET CUA VAT RAN

At=t—tạ ; (độ C hoặc K): là độ tăng nhiệt độ của thanh

œ(K”) là hệ số nở dài phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn

Sự nở đài là sự tăng độ dài của vật răn khi nhiệt độ tăng

Độ nở dài của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ At và chiều dài ban đầu (, của vật ran

Al =a.€,.At

2 Sự nở khối

Tương tự sự nở đài, sự nở khối là sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng

Độ nở khối của vật rắn (đồng chất, đăng hướng) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ At =t— tạ Và thể tích ban đầu Vo

AV =ÿ.V,.At Trong do B(K™): là hệ số nở khối B ~ 3œ

không đàn hồi ` \a¢|

=0G

Ví dụ: Một dây thép đài 2 m có tiết dién 5 mm”

Khi kéo băng một lực 900 N thì dây dãn ra một

đoạn 2 mm Suât I-âng của thép là bao nhiêu Hướng dẫn giải

Từ công thức tính lực đàn hồi F, = k|Ad| suy ra dé

a Tính suất đàn hồi của sợi dây

b Cặt dây thành ba phần băng nhau rồi kéo bằng một lực 30 N thì độ dan ra là bao nhiêu?

b Khi cät dây thành 3 phần bằng nhau thì mỗi phần dây có độ cứng gấp 3 lần so với dây ban dau

Nếu kéo dây cũng băng lực 30N thì độ dãn sẽ giảm đi 3 lần => A/= 0,4mm

Ví dụ 2:

a Phải treo một vật có khối lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có hệ số đàn hồi k = 250 N/m để nó dãn ra

Af£ = 1 cm Lây g= 10 m/s2

b Một sợi dây băng đồng thau dài 1,8 m có đường kính 0,8 mm Khi bị kéo băng một lực 25 N thi thanh dan

ra một đoạn băng 1 mm Xác định suất I-âng của đồng thau

Hướng dẫn giải

a Tìm khối lượng m

Vật m chịu tác dụng của trọng lực P và lực đàn hồi F

Ta có: P+F=0 (ở trạng thái cân băng)

Độ biến dạng của lò xo treo thắng đứng ở vị trí cân bằng: mg

V6i K =25N; ¢, =1,8m;d =0,8mm = 8.10 m; A¢ =10°m

Nén: E= 425.18 = 8,96.10'°Pa

3,14.(8.10*) 10°

Vi dụ 3: Một thanh trụ tròn băng đồng thau dài 10 cm, suất đàn hỏi 9.10° Pa, có đường kính 4 cm

a Tìm chiều dài của thanh khi nó chịu lực nén 100000 N

b Nếu lực nén giảm đi một nửa thì đường kính phải là bao nhiêu đề chiều dài của thanh vẫn là không đổi Hướng dẫn giải

a Chiêu đài của thanh khi chịu lực nén F = 100000 N

II BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Khi băn cung người ta kéo dây cung thì cánh cung bị biến dạng:

6

A Bién dang kéo B Bién dang lệch

C Biến dạng đàn hồi D Biến dạng dẻo

Cầu 2: Trong giới hạn đàn hồi, với một thanh bị biễn đạng kéo thì lực đàn hồi có tính chất nào sau đây?

A Ngược chiều, tỉ lệ nghịch với độ biến dang B Cung chiều, tỉ lệ nghịch với độ biến dang

C Nguoc chiều, tỉ lệ với độ biến dang D Cung chiều, tỉ lệ với độ biến dang

Cầu 3: Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dang tỉ đối kéo hay nén của thanh răn tỉ lệ thuận với

A độ dài ban đầu của thanh B tiết điện ngang của thanh

C ứng suất kéo hay nén của thanh D độ cứng của thanh

Câu 4: Nguyên nhân gây biến dạng của vật răn:

Câu 5: Chọn câu trả lời sai:

A Hệ số đàn hồi của thanh tỉ lệ thuận với suất đàn hồi của chất làm thanh

B Hệ số đàn hồi của thanh phụ thuộc vào nhiệt độ của thanh

C Hệ số đàn hồi của thanh phụ thuộc vào kích thước của thanh và suất đàn hồi của chất làm thanh

D Hệ số đàn hồi của thanh tỉ lệ thuận với tiết diện ngang và tỉ lệ nghịch với chiều dài ban đầu của thanh

Cau 6: Mot soi day kim loại đài 1,8 m có đường kính 0,8 mm Người ta dùng nó đề treo một vật nặng Vật này tạo nên một lực kéo dây băng 25 N và làm dây dài thêm một đoạn băng | mm Suat I-âng của kim loại đó là:

A 8,95.10°Pa B 7,75.10”Pa C 9,25.10”Pa D 8,50.10Pa

Câu 7: Một thanh trụ đường kính 5 cm làm băng nhôm có suất I-âng là E = 7.1010 Pa Thanh này đặt thắng

đứng trên một đê rât chăc đê chông đỡ một mái hiên Mái hiện tạo một lực nén lên thanh là 3450 N Hỏi độ biên

dạng tỉ đối của thanh 2) là bao nhiêu?

