Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây
- Giải Vật Lí Lớp 10
- Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
- Giải Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
- Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
- Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 36 : Sự nở vì nhiệt của vật rắn giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Bài 36.1, 36.2, 36.3 trang 87 Sách bài tập Vật Lí 10:
36.1. Một thanh dầm cầu bằng sắt có độ dài 10 m khi nhiệt độ ngoài trời là 10oC. Độ dài của thanh dầm sẽ tăng thêm bao nhiêu khi nhiệt độ ngoài trời là 40oC. Cho biết hộ số nở dài của sắt là 11.10-6 K-1.
A. Tăng xấp xỉ 3,6 mm. B. Tăng xấp xỉ 1,2 mm.
C. Tăng xấp xỉ 4,8 mm. D. Tăng xấp xỉ 3,3 mm.
36.2. Một thanh nhôm và một thanh thép ở 0oC có cùng độ dài là l0. Khi nung nóng tới 100oC, độ dài của hai thanh chênh nhau 0,5 mm. Xác định độ dài l0 của hai thanh này ở 0oC. Cho biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6 K-1và của thép là 11.10-6 K-1.
A. l0 ≈ 0,38 m. B. l0 ≈ 5,0 m.
C. l0 = 0,25 m. D. l0 = 1,5 m.
36.3. Đường sắt từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh dài khoảng 1500 km khi nhiệt độ trung bình là 20oC. về mùa hè khi nhiệt độ tăng lên tới 40oC thì đoạn đường sắt này dài thêm bao nhiêu ? Cho biết hệ số nở dài của sắt là 11.10-6 K-1.
A. Xấp xỉ 200 m. B. Xấp xỉ 330 m.
C. Xấp xỉ 550 m. D. Xấp xỉ 150 m.
Lời giải:
36.1: Chọn đáp án D
36.2: Chọn đáp án A
36.3: Chọn đáp án B
Bài 36.4 trang 87 Sách bài tập Vật Lí 10: Một băng kép gồm hai lá kim loại thẳng, lá đồng ở dưới, lá thép ở trên. Khi bị nung nóng thì
A. băng kép cong xuống dưới, vì đồng có hệ số nở dài lớn hơn thép.
B. băng kép cong lên trên, vì thép có hệ số nở dài lớn hơn đồng.
C. băng kép cong xuống dưới, vì đồng có hệ số nở dài nhỏ hơn thép.
D. băng kép cong lên trên, vì thép có hệ số nở dài nhỏ hơn đồng.
Lời giải:
Chọn đáp án D
Bài 36.5 trang 87 Sách bài tập Vật Lí 10: Khi đốt nóng một vành kim loại mỏng và đồng chất thì
A. đường kính ngoài và đường kính trong tăng theo tỉ lệ như nhau.
B. đường kính ngoài và đường kính trong tăng theo tỉ lệ khác nhau.
C. đường kính ngoài tăng, đường kính trong không đổi.
D. đường kính ngoài tăng, đường kính trong giảm theo tỉ lệ như nhau.
Lời giải:
Chọn đáp án A
Bài 36.6 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Một tấm hình vuông cạnh dài 50 cm ở 0oC, làm bằng một chất có hệ số nở dài là 16.10-6K-1. Diện tích của tấm này sẽ tăng thêm 16 cm2 khi được nung nóng tới
A. 500oC. B. 200oC. C. 800oC. D. 100oC.
Lời giải:
Chọn đáp án C
Bài 36.7 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Một thước kẹp có giới hạn đo 150 mm, được khắc độ chia ở 0oC. Xác định sai số tuyệt đối của thước kẹp này khi sử dụng nó để đo độ dài các vật ở 50oC trong hai trường hợp :
a) Thước kẹp được làm bằng thép có hộ số nở dài là 11.10-6 K-1.
b) Thước kẹp được làm bằng hợp kim Inva (thép pha 36% niken) có hệ số nở dài là 0,9. 10-6 K-1.
