Chương VII: Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn

4 (80%) 2 votes

Chương VII: Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn

Chương VII: Bài tập lực căng bề mặt, mao dẫn

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, các dạng bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, sự nở dài, sự nở khối của vật rắn, phương pháp giải các bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn chương trình vật lý phổ thông lớp 10 cơ bản, nâng cao.

Bài tập 1: Một thanh kim loại có hệ số nở dài là 1,2.10-6K-1 ở 250C thanh kim loại có chiều dài là 1,5m. Tính chiều dài của thanh kim loại trên khi nhiệt độ tăng đến 40oC

Chương VII: Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn

Chương VII: Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn

l=lo(1+αΔt)l=lo(1+αΔt)= 1,500027(m)

Bài tập 2: Ở nhiệt độ 600C một thanh kim loại có chiều dài là 2,34m. Chiều dài của thanh kim loại trên là bao nhiêu sau khi nhiệt độ giảm đi 20oC? Biết hệ số nở dài của thanh kim loại là 1,14.10-6K-1.

Bài tập 3: Chiều dài của thanh kim loại tăng thêm bao nhiêu phần trăm khi nhiệt độ tăng từ 25oC lên đến 450C? biết hệ số nở dài của thanh là 1,2.10-6K-1.

Δllo=αΔtΔllo=αΔt=1,2.10-6.20=2,4.10-3%

Bài tập 4: Hai thanh ray xe lửa dài 10m phải đặt cách nhau một khoảng tối thiểu là bao nhiêu để khi nhiệt độ tăng từ 17oC lên nhiệt độ 57oC thì vẫn còn đủ khoảng trống để chúng dài ra. Coi hai thanh ray xe lửa bằng thép có hệ số nở dài là 1,14.10-7K-1

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, vật lý phổ thông
Khoảng cách tối thiểu giữa hai thanh ray phải bằng tổng độ nở dài của hai thanh ray
Δx=Δl=αloΔtΔx=Δl=αloΔt=4,56.10-5(m)

Bài tập 5: Một thanh kim loại hình trụ đồng chất có tiết diện ngang là 10cm2. Một đầu thanh kim loại được giữ cố định bằng tấm chắn, đầu còn lại chịu tác dụng của một lực bằng bao nhiêu để khi nhiệt độ môi trường tăng từ 00C đến 200C thanh kim loại không thể dài ra. Biết suất đàn hồi của thanh kim loại là 2.1011Pa, hệ số nở dài của thanh kim loại là 1,14.10-7K-1 .

Phân tích bài toán:
S=10cm2=10-3m2; Δt=200C; α=1,14.10-7; E=2.1011 (Pa)
Độ nở dài của thanh kim loại Δl=αloΔtΔl=αloΔt
Trong điều kiện nhiệt độ không đổi để kéo dài thanh kim loại trên cần một lực là
F=E.SloΔlF=E.SloΔl
=> Để thanh kim loại không thể nở dài khi nhiệt độ thay đổi ta cần tác dụng một lực nén dọc theo trục thanh kim loại có độ lớn
F=E.SloΔl=E.SαΔt=456NF=E.SloΔl=E.SαΔt=456N

Bài tập 6: Biết hệ số nở dài của thanh kim loại bằng đồng là 18.10-6 K-1, của thanh kim loại bằng sắt là 12.10-6 K-1. Tổng chiều dài ban đầu của thanh đồng và thanh sắt ở nhiệt độ OoC là 6m. hiệu chiều dài của hai thanh kim loại luôn không đổi. Xác định chiều dài ban đầu của mỗi thanh ở nhiệt độ 0oC.

Thanh đồng: α1=18.10-6K-1;

  • Chiều dài ở nhiệt độ 0oC: l01
  • Chiều dài ở nhiệt độ toC: l1=l01(1 + α1t)

Thanh sắt: α2=12.10-6K-1;

  • Chiều dài ở nhiệt độ 0oC: l02
  • Chiều dài ở nhiệt độ toC: l2=l02(1 + α2t)

Tổng chiều dài hai thanh ở 0oC:

l01 + l02=5m (1)​

Hiệu chiều dài hai thanh ở nhiệt độ toC:

l1 – l2=l01(1 + α1t) – l02(1 + α2t)=(l01 – l02) + (l01α1 – l02α2)t ​

Hiệu chiều dài hai thanh kim loại luôn không đổi => l1 – l2 không phụ thuộc vào nhiệt độ t có nghĩa là

(l01α1 – l02α2)t=0 => l01α1=l02α2 (2)
Từ (1) và (2) => l01=2m; l02=3m ​

Lưu ý: thanh nào có hệ số nở dài lớn hơn có độ nở dài lớn hơn

Bài tập 7: Khối lượng riêng của thủy ngân ở 00C là 13600kg/m3. Tính khối lượng riêng của thủy ngân ở 500C. Cho hệ số nở khối của thủy ngân là 1,82.10-4K-1.

Công thức tính khối lượng riêng: ρ=mVρ=mV
Lưu ý thể tích của vật rắn có thể biến đổi theo nhiệt độ, nhưng khối lượng của nó là không đổi.
Ở nhiệt độ 0oC:
ρo=mVoρo=mVo => Vo=mρoVo=mρo (1)
Ở nhiệt độ 500C:
ρ=mV=mVo(1+3αΔt)ρ=mV=mVo(1+3αΔt) (2)
từ (1) và (2) => ρ=13238,6ρ=13238,6 kg/m3

Bài tập 8. Một thước bằng nhôm có các độ chia đúng ở 5oC. Dùng thước này đo một chiều dài ở 35oC. Kết quả đọc được là 88,45cm. Tính sai số do ảnh hưởng của nhiệt độ và chiều dài đúng.

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, vật lý phổ thông

Bài tập 9. Ở 30oC một quả cầu thép có đường kính 6cm và không lọt qua một lỗ tròn khoét trên một tấm đồng thau vì đường kính của lỗ kém hơn 0,01mm. Hỏi phải đưa quả cầu thep và tấm đồng thau tới cùng nhiệt độ bao nhiêu thì quả cầu lọt qua lỗ tròn. Biết các hệ số nở dài của thép và đồng thau lần lượt là 12.10-6K-1 và 19.10-6K-1

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, vật lý phổ thông

Bài tập 10. Tiết diện thẳng của một thanh thép là 1,3cm2. Thanh này được giữ chặt giữa hai điểm cố định ở 30oC. Tính lực tác dụng vào thanh khi nhiệt độ giảm xuống còn 20oC. Cho biết hệ số nở dài của thép α = 11.10-6K-1, suất Yang của thép E = 2,28.1011Pa

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, vật lý phổ thông

Bài tập 11. Ở nhiệt độ 0oC bình thủy tinh chứa được khối lượng mo thủy ngân. Khi nhiệt độ là t1 thì bình chứa được khối lượng m1 thủy ngân. Ở cả hai trường hợp thủy ngân có cùng nhiệt độ với bình. Hãy lập biểu thức tính hệ số nở dài α của thủy tinh. Biết hệ số nở khối của thủy ngân là β

Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn, vật lý phổ thông

Thảo luận cho bài: Chương VII: Bài tập sự nở vì nhiệt của vật rắn