Luyện thi Vật lí Lớp 10 - Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể - Bài 2: Sự nở vì nhiệt của chất rắn - Chu Văn Biên

Nội dung text: Luyện thi Vật lí Lớp 10 - Chương 7: Chất rắn và chất lỏng. Sự chuyển thể - Bài 2: Sự nở vì nhiệt của chất rắn - Chu Văn Biên

1. CHƯƠNG 7: CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG. SỰ CHUYỂN THỂ BÀI 2. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN TÓM TẮT LÝ THUYẾT + Sự nở vì nhiệt của vật rắn là sự tăng kích thước của vật rắn khi nhiệt độ tăng do bị nung nóng + Đọ nở dài của vật rắn tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ t và độ dài ban đầu l0 của vật đó: l l l0 l0 t + Độ nở khối của vật rắn tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ t và thể tích ban đầu V0 của vật đó: V V V0 V0 t; với  3 TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH Câu 1. Độ nở dài của vật rắn A. tỉ lệ nghịch với độ tăng nhiệt độB. tỉ lệ nghịch với độ dài ban đầu của vật C. tỉ lệ thuận với độ tăng nhiệt độD. tỉ lệ thuận với nhiệt độ ban đầu của vật Câu 2. Độ nở khối của vật rắn (đồng chất, đẳng hướng) A. tỉ lệ nghịch với độ tăng nhiệt độB. tỉ lệ nghịch với nhiệt độ ban đầu của vật C. tỉ lệ thuận với thể tịch ban đầuD. tỉ lệ thuận với nhiệt độ ban đầu của vật Câu 3. Câu nào sau đây là đúng? Cung cấp nhiệt độ cho một khối chất A. luôn làm tăng thể tích của khối chất đó B. luôn làm tăng nhiệt độ của khối chất đó C. là sự truyền năng lượng của khối chất đó D. luôn làm tăng nhiệt độ và tăng thể tích của khối chất đó Câu 4. Tại sao khi đổ nước sôi vào trong cốc thủy tinh thì cốc thủy tinh hay bị nứt vỡ, còn cốc thạch anh không bị nứt vỡ? A. Vì cốc thạch anh có thành dày hơn B. Vì cốc thạch anh có đáy dày hơn C. Vì thạch anh cứng hơn thủy tinh D. Vì thạch anh có hệ số nở khối nhỏ hơn thủy tinh Câu 5. Có thể gắn trực tiếp dây đồng vào thủy tinh hay không? A. Có thể được vì hệ số dãn nở nhiệt của chúng gần bằng nhau B. Không thể dược vì hệ số dãn nở nhiệt của chúng gần bằng nhau C. Có thể dược vì hệ số dãn nở nhiệt của đồng gần gấp đôi của thủy tinh D. Không thể được vì hệ số dãn nở nhiệt của đồng gần gấp đôi của thủy tinh Câu 6. Tại sao cái đinh ốc bằng thép dễ vặn vào cái đai ốc bằng đồng khi hơ nóng cả hai, còn khi nguội lại rất khó tháo ra? Vì hệ số dãn nở nhiệt của đồng lớn hơn thép nên: (1) Khi hơ nóng thì đai ốc bằng đồng nở nhiều hơn nên dễ vặn đinh ốc bằng thép vào đai ốc bằng đồng (2) Khi nguội đi thì đai ốc bằng đồng co lại nhiều hơn nên nó bó chặt lấy đinh ốc
