Title 20. Chuyên đề Vật lý 10 tổng hợp - Chất rắn, chất lỏng, sự chuyển thể - File word có lời giải chi tiết ✅

CHUYỂN ĐỀ 20. CHẤT RẮN CHẤT LỎNG SỰ CHUYỂN THỂ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. Chất rắn kết tinh. Có dạng hình học, có cấu trúc tinh thể. 1. Cấu trúc tinh thể. Cấu trúc tinh thể là cấu trúc tạo bời các hạt liên kết chặt chẽ với nhau bằng những lực tương tác và sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định gọi là mạng tinh thể, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó. 2. Các đặc tính của chất rắn kết tinh. − Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau. − Mỗi chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thê có một nhiệt độ nóng chảy xác định không đổi ở mỗi áp suất cho trước. − Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể. + Chất rắn đơn tinh thể: được cấu tạo từ một tinh thể, có tính dị hướng Ví dụ: hạt muối ăn, viên kim cương... + Chất rắn đa tinh thể: cấu tạo từ nhiều tinh thể con gắn kết hỗn độn với nhau, có tính đẳng hướng. Ví dụ: thỏi kim loại... 3. Ứng dụng của các chất rắn kết tinh. Các đơn tinh thể silic và giemani được dùng làm các linh kiện bán dẫn. Kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cát kính. Kim loại và hợp kim được dùng phổ biến trong các ngành công nghệ khác nhau. II. Chất rắn vô định hình. 1. Chất rắn vô định hình: Không có cấu trúc tinh thể, không có dạng hình học xác định. Ví dụ: nhựa thông, hắc ín,... 2. Tính chất của chất rắn vô định hình: + Có tính đẳng hướng + Không có nhiệt độ nóng chày xác định. III. Biến dạng của vật rắn 1. Các loại biến dạng − Biến dạng đàn hồi: Khi tác dụng một lực làm cho vật biến dạng, nếu thôi tác dụng lực vật lấy lại hình dạng, kích thước ban đầu − Biến dạng dẻo: Nếu khi thôi tác dụng lực, vật vẫn bị biến dạng, thì biến dạng ấy là biến dạng dư hay còn gọi là biến dạng dẻo. − Biến dạng kéo: khi tác dụng hai lực trực đối vật bị biến dạng dài ra − Biến dạng nén: khi tác dụng hai lực trực đối vật bị biến dạng co lại chiều dài ngắn đi 2. Định luật húc. Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng ti đối của vật rắn hình trụ tỉ lệ thuận ứng với suất gây ra nó: 000 SFF E.FS.E. SS  ℓℓℓ ℓℓℓ B. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN I. Sự nở dài. − Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài vì nhiệt. − Độ nở dài Δl của vật rắn hình tại đồng chất tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ Δt và độ dài ban đầu ℓ 0 của vật đó. 00.tℓℓℓℓ Trong đó: + 0ℓℓℓ là độ nở dài của vật rắn (m) + 0ℓ là chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t o
