VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Bài 36. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN I. MỤC TIÊU - Kiến thức cơ bản: + Phát biểu và viết được công thức nở dài của vật rắn. + Viết được công thức xác định qui luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích của vật rắn. Đồng thời nêu được ý nghĩa vật lí và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối. + Nêu được ý nghĩa thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật. - Kỹ năng: + Xử lí các số liệu thực nghiệm để rút ta 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 công 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. II. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC 1. Phương pháp Diễn giảng, đọc sách, thảo luận nhóm, vấn đáp. 2. Phương tiện Sách giáo khoa, sách giáo viên, sách thiết bài giảng, bảng vẽ sẵn. III. NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH LÊN LỚP 1. Kiểm tra bài cũ 2. Giới thiệu bài mới Vì sao giữa hai đầu thanh ray của đường sắt lại phải có một khe hở? Độ rộng của khe hở này phụ thuộc những yếu tố gì và có thể xác định nó theo công thức nào? Để trả lời được các câu hỏi này chúng ta đi vào bài học hôm nay: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN. 3. Dạy bài mới Nội dung lưu bảng Thời gian Hoạt động của thầy/cô Hoạt động của trò Bài 36. SỰ NỞ VÌ NHIỆT - Xét một thanh kim loại nằm - Học sinh lắng nghe và phát CỦA VẬT RẮN ngang, khi GV nung nó lên đến hiện vấn đề cần nghiên cứu. I – Sự nở dài 15 phút một nhiệt độ nào đó, thanh kim loại sẽ tăng kích thước theo chiều ngang thì người ta gọi đó là sự nở VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí 1. Thí nghiệm a/ Mô tả thí nghiệm - SGK b/ Kết quả thí nghiệm Nhiệt độ ban đầu: to=200C Độ dài ban đầu: lo=500 mm t l l (0C) (mm) l 0 t 30 0,25 1,67.10-5 40 0,33 1,65.10-5 50 0,41 1,64.10-5 60 0,49 1,63.10-5 70 0,58 1,66.10-5 - Nhận xét: + Hệ số có giá trị không đổi. dài của vật rắn. Đó chỉ là chúng ta chỉ xét tính chất định tính, để biết được tính chất định lượng của nó như thế nào chúng ta đi vào thí nghiệm. - Các em hãy quan sát hình 36.2 trong SGK, sau đó một em đứng lên mô tả lại dụng cụ thí nghiệm gồm những gì? - Thí nghiệm gồm có: một thanh đồng đặt trong một cái bình cách nhiệt có chứa chất lỏng (nước), một nhiệt kế để đo nhiệt độ và một đồng hồ đo micromet để đo sự thay đổi độ dài của thanh đồng. - GV mô tả thí nghiệm một lần để học sinh hình dung được thí nghiệm. - Sau khi tiến hành thí nghiệm người ta thu được bảng số liệu như trong SGK bảng 36.1: - Dự vào bảng số liệu này các em hãy tính hệ số theo công thức l l 0 t - Gọi một học sinh lên bảng điền kết quả vừa tính được. - Qua bảng kết quả thí nghiệm chúng ta thấy, ứng với mổi giá trị nhiệt độ thì ta có một giá trị độ dài l . Nhưng các em hãy so sánh thử xem ở những giá trị nhiệt độ khác nhau thì hệ số có khác nhau nhiều không? Từ đó rút ra nhận xét? - NX: Hệ số có giá trị không đổi. - Từ biểu thức tính hệ số các em hãy rút ra biểu thức tính giá trị độ nở dài của thanh đồng? - Vậy công thức tính độ nở dài của thanh đồng là: l l 0 t . Từ công thức này GV cũng có l thể viết lại t và thầy đặt l0 - Kể tên các dụng cụ được dùng trong thí nghiệm ở hình 36.2 - Theo dõi và tiếp thu vấn đề. - Cá nhân lên bảng điền vào bảng số liệu. - Hệ số có giá trị không đổi. - Ghi nhớ - l l 0 t - Nghe giảng VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí l , thì người ta gọi là độ l0 nở dài tỉ đối của chất rắn. - Làm thí nghiệm tương tự với các vật rắn có độ dài và chất liệu khác nhau (nhôm, sắt, thủy tinh,...), người ta thu được kết quả tương tự, nhưng hệ số có giá trị thay đổi phụ thuộc vào chất liệu vật rắn. Các em có thể tham khảo bảng 36.2 trong SGK để biết được hệ số nở dài của một số vật rắn. - Vậy từ đây chúng ta có nhận xét thứ 2 đó là: hệ số có giá trị thay đổi phụ thuộc chất liệu của vật rắn. - Qua thí nghiệm chúng ta có một số kết luận như sau: - Chúng ta thấy khi nhiệt độ tăng thì chiều dài của thanh đồng cũng tăng, hiện tượng đó người ta gọi là sự nở dài vì nhiệt. Một em hãy phát biểu cho thầy sự nở dài là gì? - Sự nở dài là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng. - Công thức tính độ nở dài của thanh đồng cũng chính là công thức tính độ nở dài chung cho các vật rắn. Vậy từ biểu thức này một em hãy phát biểu thành lời? → Độ nở dày l