2. Giải thích nào đúng A. (1) sai; (2) đúngB. (1) đúng, (2) saiC. (1) và (2) saiD. (1) và (2) đúng ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH 1C 2C 3C 4D 5D 6D TRẮC NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG + Độ nở dài của vật rắn: l l l0 l0 t + Độ nở diện tích của vật rắn: S S S0 2 S0 t + Độ nở khối của vật rắn: V V V0 V0 t; với  3 Câu 1. Một dây tải điện ở 20 C có độ dài 1800 m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 50 C về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là 11,5.10 6 K 1 A. 71,4 cmB. 62,1 cmC. 47,3 cmD. 64,8 cm Hướng dẫn 6 * Từ l l0 t 1800.11,5.10 50 20 0,621 m Chọn B Câu 2. Ở 15 C , mỗi thanh ray của đường sắt dài 12,5 m. Biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là 11.10 6 K 1 . Hỏi khe hở giữa hai thanh ray phải có độ rộng tối thiểu bằng bao nhiêu để các thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng tới 50 C ? A. 11,4 mmB. 9,5 mmC. 7,3 mmD. 4.81 mm Hướng dẫn 6 3 * Từ l l0 t 12,5.11.10 50 15 4,8125.10 m Chọn D Câu 3. Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 15 C có độ dài 12,5m. Biết hệ số nở dài của thanh ray là 12.10 6 K 1 . Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,5 mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng nao nhiêu đề chúng không bi uốn cong do tác dụng nở vì nhiệt? A. 58C B. 48C C. 45C D. 35C Hướng dẫn 3 6 * Từ: l l0 t 4,5.10 12,5.12.10 t 15 t 45C Chọn C Câu 4. Một thanh kim loại có chiều dài 20 m ở nhiệt độ 20 C , có chiều dài 20,015 m ở nhiệt độ 45 C . Tính hệ số nở dài của thanh kim loại A. 4.10 5.K 1 B. 3.10 5.K 1 C. 6.10 5.K 1 D. 7.10 5.K 1 Hướng dẫn l l0 20,015 20 5 1 * Từ l l l0 l0 t 3.10 K Chọn B l0 t 20 45 20
3. Câu 5. Biết hệ số nở dài của bê tông là 12.10 6.K 1 . Hai tấm bê tông có chiều dài bằng nhau 400 cm được xây nối với nhau vào lúc nhiệt độ 25 C . Hai tấm bê tông này đặt nằm ngang, gắn vào bức tường nhà cố định. Khi nhiệt độ tăng lên đến 38 C thì bê tông giãn nở làm chỗ nối bung ra. Hai tấm bê tông sẽ lật nghiêng lên theo phương thẳng đứng một đoạn gần giá trị nào nhất sau đây A. 7 cmB. 14 cmC. 6 cmD. 12 cm Hướng dẫn 6 4 * Từ: l l0 t 4.12.10 38 25 6,24.10 m 2 2 4 2 2 * Từ h l0 l l0 4 6,24.10 4 0,07 m Chọn A Câu 6. Một bánh xe bằng gỗ có đường kính 1,2 m cần được lắp một vành đai sắt mà đường kính của nó khi ở 0 C nhỏ hơn đường kính của bánh xe là 6 mm. Hệ số nở dài của sắt là 11,4.10 6.K 1 . Hỏi phải đốt nóng vành đai sắt đến nhiệt độ nào để có thể lắp nó vào bánh xe? A. 441 C B. 338 C C. 145 C D. 525 C Hướng dẫn * Chu vi đường tròn tính theo công thức: l d;l0 d0 3 6 * Từ: l l0 1 t d d0 1 t 1,2 1,2 6.10 1 11,4.10 t t 440,8C Chọn A Câu 7. Một khối chất rắn mỏng, phẳng A, có diện tích S0 được nung nóng để nhiệt độ tăng thêm t thì có diện tích là S. Cho