Lời giải:
a) Thước kẹp bằng thép : Sai số tuyệt đối của 150 độ chia tương ứng với 150 mm trên thước kẹp khi nhiệt độ của thước tăng từ t0 = 0oC đến t1 = 50oC là :
Δl = l0αtht1 ≈ 150.11.10-6.50 = 82,5 μm
b) Thước kẹp bằng hợp kim Inva : Hợp kim Inva có hệ số nở dài αinv = 0,90.10-6 K-1. Áp dụng công thức tính tương tự phần (a), ta xác định được sai số tuyệt đối của thước kẹp này khi nhiệt độ của thước tăng từ t0 = 0oC đến t1 = 50oC là :
Δl’ = l0αinvt1 ≈ 150.0,9.10-6.50 = 6,75 μm
Bài 36.8 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Một thanh nhôm và một thanh đồng ở 100oC có độ dài tương ứng là 100,24 mm và 200,34 mm được hàn ghép nối tiếp với nhau. Cho biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6 K-1. Và của đồng là 17.10-6 K-1. Xác định hệ số nở dài của thanh kim loại ghép này.
Lời giải:
Gọi α là hệ số nở dài của thanh kim loại ghép. Độ dài của thanh này ở nhiệt độ t = 100oC được tính theo công thức :
với l = l1+ l2 = 100,24 + 200,34 = 300,58 mm, còn l0 = l01 + l02 là độ dài của thanh kim loại ghép ở 0oC, với l01 và l02 là độ dài tương ứng của thanh nhôm và thanh đồng ở 0oC. Vì l1 = l01(1 + α1t) và l2 = l02(1 + α2t), nên ta có :
Từ đó ta tìm được :
Bài 36.9 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Tại tâm của một đĩa tròn bằng thép có một lỗ thủng. Đường kính lỗ thủng 0oC bằng 4,99 mm. Tính nhiệt độ cần phải nung nóng đĩa thép để có thể vừa lọt qua lỗ thủng của nó một viên bi thép đường kính 5 mm ở cùng nhiệt độ đó ? Cho biết hệ số nở dài của thép là 11.10-6 K-1.
Lời giải:
Muốn bỏ viên bi thép vừa lọt lỗ thủng thì đường kính D của lỗ thủng ở nhiệt độ toC phải vừa đúng bằng đường kính d của viên bi thép ở cùng nhiệt độ đó, tức là
D = D0( 1 + αt) = d
trong đó D0 là đường kính của lỗ thủng ở 0oC, α là hệ số nở dài của thép. Từ đó suy ra nhiệt độ cần phải nung nóng tấm thép :
Bài 36.10 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Một thanh thép ở 20oC có tiết diện 4 cm2 và hai đầu của nó được gắn chặt vào hai bức tường đối diện. Xác định lực do thanh thép tác dụng lên hai bức tường nếu nó bị nung nóng đến 200oC ? Cho biết suất đàn hồi của thép E = 21,6.1010 Pa và hệ số nở dài của nó là 11.10-6 K-1.
Lời giải:
Độ nở dài tỉ đối của : – Thanh thép khi bị nung nóng từ nhiệt độ t
1 đến t
2 : Δl/l ≈ α(t
2 – t
1) – Thanh thép khi bị biến dạng kéo tính theo định luật Húc : Δl/l = 1/E . F/S So sánh hai công thức này, ta tìm được lực do thanh thép tác dụng lên hai bức tường nếu nó bị nung nóng từ t
1 = 20
oC đến t
2 = 200
oC tính bằng : F = ESα(t
2 – t
1) = 21,6.10
10.4.10
-4.11.10
-6.(200 – 20) ≈ 171 kN.