của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t và độ dài ban đầu l 0 của vật đó. l l l 0 l 0 t - Trong đó là hệ số nở dài và có đơn vị là 1/K hay K-1. + chất liệu của vật rắn. 2. Kết luận - Sự nở dài là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng. Độ nở dày l của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t và độ dài ban đầu l 0 của vật đó. l l l 0 l 0 t - Trong đó là hệ số nở dài và có đơn vị là 1/K hay K-1. + l : độ nở dài + l0 : độ dài ở nhiệt độ đầu t0 + l : độ dài ở nhiệt độ cuối t II – Sự nở khối - Chúng ta đã khảo sát xong phần - Nghe giảng - Ghi nhớ - Sự nở dài là sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng. - Độ nở dày l của vật rắn (hình trụ đồng chất) tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t và độ dài ban đầu l 0 của vật đó. VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí - Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. - Công thức tính độ nở khối: V V V0 V0 t + V : độ nở khối + t : độ tăng nhiệt độ + V0 : thể tích ở nhiệt độ đầu t 0 + V : thể tích ở nhiệt độ cuối t + : hệ số nở khối có đơn vị là 1/K hay K-1 - Với chất rắn đẳng hướng thì 3 III. Ứng dụng - Khắc phục sự nở vì nhiệt. Ví dụ: - Ứng dụng sự nở vì nhiệt. sự nở dài của vật rắn. Trong thực tế ngoài sự nở dài, vật rắn còn có 10 phút sự nở khối. - GV ví dụ, GV có một viên bi kim loại đồng chất và có tính đẳng hướng. Khi đốt nóng nó lên thì viên bi sẽ nở ra theo mọi phương là như nhau làm thể tích của viên bi tăng lên. Đó là hiện tượng của sự nở khối. Vậy em nào có thể định nghĩa cho thầy sự nở khối là gì? - Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. - Hoặc các em có thể hiểu sự nở khối chính là sự nở dài theo mọi hướng khác nhau. - Vậy sự nở khối có tuân theo quy luật nào không? Có tương tự như sự nở dài không? - Nhiều thí nghiệm chứng tỏ, độ nở khối của vật rắn cũng được xác định tương tự công thức nở dài. V V V0 V0 t - Các em hãy giải thích các đại lượng có mặt trong biểu thức cho thầy? - Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. - Cá nhân suy nghĩ, trả lời. - Cá nhân suy nghĩ, trả lời. - Lưu ý: Với chất rắn đẳng hướng thì 3 . - Công thức độ nở khối cũng áp dụng được cho chất lỏng trừ nước ở 40C. - Để biêt được sự nở vì nhiệt của vật rắn có lợi và có hại như thế nào và người ta ứng dụng vào thực tế như thế nào chúng ta qua phần III. - Các em hãy đọc mục III trong SGK, và cho thầy biết sự nở vì nhiệt của vật rắn có những tác - Đọc SGK và trả lời câu hỏi dụng có hại gì? Và người ta khắc VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phí Ví dụ: 5 phút Bài tập vận dụng: - Tóm tắt: t0=150C; t = 550C; l0= 12,5 m; = 11.10-6; l =? - Giải: l l 0 (t t 0 ) l 11 .10 6.12,5(55 15) = 5,5.10-3 m. phục nó như thế nào? của GV. - Ngoài những ứng dụng được nêu trong SGK, em nào có thể kể tên cho thây một vài ứng dụng nào trong cuộc sống hàng ngày mà các em biết không? - Suy nghĩ trả lời. - Ngoài tác dụng có hại, sự nở vì nhiệt của vật rắn cũng có tác dụng có lợi như: băng kép dùng làm rơle điều nhiệt trong bàn là, bếp điện… - Về nhà HS có thể tìm thêm một số ví dụ, bây giờ chúng ta làm bài tập vận dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn. → Bài tập: Ở 150C, mỗi thanh ray của - Một học sinh lên bảng giải đường sắt dài 12,5 m. Hỏi khe hở bài tập 10 phút giữa hai thanh ray phải có độ lớn tối thiểu bằng bao nhiêu để các thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng tới 550C? 4. Củng cố kiến thức: - Bài học hôm nay các em cần nắm được những nội dung chính sau: + Phát biểu và viết được công thức nở dài của vật rắn. + Viết được công thức xác định qui luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài và thể tích của vật rắn. Đồng thời nêu được ý nghĩa vật lí và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối. + Nêu được ý nghĩa thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật. 5. Bài tập về nhà: HS về nhà làm bài tập trong SGK và chuẩn bị cho bài học tiếp theo “ Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng”. Độ rỗng là tỉ lệ giữa thể tích phần lỗ rỗng hay khoảng trống nằm trong một khối chất hay vật liệu so với tổng thể tích của khối vật liệu đó. Độ rỗng được thể hiện bằng một số thập phân từ 0 đến 1, hoặc bằng tỉ lệ phần trăm từ 0% đến 100%. Đây là một khái niệm phổ biến trong các ngành khoa học Trái Đất, xây dựng, sản xuất, khoa học vật liệu, luyện kim, gốm sứ, y dược...