biết hệ số nở dài của A là . Giá trị của S bằng A. S0 1 t B. S0 1 2 t C. S0 1 3 t D. S0 1 4 t Hướng dẫn * Không làm mất tính tổng quát ta xem khối chất dạng hình chữ nhật, ban đầu chiều dài hai cạnh là l01 và l02 nên có diện tích ban đầu là S0 l01l02 2 2 * Từ S l1l2 l01 1 t l02 1 t So 1 2 t t 2 t2 2 t  S S0 1 2 t Chọn B Câu 8. Một tấm đồng hình chữ nhật có kích thước 0,6 m 0,5 m ở nhiệt độ 20 C được nung nóng đến 600C thì có diện tích là S. Cho biết hệ số nở dài của đồng là 18.10 6.K 1 . Giá trị của S gần giá trị nào nhất sau đây? A. 0,31 m2 B. 0,34 m2 C. 0,33 m2 D. 0,32 m2 Hướng dẫn 6 2 * Từ S S0 1 2 t 0,6.0,5 1 2.18.10 600 20 0,306264 m Chọn A
4. Câu 9. Tìm nhiệt độ của tấm nhôm phẳng, biết rằng diện tích của nó đã tăng thêm 900 mm2 do nung nóng. Cho biết ban đầu diện tích của tấm nhôm ở 0 C là 1,5 m2 ,hệ số nở dài của nhôm là 24.10 6.K 1 A. 1250 C B. 50 C C. 14,5 C D. 12,5 C Hướng dẫn 6 6 * Từ S S0 t 900.10 1,5.2.24.10 t 0 t 12,5C Chọn D Câu 10. Một khối chất rắn đặc A, có thể tích S0 được nung nóng để nhiệt độ tăng thêm t thì có thể tích là V. Cho biết hệ số nở dài của A là . Giá trị của V bằng A. V0 1 t B. V0 1 2 t C. V0 1 3 t D. V0 1 4 t Hướng dẫn * Không làm mất tính tổng quát ta xem khối chất dạng hình hộp chữ nhật, ban đầu chiều dài ba cạnh là l01,l02 và l03 nên có thể tích ban đầu V0 l01l02l03 2 2 3 3 * Từ S l1l2l3 l01 1 t l02 1 t l03 1 t V0 1 3 t 3 t t 2 2 3 t 3 t V V 1 3 t Chọn C 3 t3 3 t 0 Câu 11. Mặt bể bằng bê tông có dung tích là 2 m3 ở 0 C . Khi ở 30 C thì dung tích của nó tăng thêm 2,16 lít. Tính hệ số nở dài của bê tông A. 4.10 5.K 1 B. 3.10 5.K 1 C. 1,2.10 5.K 1 D. 1,7.10 5.K 1 Hướng dẫn 3 5 1 * Từ V V0 3 t 2,16.10 2.3 30 0 1,2.10 K Chọn C Câu 12. Khối lượng riêng của sắt ở 800 C bằng bao nhiêu? Biết khối lượng riêng của nó ở 0 C là 7,8.103 kg/m3 . Hệ số nở dài của sát là 11.10 6.K 1 A. 7,900.10 3 kg/m3 B. 7,599.10 3 kg/m3 C. 7,857.10 3 kg/m3 D. 7,485.10 3 kg/m3 Hướng dẫn m V V D D0 * Từ V V V0 V0 3 t 1 3 t m 1 3 t V V0 D 0 D0 7,8.103 1 3.11.10 6. 800 0 D 7,599.103 kg/m3 Chọn B D Câu 13. Một khối sắt hình lập phương ở nhiệt độ 20 C bị nung nóng và hấp thụ lượng nhiệt 297 kJ. Độ tăng thể tích của khối sắt là V . Cho biết sắt (ở 20 C ) có khối lượng riêng là 7800 kg/m3 , nhiệt dung riêng là 460 J/kg.K và hệ số nở dài là 11.10 6 K 1 . Giá trị V gần giá trị nào nhất sau đây? A. 4,63 cm3 B. 1,93 cm3 C. 2,93 cm3 D. 2,73 cm3 Hướng dẫn * Khối lượng khối sắt ở nhiệt dộ 20 C : m V0 D