Câu 10: Một dây thép dài 2 m có tiết điện 3 mm2 Khi kéo băng một lực 600 N thì dây dãn ra một đoạn 2 mm

Suât l-âng của thép la

A 2.1019 Pa B 2.10! Pa C 4.1019 Pa D 4.101! Pa

Cầu 11: Một thanh thép dài 4 m, tiết diện 2 cm2 Phải tác dụng lên thanh thép một lực kéo bằng bao nhiêu để

thanh dài thêm 1,5 mm? Có thê dùng thanh thép này đê treo các vật có trọng lượng băng bao nhiêu mà không bị

đứt? Biệt suât I-âng và giới hạn hạn bên của thép là 2.101! Pa và 6,86.10Š Pa

Cầu 12: Một dây thép có chiều dài 2,5 m, tiết diện 0,5 mm2, được kéo căng bởi một lực 80 N thì thanh thép dai

ra 2 mm Tính:

a Suất đàn hồi của sơi dây

b Chiều dài của dây thép khi kéo bởi lực 100N, coi tiết diện dây không đổi.

Dang 2: Sw né vi nhiét cia chat ran

> Phương pháp giải

Ap dụng các công thức vê biên dạng và sự nở vì

nhiệt của vật răn

* Sự nở đài: £=, (I+œAt), trong đó œ là hệ

số nở dải

* Sự nở khối: V= V, (I+BAt) trong đó B là hệ

số nở khối B = 3a

> Ví dụ mẫu

Ví dụ: Một thanh kim loại bằng sắt có chiều đài l

m ở 20°C Khi nhiệt độ tăng đến 100°C thì độ dài

của thanh là bao nhiêu? Biết hệ số nở dai cua sat

băng 11.105 K1

A 1,00062 m B 1,00088 m

C 1,00036m D 1,00096 m Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức nở dài ta có:

£=f,(1+œAt)=1L| 1+11.105.(100—20) |

= 1,00088 m

Chon B

Ví dụ 1: Một khôi hộp bằng đông có thê tích 1 m ở 0°C Biết hệ số nở dài của dong bang 17.10°K™ và hệ số

nở khôi gâp ba lân hệ sô nở dài Khi nhiệt độ tăng đên 100°C thì khôi đông trên có thê tích băng

Ví dụ 2: Ở 0°C, khối lượng riêng của sắt là 7,8.103 kg/m Ở 800°C thì khối lượng riêng của nó bằng bao

nhiêu? Biết hệ số nở dài của sắt băng 11.10 “K”'

Do khối lượng m không đổi nên khi nhiệt độ thay đối, V thay đổi làm cho D thay đổi

Ở 0°C, khối lượng riêng của sắt: Dạ = v = 7,8.10° (kg/m’) (1)

0

O 800°C, thể tích của khối sat: V = V, (1+BAt)

VV, (1+BAt)

Chia vé (2) cho (1) ta duge: — = ! => D=7,599.10° (kg /m’)

D, 1+BAt

Chon B

Vi du 3: Mot thanh ray duong sat dai 15 m ở nhiệt độ 25C Phải có một khe hở bao nhiêu giữa hai đầu thanh

ray đê nêu nhiệt độ ngoài trời tăng đên 60°C thì vân đủ chỗ cho thanh dãn ra Cho hệ sô nở dài của thép là 114.10°K”

Hướng dẫn giải

Gọi độ rộng khe hở giữa hai thanh là h Nếu ở nhiệt độ \, vật dài

l,=Lo (I+ơ.At,) thì ta có

Vì các thanh ray được đặt nối tiếp nhau, ở cả hai đầu thanh ray đều thé coi gan dung modi quan hệ: TC CA cay ‘

có khe hở mối quan hệ và các thanh ray nở cả về hai đầu đối diện

nên khe hở phải có độ rộng h tương ứng với độ nở dài của một t; =¢,.[1+a(t, -t,) | thanh ray khi nhiệt độ tăng từ 25°C lên 60°C

Ví dụ 4: Hai thanh kim loại, một băng sắt và một băng kẽm ở 0°C có chiều dai bang nhau, con 6 100°C thi

chiêu dài chênh lệch nhau 1 mm Tim chiéu dai hai thanh 6 O°C Biét hé so no dai cua sat va kém là

Gọi £5,,05 1a dO dai ban dau cac canh cua la đồng ớở nhiệt độ tạ = 20°C

Ở nhiệt độ t, = 600°C độ dài các cạnh lá đồng là: , = /„¡(I+œ.At,) và £; =#„(1+œ.At,)

Diện tích của lá đồng ở nhiệt độ t, là:

S, = 0.0) = lol (I+ a.At,) =S, (14+ 20.At, +0.At?)