Bài 36.11 trang 88 Sách bài tập Vật Lí 10: Khi tiến hành thí nghiệm khảo sát sự nở dài vì nhiệt của vật rắn, các k quả đo độ dài l0 của thanh thép ở 0oC và độ nở dài Δl của nó ứng với độ tăng nhiệt độ t (tính từ 0oC đến toC) được ghi trong Bảng 36.1 :
a) Tính độ dãn dài tỉ đối Δl/l0 của thanh thép ở những nhiệt độ t khác nhau được ghi trong Bảng 36.1.
b) Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dãn dài tỉ đối Δl/l0 vào nhiệt độ t của thanh thép.
c) Dựa vào đồ thị vẽ được, tính giá trị trung bình của hệ số nở dài α của thanh thép.
Lời giải:
a) Kết quả tính độ dãn dài tỉ đối của thanh thép ở những nhiệt độ t khác nhau (được ghi ở bảng bên)
b) Chọn tỉ xích trên các trục toạ độ :
Trục hoành : 1 cm → t = 10oC.
Trục tung : 1 cm → = 1,2.10-4
Đường biểu diễn đồ thị vẽ được trên
Hình 36.1G có dạng đoạn thẳng.
Điều này chứng tỏ độ biến dạng tỉ đối Δl/l0 của thanh sắt tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ t (tính từ 0oC):
Δl/l0 = αt
Nhận xét thấy hệ số tỉ lệ α chính là hệ số nở dài của thép.
Hệ số tỉ lệ α được xác định bởi hệ số góc của đường biểu diễn đồ thị ở Hình 36.1G.
Bài 36.12 trang 89 Sách bài tập Vật Lí 10: Một tấm đồng hình vuông ở 0oC có cạnh dài 50 cm. Khi bị nung nóng tới nhiệt độ toC, diện tích của đồng tăng thêm 17 cm2. Tính nhiệt độ nung nóng toC của tấm đồng. Hệ số nở dài của đồng là 17. 10-6 K-1.
Lời giải:
Diện tích tấm đồng hình vuông ở 0oC là S0 = l02. Khi bị nung nóng, kích thước của tấm đồng tăng theo mọi hướng, nên diện tích của tấm đồng này ở toC sẽ là :
S = l2 =(l0 + Δl)2 = l02 + 2l0Δl + (Δl)2
Theo công thức nở dài : Δl = Δl0Δt.
Vì α = 17.l0-6 K-1 khá nhỏ và Δt = t – t0 = t không lớn, nên Δl << l0.
Do đó, bỏ qua (Δl)2 và coi gần đúng.:
S ≈ S0 + 2l0Δl hay ΔS = S – S0 ≈ 2αS0Δt
Từ đó suy ra :
Bài 36.13 trang 89 Sách bài tập Vật Lí 10: Xác định độ dài của thanh thép và của thanh đồng ở 0oC sao cho ở bất kì nhiệt độ nào thanh thép luôn dài hơn thanh đồng một đoạn bằng 50 mm. Cho biết hệ số nở dài của đồng là 16.10-6 K-1.và của thép là 12.10-6 K-1.
Lời giải:
Khi nhiệt độ tăng từ 0oC đến toC thì độ dãn dài của :
– Thanh thép : Δl1 = l01α1t.
– Thanh đồng : Δl2 = l02α2t.
Từ đó suy ra độ dài chênh lệch của hai thanh thép và đồng ở nhiệt độ bất kì toC có giá trị bằng :
Δl = Δl1 – Δl2 = l01α1t – l02α2t = (l01α1 – l02α2)t = 50 mm
Công thức này chứng tỏ Δl phụ thuộc bậc nhất vào t. Rõ ràng, muốn Δl không phụ thuộc t, thì hệ số của t phải luôn có giá trị bằng không, tức là :
hay:
Từ đó suy ra độ dài ở 0oC của :
– Thanh đồng : l02 = 3(l01 – l02) = Δl = 3.50 = 150 mm.
– Thanh thép : l01 = l02 + Δl = 150 + 50 = 200 mm.