5. * Nhiệt lượng khối sắt nhận để tăng thêm nhiệt độ t :Q cm t cV0 D t V 3a 3 Q * Độ nở khối của khối sắt: V V 3 t Q cD V 0 cD 3.11.10 6.297.103 V 2,73.10 6 m3 Chọn D 460.7800 Câu 14. Từ tinh thể thạch anh người ra làm ra một hình trụ, trục của hình trụ song song với trục của phần lăng trụ sáu mặt của tinh thể thạch anh. Ở nhiệt độ 18 C bán kính đáy hình trụ là 10 mm, còn chiều cao là 50 mm. Hãy xác định thể tích của hình trụ này ở nhiệt độ 300 C , biết rằng hệ số dãn nở dài theo trục của hình lăng trụ là 6 1 6 1 1 7,2.10 K , còn theo phương vuông góc với trục hình trụ là 2 13,2.10 K A. 14,63 cm3 B. 14,93 cm3 C. 15,86 cm3 D. 15,73 cm3 Hướng dẫn * Độ tăng nhiệt độ: t 300 18 282C 3 3 2 6 3 * Thể tích ở nhiệt độ 18C: V0 h0S0 50.10 10.10 5 .10 m * Thể tích ở nhiệt độ 300C: V hS V0 1 1 t 1 2 2 t V 5 .10 6 1 7,2.10 6.282 1 2.13,2.10 6.282 1,586.10 5 m3 15,86 cm3 Chọn C Câu 15. Một thanh nhôm và một thanh thép ở 0 C có cùng độ dài. Khi nung nóng tới 100 C thì độ dài của hai thanh chênh nhau 0,6 mm. Xác định độ dài của hai thanh này ở 0 C . Biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10 6K 1 và của thép là 12.10 6 K 1 A. 417 mmB. 500mmC. 250mmD. 1500mm Hướng dẫn l l 1 t t t 0 t 1 0 1 * Từ l l l0 l0 t  l l0 1 t l2 l0 1 2t l1 l2 l0 1 1t l0 1 2t l0t 1 2 3 l1 l2 0,6.10 l0 6 0,5 m Chọn B t 1 2 100 24 12 .10 Câu 16. Ở nhiệt độ 0 C chiều dài của thanh đồng và thanh sắt lần lượt là  01 và  02 . Ở bất kì nhiệt độ nào, thanh thép luôn dài hơn thanh đồng 25 mm. Cho biết hệ số nở dài của đồng là 18.10 6 K 1 và của 6 1 thép là 12.10 K . Giá trị của  01 2 02 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 105 mmB. 125 mmC. 205 mmD. 289 mm Hướng dẫn
6. 3 t 0 t 25.10 l1 l2 l01 l02 * Từ l l l0 l0 t  l l0 1 t  3 25.10 l01 l02 1 1t l02 1 2t l01 l02 l01 1 l02 2 t 3 l 50.10 3 m l02 l01 25.10 01 l01 2l02 200 mm l l 0 l 1,5l 3 02 2 02 1 02 01 l02 75.10 m Chọn C Câu 17. Ở nhiệt độ 0 C chiều dài của thanh đồng và thanh sắt lần lượt là  01 và  02 sao cho  01  02 5 m. Hiệu chiều dài của chúng ở cùng nhiệt độ bất kì nào cũng không đổi. Biết hệ số nở dài của 6 1 6 1 đồng là 18.10 K , của sắt là 12.10 K . Giá trị của (  01 2 02 ) gần giá trị nào nhất sau đây? A. 11,4 cmB. 9,5 cmC. 7,3 cmD. 7,8 cm Hướng dẫn t 0 t l1 l2 l01 l02 * Từ l l l0 l0 t  l l0 1 t  2 l01 l01 l02 2 l01 1 2 5 l01 1 1t l02 1 2t l01 l02 l 3 3 02 2 l l l 3 02 5 01 02 l01 2l02 8 m Chọn D Câu 18. Ở 0 C , thanh nhôm và thanh sắt có tiết diện ngang bằng nhau, có chiều dài lần lượt là 80 cm và 6 1 6 1 80,5 cm. Biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10 K , của sắt là 14.10 K . Khi nhiệt độ là t1 thì chúng có chiều dài bằng nhau và khi nhiệt độ là t2 thì chúng có thể tích bằng nhau. Giá trị của t1 t2 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 840 C B. 821 C C. 745 C D. 925 