+ ℓ là chiều dài của vật rắn ở nhiệt độ t + α là hệ số nở dài của vật rắn, phụ thuộc vào chất liệu vật rắn (K −1 ) + 0ttt là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K) + t 0 là nhiệt độ đầu + t là nhiệt độ sau II. Sự nở khối. Sự tăng thê tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối. Độ nở khối của vật rắn đồng chất đẳng hướng được xác định theo công thức: 00VVVVt Trong đó: + 0VVV là độ nở khối của vật rắn (m 3 ) + V 0 là thể tích của vật rắn ở nhiệt độ t o + V là thế tích của vật rắn ở nhiệt độ t + β là hệ số nở khối, β ≈ 3α và cũng có đon vị là K −1 . + Δt = t – t 0 là độ tăng nhiệt độ của vật rắn (°C hay K) + t 0 là nhiệt độ đầu + t là nhiệt độ sau III. Ứng dụng. Phải tính toán đế khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt. Lợi dụng sự nở vì nhiệt để lồng ghép đai sắt vào các bánh xe, để chế tạo các băng kép dùng làm role đóng ngắt điện tự động, ... VÍ DỤ MINH HỌA Câu 1. Một thanh trụ có đường kính 5cm làm bằng nhôm có suất Yâng E = 7.10 10 Pa. Thanh này đặt thẳng đứng trên một đế chắc chống đỡ một mái hiên. Mái hiên tạo một lực nén lên thanh là 3450 (N). Hỏi độ biển dạng tỉ đối của thanh 0 ℓ ℓ là bao nhiêu? Giải: + Ta có: 00 F FES. ES  ℓℓ ℓℓ + Với   2 2 224 4423,145.10d3,14.25.10 S19,625.1019,6.10m 444     Vậy độ biến dạng của tỉ đối của thanh: 55 104 0 3450345 .102,5.10 7.10.19,6.107.19,6    ℓ ℓ Câu 2. Một sợi dây bằng đồng thau dài l,8m có đường kính tiết diện ngang 0,8mm. Khi bị kéo dài bằng một lực 25N thì thanh dãn ra lmm. Xác định suất Yâng của đồng thau. Giải: Ta có: 0 0 F FES.E S    ℓℓ ℓℓ + Với   2 3 2 7210 73 0,8.10d25.1,8 S3,14.5,024.10mE8,96.10Pa 445,024.10.10    Câu 3. Một thanh ray dài lOm được lắp trên đường sắt ở 20°C. Phải để hở 2 đầu một bề rộng bao nhiêu đế nhiệt độ nóng lên đến 60°C thì vẫn đủ chỗ cho thanh ray dãn ra? 6112.10K Giải: Ta có: 6300.tt12.10.1060204,8.10mℓℓ Câu 4. Một thanh nhôm và một thanh thép ở 0°c có cùng độ dài là ℓ 0 . Khi đun nóng tới 100°C thì độ dài của hai thanh chênh nhau 0,5mm. Hỏi độ dài ℓ 0 của 2 thanh này ở 0°C là bao nhiêu? 6161 NT24.10K;12.10.K . Giải:
Chiều dài lúc sau của nhôm 3002100.tt2,4.10ℓℓℓℓℓℓ (1) Chiều dài lúc sau của thép ///3002100.tt1,2.10ℓℓℓℓℓℓ (2) Theo bài ra ta có: //3 NT0,5.10ℓℓℓℓ (3) Thay (1) và (2) và 3) 333 00002,4.10.1,2.100,5.10ℓℓℓℓ 00,417mℓ = 41,7(cm) Câu 5. Một quả cầu bằng đồng thau có có đường kính 100cm ở nhiệt độ 25°C. Tính thể tích của quả cầu ở nhiệt độ 60°C. Biết hệ số nở dài 511,8.10K . Giải: Thể tích quả cầu ở: 25°C: 333144VR.3,14.0,50,524m 33 Mà: 55133.1,8.105,4.10K Mặt khác: 5211VVVVt5,4.10.0,5246025 43 212VV9,904.10V0,5249904m Câu 6. Một ấm bằng đồng thau có dung tích 3 lít ở 30 0 C. Dùng ấm này đun nước thì khi sôi dung tích của ấm là 3,012 lít. Hệ số nở dài của đồng thau là bao nhiêu? Giải: Ta có: 5100003,0123VVVtVV.Vt5,714.10K 310030    Hê số nở dài của đồng thau: 5 515,714.10 1,905.10.K 33    Câu 7. Buổi sáng ở nhiệt độ 18°C, chiều dài của thanh thép là l0m. Hỏi buổi trưa ở nhiệt độ 32°C thì chiều dài của thanh thép trên là bao nhiêu? Biết 513,3.10K Giải: 5 513,3.10 1,1.10K 33    + Mà 