Vi œ rất nhỏ nên số hạng chứa œ” càng nhỏ, có thể bỏ qua, do đó

Ta có: S, =S,(I+20.At,)=0,6.0,5.(1+2.17.1075.(600—20)) ~ 0,3050m”

Diện tích tăng lên: AS=§, —S, =0,3059—0,30 =0,0059m”

Chọn D

> Bài tập tự luyện dạng 2

Câu 1: Khi lắp vành sắt vào bánh xe bằng gỗ ban đầu người ta đốt nóng vành sắt rồi mới lắp vào bánh xe là đề:

A Giúp cho vành sắt làm quen với điều kiện làm việc khắc nghiệt

B Vành sắt nóng sẽ giết chết các con côn trùng sông ở bánh xe để làm tăng tuổi thọ cho bánh xe

C Vành sắt nóng có tác dụng làm khô bánh xe giúp tăng ma sát để đảm bảo cho vành sắt không bị tuột khỏi bánh xe

D Vành sắt nóng nở ra nên dễ lắp vào bánh xe, đồng thời khi nguội đi sẽ ôm chặt vào bánh xe

Câu 2: Một tâm kim loại hình chữ nhật ở giữa có đục thủng một lỗ tròn Khi ta nung nóng tắm kim loại này thì đường kính của lỗ tròn

A tăng lên

B giảm di

C không đồi

D có thế tăng hoặc giảm tùy thuộc bản chất của kim loại

Câu 3: Chọn câu sai khi nói về sự nở vì nhiệt của vật rắn

A giữa hai đầu thanh ray xe lửa bao giờ cũng có một khe hở

B ống dẫn khí hay chất lỏng, trên các ống dài phải tạo ra các vòng uốn

€ tôn lợp nhà phải có hình lượn sóng

10

D sự nở vì nhiệt của vật rắn chỉ có hại

Câu 4: Chon cau sai:

A Hệ số nở dài và hệ số nở khói có cùng đơn vị là K1 (hoặc độ ))

B Hệ số nở khối của chất rắn lớn hơn hệ số nở khói của chất khí

C Hệ số nở khối của một chất xâp xỉ băng 3 lần hệ số nở dài của chất ây

D Sắt và bê tông có hệ số nở khối bằng nhau

Câu 5: Chọn câu trả lời đúng: Nguyên tắc hoạt động của dụng cụ nào sau đây liên quan tới sự nở vì nhiệt

C Bếp điện D Cả nhiệt kế thủy ngân và băng kép

Câu 6: Chọn câu trả lời đúng: Độ nở dài của vật rắn không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?

A Chiêu dài vật rắn B Tiết diện vật rắn

Câu 7: Mỗi thanh ray đường sắt đài 10 m ở nhiệt do 20°C Phai dé một khe hở nhỏ nhất là bao nhiêu giữa hai đâu thanh ray đê nêu nhiệt độ ngoài trời tăng lên đên 50°C thì vân đủ chỗ cho thanh giãn ra Biệt hệ sô nở dài

của sắt là 11,4.10”K”

Câu 8: Một âm nhôm có dung tích 2 lít ở 20°C Chiếc âm đó có dung tích là bao nhiêu khi nó ở 80°C? Biét hé

số nở dài của nhôm a = 24,5.10°K™

A 2,003 íít B 2,009 lit C 2,012 lit D 2,024 lit

Cầu 9: Chọn câu trả lời đúng: Một thước thép ở 20°C có độ dài 100 cm Khi tăng nhiệt độ đến 40°C, thước thép

này dài thêm bao nhiêu? Hệ số nở dài của thép 11.10 “K""

Câu 10: Chọn câu trả lời đúng: Vật rắn không có tính chất nào sau đây:

A Tính đàn hôi B Tính dẻo

Câu 11: Chọn câu trả lời sai: Khối lượng riêng của thuỷ ngân ở 0°C là D, = 1,36.10” kg/m” Hệ số nở khối của thuỷ ngân là 1,82.10 K-! Khôi lượng riêng của thuỷ ngân ở 40°C bang

A 1,35.10! kg/mỷ B 1,35.10! g/lít

C 1,35.10* g/cm’ D 1,35.104 g/mm’