C Hướng dẫn l1 l2 l l0 1 t  l01 1 1t1 l02 1 2t1 * Từ V1 V2 V S0l0 1 3 t  S0l01 1 3 2t2 S0l02 1 3 2t2 l l 02 01 4 4 t1 l02 l01 0,805 0,8 l01 1 l02 2 3 3 t1 t2 l l l l 0,8.24.10 6 0,805.14.10 6 t 02 01 01 1 02 2 2 3l01 1 3l02l 2 t1 t2 840,7C Chọn A Câu 19. Một thanh đồng thau có hình trụ có tiết diện S 25 cm2 bị nung nóng từ nhiệt độ 0 C đến 100 C . Cho biết đồng thau có hệ số nở dài là 18.10 6 K 1 và suất đàn hồi là E 11.1010 Pa . Biết rằng, khi thanh có chiều dài  dưới tác dụng lực nén có độ lớn F bị nén một đoạn  thì F ES  /  . Để độ
7. dài của thanh giữ nguyên không đổi thì độ lớn lực nén tác dụng vào hai đầu thanh này gần giá trị nào nhất sau đây? A. 49,5 kNB. 396 kNC. 4,95 kND. 0,495 kN Hướng dẫn * Phân tích hiện tượng: Nhiệt độ tăng thì thanh sẽ dãn nở một đoạn  . Để độ dài của thanh giữ nguyên không đổi thì phải dùng lực F để nén lại một đoạn đúng bằng  l F ES 10 4 6 3 * Từ l F ES t 11.10 .25.10 .18.10 100 0 396.10 N l l t Chọn B Câu 20. Một thanh xà ngang bằng thép có tiết diện là S 30 cm2 . Hai đầu của thanh xà được chôn sâu vào hai bức tường đối diện. Cho biết thép có hệ số nở dài là 11.10 6 K 1 và suất đàn hồi là E 21,6.1010 Pa . Biết rằng, khi thanh có chiều dài  dưới tác dụng lực nén có độ lớn F bị nén một đoạn  thì F ES  /  . Độ lớn lực do thanh xà này tác dụng lên bức tường khi nhiệt độ của thanh xà tăng thêm 25 C gần giá trị nào nhất sau đây? A. 215 kNB. 196 kNC. 178 kND. 495 kN Hướng dẫn l F ES 10 4 6 3 * Từ l F ES t 21,6.10 .30.10 .11.10 .25 178,2.10 N l l t Chọn C BÀI TOÁN TƯƠNG TỰ VÀ BIẾN TƯỚNG Câu 1. Một thước thép ở 20 C có độ dài 1000 mm. Khi nhiệt độ tăng lên 40 C , thước thép này dài thêm bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của thép là 11.10 6K 1 A. 2,4 mmB. 3,2 mmC. 0,22 mmD. 4,2 mm Câu 2. Một dây tải điện ở 20 C có độ dài 1800 m. Xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 40 C về mùa hè. Biết hệ số nở dài của dây của dây tải điện là 11,5.10 6K 1 A. 41,4 cmB. 35 cmC. 47,3 cm D. 73,5 cm Câu 3. Ở 15 C mỗi thanh ray của đường sắt dài 12,5 m. Biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là 11.10 6K 1 . Hỏi khe hở giữa hai thanh ray phải có độ rộng tối thiểu là bao nhiêu để các thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng tới 35 C ? A. 11,4 mmB. 2,75 mmC. 7,3 mmD. 4,81 mm