Độ rỗng là một khái niệm hết sức quan trọng và phổ biến trong địa chất, bao gồm địa chất thủy văn, địa chất dầu khí, địa chất công trình, khoa học đất... Ở đó, độ rỗng là tỉ lệ giữa phần lỗ rỗng hay khoảng trống (thường chứa không khí, nước hay dầu) nằm trong một khối đất đá so với tổng thể tích của khối đá đó.
Độ rỗng được tính bằng công thức:
Trong đó Vv là thể tích phần lỗ rỗng, VT là tổng thể tích của khối vật chất đang xét, bao gồm cả phần rắn và những lỗ rỗng bên trong. Độ rỗng thường được thể hiện bằng 2 ký hiệu φ hoặc n.
Giá trị độ rỗng là một tỉ số dao động trong khoảng từ 0 đến 1. Những loại đá chặt sít như đá macma đông kết, đá hoa cương... có độ rỗng thường nhỏ khoảng 0,01; sét, than bùn, đá sa thạch có độ rỗng từ 0,1 đến dưới 0,5 trong khi cát bở rời có độ rỗng rất lớn, từ 0,5 đến 0,9. Độ rỗng của một lớp đá hay tầng trầm tích là một khái niệm quan trọng trong việc đánh giá khả năng chứa nước hay Hydrocarbon của nó. Trong đó độ rỗng bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm thành phần thạch học, cấu trúc tinh thể kết tinh, độ sâu trầm tích, thời gian trầm tích, tính chất của chất lưu nguyên thủy... Công thức phổ biến dùng để tính toán mối liên hệ giữa độ rỗng và độ sâu chôn vùi là phương trình Athy (1930)[1]: ϕ ( z ) = ϕ 0 e − k z {\displaystyle \phi (z)=\phi _{0}e^{-kz}\,} Trong đó ϕ 0 {\displaystyle \phi _{0}} là độ rỗng tại bề mặt, k {\displaystyle k} là hệ số nén ép (m−1) và z {\displaystyle z} là độ sâu (m). Độ rỗng còn có thể tính từ mật độ khối ρ bulk {\displaystyle \rho _{\text{bulk}}} và mật độ hạt ρ particle {\displaystyle \rho _{\text{particle}}} : ϕ = 1 − ρ bulk ρ particle {\displaystyle \phi =1-{\frac {\rho _{\text{bulk}}}{\rho _{\text{particle}}}}} Giá trị mật độ hạt thông thường của đất đá là 2,65g/cm³ và có thể được tính toán chính xác hơn qua việc nghiên cứu tính chất thạch học của loại đất đá ấy. Độ rỗng của trầm tích bở rời được xác định bởi hình dạng, kích cỡ, độ lựa chọn của các hạt trong khối trầm tích ấy. Trong các trầm tích có độ lựa chọn kém, tức là chúng có kích thước hạt dao động trong phạm vi lớn, các hạt nhỏ có xu hướng lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn hơn, kết quả là tạo ra độ rỗng thấp hơn. Độ chọn lọc và độ rỗngVật liệu có độ chọn lọc cao (hạt có kích thước xấp xỉ bằng nhau) có độ rỗng cao hơn vật liệu có cùng kích thước nhưng độ chọn lọc thấp hơn (vì những hạt nhõ hơn sẽ lấp đầy khoảng trống giữa những hạt to). Hạt nhỏ có thể lấp đầy chỗ trống và làm giảm đáng kể độ rỗng và độ dẫn thủy lực, trong khi chúng chỉ chiếm một phần nhỏ thể tích của vật. Trong dòng chảy 2 pha chất lỏng-khí, độ rỗng là tỉ lệ giữa phần thể tích bị chiếm dụng bởi pha khí so với tổng thể tích của dòng chảy. Giá trị độ rỗng thường không đồng đều tại các điểm khác nhau của dòng chảy, phụ thuộc vào đặc tính cấu trúc của dòng chảy; và cả theo thời gian [2]. Trong dòng chảy không đồng nhất, giá trị này phụ thuộc vào lưu lượng riêng biệt của pha khí và pha lỏng, và cũng phụ thuộc vào tỉ lệ vận tốc giữa 2 pha này. Độ rỗng của đất đá có mối liên hệ mật thiết với các tính chất vật lý và cơ học khác như mật độ, khối lượng riêng, tỉ trọng và nhất là độ thấm (Permeability). Đá bọt hay đá phiến sét có độ rỗng cao nhưng hầu như không thấm do các khoảng trống kém kết nối với nhau. Độ rỗng và thấm của một số loại đá có thể được cải thiện thông qua việc gia tăng các khe nứt hoặc hòa tan các vật liệu thứ sinh bên trong khối đá ấy. Trong khai thác dầu khí hoặc nước ngầm, chính độ thấm mới là tiêu chí quan trọng để đánh giá mức độ hiệu quả của công việc. Dù một khối đá có độ rỗng cao nhưng nếu các khoảng trống đó không kết nối với nhau thì chất lưu trong đó cũng không thể di chuyển ra ngoài tạo thành sản phẩm.
Bản mẫu:Địa kỹ thuật |