Cầu 12: Chọn câu trả lời đúng: Một tam nhom hinh vuông có cạnh 50 cm ở nhiệt độ 10°C Diện tích của nó

tăng lên bao nhiêu khi nhiệt độ là 40°C Biết hệ sô nở dài của nhôm là 24,5.10 K1

Câu 13: Một thanh thép đường kính 5 cm, hai đầu gắn chặt vào hai bức tường Cho hệ số nở dài của thép

œ =1,2.10”K””, suất I-âng E = 20.1019 Pa Khi nhiệt độ tăng thêm 50°C, thì lực của thanh tác dụng vào tường là:

A 252.10°N B 1572.10°N C 202.10°N D 7,57.10°N

Cau 14: Chọn câu trả lời đúng: Một qua cầu bang kim loại có đường kính d = 4 cm ở nhiệt độ t, = 20°C và có

hệ số nở dài là œ = 11.10 “K”" Khi nung nóng đến nhiệt độ t, = 120°C thì độ tăng thể tích của quả câu đó là:

A 166°C B 83°C C 419°C D 208°C

Câu 16: Một khối đông có kích thước ban dau 0,1 5.0,2.0,3 (m*) khi nung néng đã hấp thụ một nhiệt lượng

băng 1,8.105 J Tính độ biên thiên thê tích của khôi đông Cho biệt khôi lượng riêng của đông băng 8,9.10” kg/mỶ, nhiệt dung riêng của đông 380.J/kg.K, hệ sô nở dài của đông 1,7.10”K-!

Câu 19: Tính luc cần đặt vào thanh thép với tiét dién S = 10 cm? dé không cho thanh thép dan no khi bị đốt

nóng từ 20°C lên 50°C, cho biết œ = 12.10 “K”',E=2.10''Pa

Câu 20: Một dây nhôm dài 2 m, tiết diện § mm? ở nhiệt độ 20°C

a Tìm lực kéo dây để nó dài ra thêm 0,8 mm

b Nếu không kéo dây mà muốn nó dài ra thêm 0,8 mm thì phải tăng nhiệt độ của dây lên đến bao nhiêu độ?

Cho biết suất đàn hồi và hệ số nở dài tương ứng của dây là E=7.10'°Pa;œ = 2,3.10 K1

12

BAI 2 CHAT LONG

MUC TIEU

a a iT Trình bày được hiện tượng căng bề mặt chất lỏng và viết được công thức tính

lực căng bề mat chat long

~

Camere

trong trường hợp thành bị dính ướt và không dính ướt

iT Vận dụng công thức tính lực căng bê mặt chất lỏng để giải bài tập liên quan =

không dính ướt, hiện tượng mao dẫn đề giải thích một số hiện tượng thực tế liên

quan

I LÍ THUYÉT TRỌNG TÂM

1 Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng là hiện Ví dụ: Các giọt nước thường có hình cầu do lực căng bê

tượng xảy ra tại bê mặt của chat long, tai do xuat mặt của nước có xu hướng giữ cho diện tích của bê mặt hiện lực căng bề mặt của căng bộ mặt của chất lỏng nước là nhỏ nhấi

là nhỏ nhất có thẻ

Lực căng bề mặt E tác dụng lên một đoạn * ?

đường nhỏ bắt kì trên bề mặt chất lỏng luôn có đặc

+ Phương: vuông góc với đoạn đường và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng

+ Chiều: làm giảm diện tích bé mat chat long

+ Độ lớn E tỉ lệ thuận với độ dài £ của đoạn đường đó

F =o

Trong đó ơ là hệ số căng bề mặt và đo bằng đơn vị Niu-tơn trên mét (N/m)

Gia tri cua G phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng: giảm khi nhiệt độ tăng

Giọt nước không bị dính ướt trên lá sen nên khum lại thành hình dẹt mà không bị lan ra

Nếu thành bình không bị dính ướt thì bề mặt chất lỏng ở sát

thành bình sẽ bị kéo dịch xuông phía dưới một chút và có dạng

Nguyên nhân của hiện tượng dính ướt hoặc không dính ướt là Con gong vó đứng trên mặt nước

do sự chênh lệch giữa lực tương tác giữa các phân tử ở bề mặt

chất lỏng và lực tương tác giữa các phân tử ở mặt vật rắn với các

phân tử chất lỏng Nếu lực tương tác giữa các phân tử ở bề mặt

chất lỏng lớn hơn lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng và các

phân tử ở mặt vật rắn thì sẽ xảy ra hiện tượng không dính ướt và ngược lại, nếu lực tương tác giữa các phân tử ở

bề mặt chất lỏng nhỏ hơn lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử ở mặt vật răn thì sẽ xảy ra

hiện tượng dính ưới

Chân gọng vó không bị dính ướt khi gọng vó đứng trên mặt nuớc

14