8. Câu 4. Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 18 C có độ dài 12,5 m. Biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là 12.10 6K 1 . Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,5 mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu ddể chúng không bị uốn cong do tác dụng nở vì nhiệt? A. 58 C B. 48 C C. 45 C D. 35 C Câu 5. Một thanh kim loại có chiều dài 40 m ở nhiệt độ 20 C , có chiều dài 20,075 m ở nhiệt độ 50 C . Hệ số nở dài của thanh kim loại gần giá trị nào nhất sau đây? A. 4.10 5K 1 B. 3.10 5K 1 C. 6.10 5K 1 D. 7.10 5K 1 Câu 6. Tìm nhiệt độ của tấm nhôm phẳng, biết rằng diện tích của nó đã tăng thêm 900 mm2 do nung nóng. Cho biết ban đầu diện tích của tấm nhôm ở 3 C là 1,5 m2 , hệ số nở dài của nhôm là 24.10 6K 1 A. 15,5 C B. 1450 C C. 14,5 C D. 12,5 C Câu 7. Tìm nhiệt độ của một tấm nhôm phẳng, biết rằng diện tích của nó đã tăng thêm 3240 mm2 do nung nóng. Cho biết diện tích của tấm nhôm ở 0 C là 1,5 m2 , hệ số nở dài của nhôm là 24.10 6K 1 A. 1250 C B. 45 C C. 14,5 C D. 12,5 C Câu 8. Một tấm đồng hình vuông ở 0 C có cạnh dài 50 cm. Biết hệ số nở dài của đồng là 17.10 6K 1 . Cần nung nóng tới nhiệt độ bao nhiêu để diện tích của tấm đồng tăng thêm 16 cm2 ? A. 500 C B. 188 C C. 800 C D. 100 C Câu 9. Một bể bằng bê tông có dung tích là 2 m3 ở 0 C . Khi ở 30 C thì dung tích của nó tăng thêm 2,61 lít. Tính hệ số nở dài của bê tông A. 4.10 5K 1 B. 3.10 5K 1 C. 1,2.10 5K 1 D. 1,45.10 5K 1 Câu 10. Khối lượng riêng của sắt ở 900 C bằng bao nhiêu? Biết khối lượng riêng của nó ở 0 C là 7,8.103 kg/m3 . Hệ số nở dài của sắt là 11.10 6K 1 A. 7,575.103 kg/m3 B. 7,599.103 kg/m3 C. 7,857.103 kg/m3 D. 7,485.103 kg/m3 Câu 11. Ở nhiệt độ 0 C chiều dài của thanh đồng và thanh sắt lần lượt là  01 và  02 sao cho  01  02 5 m. Hiệu chiều dài của chúng ở nhiệt độ bất kỳ nào cũng không đổi. Biết hệ số nở dài của 6 1 6 1 đồng là 18.10 K , của sắt là 12.10 K . Giá trị của 2 01  02 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 11,4 cmB. 9,5 mC. 7,3 mD. 7,8 m Câu 12. Ở 0 C , thanh nhôm và thanh sắt có tiết diện ngang bằng nhau, có chiều dài lần lượt là 80 cm và 6 1 6 1 80,5 cm. Biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10 K , của sắt là 14.10 K . Khi nhiệt độ là t1 thì chúng có chiều dài bằng nhau và khi nhiệt độ là t2 thì chúng có thể tích bằng nhau. Giá trị của t1 3t2 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 840 C B. 1261 C C. 1745 C D. 925 C Câu 13. Cho biết thép có hệ số nở dài là 11,4.10 6K 1 và suất đàn hồi là E 2.1011 Pa . Cần phải đặt một lực là bao nhiêu vào đầu mút một thanh sắt có tiết diện ngang là S 10 cm2 để ngăn không cho
9. thanh sắt dài thêm ra khi nhiệt độ của thanh tăng từ 0 C đến 30 C ? Biết rằng, khi thanh có chiều dài  , có tiết diện S dưới tác dụng của lực nén có độ lớn F bị nén một đoạn  thì F ES  /  A. 68,4 kNB. 19,6 kNC. 17,8 kND. 49,5 kN ĐÁP ÁN BÀI TOÁN TƯƠNG TỰ VÀ BIẾN TƯỚNG 1C 2A 3B 4B 5C 6A 7B 8B 9D 1A0 11C 12B 13A 20