Задачи урока:
Изучить коэффициенты линейного и объемного расширения тел
Обеспечение урока:
«Физика 11» (авторы Жилко В.В., Лавриненко А.В., Маркович Л.Г.)
Ход урока:
1. Организационный момент – 1 мин
2. Проверка домашнего задания – 10 мин
3. Объяснение нового материала – 25 мин
4. Закрепление материала – 7 мин
5. Домашнее задание – 2 мин
Конспект урока:
Опыт показывает, что большинство тел при нагревании расширяется, а при охлаждении - сжимается. Каждое вещество имеет свою, отличную от других, степень расширения или сжатия.
Увеличение линейных размеров тела при нагревании называют линейным расширением.
Как показывает эксперимент, для большинства твердых кристаллических тел их линейное расширение Δl прямо пропорционально первоначальной длине l0 и увеличению температуры Δt (рис. 51, а). Эту экспериментальную зависимость математически можно представить в виде формулы
Δl=α l0 Δt,
где коэффициент пропорциональности а называется температурным коэффициентом линейного расширения. В достаточно широких температурных пределах эта величина постоянна для данного материала. Чтобы определить физический смысл α, выразим его из формулы для линейного расширения:
где — длина образца при температуре t.
Температурный коэффициент линейного расширения вещества численно равен удлинению, которое получит образец, имевший первоначально единичную длину, при его нагревании на 1 °С. Он имеет размерность (°С)-1. Заметим, что коэффициент α остается практически постоянным при изменении температуры образца в обычных условиях.
Измерения показывают, что линейное расширение различных материалов неодинаково (рис. 51,6). Коэффициенты линейного расширения некоторых веществ приведены в таблице 4. Так, для алюминия α = 25·10-6 ◦С-1. Это означает, что длина метровой алюминиевой линейки увеличится на Δl = 25 мкм = 0,025 мм при ее нятеиянии на 1 ◦С.
С учетом того, что Δl = lt- l0, найдем формулу для определения линейного размера при температуре t (l0, как правило, берется при температуре t0 = 0°С):
lt=l0(1+α∆t)= l0(1+α(t-t0))
Увеличение линейных размеров сопровождается увеличением объема тел (объемное расширение тел). Аналогично температурному коэффициенту линейного расширения можно ввести температурный коэффициент объемного расширения вещества, характеризующий изменение объема при изменении температуры. Опыт показывает, что так же, как и в случае линейного расширения, можно без заметной ошибки принять, что приращение объема тела пропорционально приращению температуры в пределах не слишком большого температурного интервала.
Vt=V0(1+γ∆t)= V0(1+γ(t-t0))
, где γ- температурный коэффициент объемного расширения. Как и коэффициент линейного расширения он также измеряется в ◦С-1
При увеличении объема тел плотность их уменьшается во столько раз, во сколько увеличился объем.
Обозначив плотность при температуре t буквой р, а при t’ — той же буквой со штрихом р', имеем
Существует взаимосвязь между коэффициентами линейного и объемного расширения
Коэффициент объемного расширения вещества в твердом состоянии равен утроенному коэффициенту его линейного расширения: γ=3α
Явление теплового расширения тел положено в основу работы различных термометров, где в качестве термометрической Величины выступает длина «столбика» из жидкости, газа или твердого тела.
С другой стороны, с тепловым расширением нужно бороться в высокоточных измерительных приборах, для чего используются вещества с очень малыми коэффициентами расширения. К ним относятся кварц и инвар (сплав стали с никелем). Инвар используют для изготовления стержней часовых механизмов, а кварц — для термостойкой посуды
1. Как зависят линейные размеры и объемы тел от температуры?
2. Каков физический смысл температурного коэффициента линейного расширения?
3. Каковы особенности теплового расширения воды?
4. Объясните, почему стеклянный сосуд может расколоться, если одну из его частей нагреть или охладить быстрее, чем другие части.
5. Объясните, почему при быстром нагревании стеклянной колбы, до краев заполненной жидкостью, ее уровень сначала несколько понижается, а затем повышается, и жидкость начинает переливаться через край.
6. Какая температура воды зимой на дне замерзшего озера?
7. Увеличится или уменьшится выталкивающая сила F действующая на алюминиевую чашку, погруженную в воду, если температура воды увеличится с t1 = 1 °C до t2 = 4°C?
8. Объясните, почему добавлять воду в систему охлаждения перегретого автомобильного двигателя следует очень медленно и только при работающем двигателе.
9. Каков физический смысл коэффициента объемного расширения?
10. Какова связь между коэффициентами линейного и объемного расширения?
| 