5000.tt101,1.10.10321810,00154mℓℓℓℓ Câu 8. Người ta muốn lắp một cái vành bằng sắt vào một cái bánh xe bằng gỗ có đường kính lOOcm. Biết rằng đường kính của vành sắt nhỏ hơn đường kính bánh xe 5mm. Vậy phải nâng nhiệt độ của vành sắt lên bao nhiêu để có thể lắp vào vành bánh xe? Cho biết hệ số nở dài của sắt là: 511,2.10K . Giải: Đường kính của vành sắt: d 1 = 100 − 0,5 = 99,5cm. Đường kính của vành bánh xe: d 2 = 100cm. Ta có chu vi vành sắt 11dℓ , chu vi bánh xe: 22 22 11 d d dℓ ℓ ℓ Muốn lắp vành sắt vào bánh xe phải đun nóng vành sắt để chu vi của nó bằng chu vi bánh xe. 222121 111 ddd 1t1t1tt dd  ℓ ℓℓ ℓ 021 5 1 dd10099,5 t419C .d1,2.10.99,5    Vậy phải nâng nhiệt độ vành sắt lên thêm 419°C. Câu 9. Tính khối lượng riêng cùa sắt ở 500°C, biết khối lượng riêng của nó ở 0°C là 7,8.103kg/m 3 . Cho 51 1,2.10K Giải: Ta có: 00 000 V mVV. V1.t   
 3 33 5 7,8.10 7,662.10kg/m 13.1,2.105000     BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1. Một thanh thép dài 4m, tiết diện 2cm 2 . Biết suất Yâng và giới hạn bền của thép là 2.10 11 Pa và 6,86.10 8 Pa. a. Phải tác dụng lên thanh thép một lực kéo bằng bao nhiêu để thanh dài thêm l,5mm ? b. Có thể dùng thanh thép nàv để treo các vật có trọng lượng bằng bao nhiêu mà thanh không bị đứt? + Ta có: 3114 0 1,5.10 FES.F2.10.2.10.F15000N 4   ℓ ℓ Thanh thép có thể chịu dựng được các trọng lực nhỏ hơn F b 84bbPF.S6,86.10.2.10P137200N Câu 2. Một thanh có tiết diện ngang hình tròn đường kính 2cm làm bằng thép có suất Yâng 2.10 11 Pa. Nếu giữ chặt một đầu thanh và nén đầu kia một lực 1,57.10 5 N thì độ co tương đối 0 ℓ ℓ của thanh là bao nhiêu? + Ta có lực nén hay lực đàn hồi: 00 F FES. ES  ℓℓ ℓℓ + Mà   2 2 25 423 114 0 3,142.10d1,57.10 S3,14.10m2,5.10 442.10.3,14.10     ℓ ℓ Câu 3. Tính hệ số an toàn của các dây cáp 0 một cần trục biết tiết diện tổng cộng của chúng là 200mm 2 và trọng lượng của hàng là 4900N. Giới hạn bền của thép dùng đê làm dây cáp là l,5.10 8 Pa. Coi chuyên động của hàng là chậm và đều. + Mỗi đơn vị tiết diện của dây chịu lực kéo: P F S + Hệ số an toàn của dây: 86 bbS1,5.10.200.10 n6,12 FP4900    Câu 4. Một thanh ray dài 10m được lắp lên dường sắt ở nhiệt độ 20°C. Phải để hở một khe ở đầu thanh ray với bề rộng là bao nhiêu để khi nhiệt độ tăng lên 50°C thì vẫn đủ chỗ cho thanh ray nỡ ra. Hệ số nỏ dài của chất làm thanh ray là 12.10 −6 K −1 + Ta có: 212111ttℓℓℓℓℓℓ + Với 061 110m;t502030C;12.10.Kℓ 6312.12.10.50203.10m3,6mmℓ + Phải để hở đầu thanh ray: 3,6mm Câu 5. Tìm độ nở khối của một quả cầu nhôm bán kính 40cm khi nó được đun nóng từ 0°C đến 100°C. Biết 61 24.10K + Ta có thể tích của quả cầu ở 0°C: 3 0 4 V..R 3 + Độ nở khối của một quả cầu nhôm: 3 00 4 VVVVt..R.3.t 3 36334V.0,4.3,24.1010001,93.10m 3   Câu 6. Tính khối lượng riêng của đồng thau ở 800°C, biết khối lượng riêng của đồng thau ở 0°C là 8,7.10 3 kg/m 3 51 1,8.10K .