Giáo án Vật lý 10 bài 46: Biến dạng vật rắn

Bài 46 I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - Phân biệt được biến dạng đàn hồi với biến dạng dẻo - Biết được biến dạng nén hay biến dạng kéo và định luật Húc đối với các biến dạng này. Có thể giải được một số bài tập về biến dạng kéo hay nén. - Có khái niệm về biến dạng lệch. - Có thể quy các biến dạng khác về hai biến dạng điển hình : Biến dạng kéo hay nén và biến dạng lệch. - Có khái niệm về giới hạn bền. - Biết giữ gìn các dụng cụ là vật rắn như : Không làm hỏng tính đàn hồi, không vượt quá giới hạn bền của vật. … II. CHUẨN BỊ - Giáo án điện tử - Bộ dụng cụ thí nghiệm treo vật lên dây và thí nghiệm đặt vật lên giá nhựa. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ổn định lớp học 1) Kiểm tra bài củ : + Câu 1: Mô tả chuyển động nhiệt của chất rắn kết tinh. + Câu 2: So sánh cấu trúc của vật rắn vô định hình với cấu trúc của vật rắn kết tinh. + Câu 3: Tính dị hướng là gì ?. Hãy cho biết nguyên nhân của tính dị hướng ở vật rắn kết tinh. 2) Nội dung bài giảng : Phần làm việc giữa Giáo viên và Học sinh. Phần ghi nhận của học sinh GV : Quan sát trên màng hình các em cho biết khi ta tác dụng lên vật rắn thì vật rắn , vật rắn như thế nào ? HS : Vật rắn biến dạng, nghĩa là hình dạng và kích thước của nó bị thay đổi GV : Vật rắn biến dạng có nhiều dạng biến dạng tuỳ theo nguyên nhân khác nhau. Bây giờ chúng ta cùng nhau tìm hiểu về biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. I. BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI - BIẾN DẠNG DẺO ¤ Các trường hợp vật rắn biến dạng : GV tiến hành thí nghiệm treo quả cân vào sợi dây treo GV : Các em cho biết sợi dây treo khi biến dạng sẽ có chiều như thế nào ? HS : Chiều dài của dây sẽ dài thêm. GV kiểm chứng lại trên màng hình GV tiến hành thí nghiệm để một quả cân nặng lên giá sắt (nhựa) GV : Các em quan sát cho biết giá sắt (nhựa) biến dạng như thế nào ? HS : Giá sắt bị uống cong khi để vật nặng lên GV giới thiệu để HS quan sát sự biến dạng “lệch vẹo” của chốt nối hai bộ phận của vật trên màng hình diễn hoạt. GV giới thiệu để HS quan sát sự biến dạng của dây đồng “biến dạng xoắn” trên màng hình diễn hoạt. ¤ Biến dạng đàn hồi GV lấy quả cân treo ở sợi dây GV : Các em cho biết sợi dây treo như thế nào khi ta lấy quả cân ra ? HS : Sợi dây treo sẽ trở về hình dạng ban đầu GV lấy quả nặng ở giá sắt (nhựa) GV : Giá sắt như thế nào khi ta lấy quả nặng đi ? HS : Giá sắt trở về hình dạng ban đầu GV : Biến dạng của sợi dây treo hay giá sắt được gọi là biến dạng gì ? HS : Biến dạng đàn hồi GV tiến hành trình diễn trên màng hình phần biến dạng đàn hồi ® Biến dạng đàn hồi. ¤ Biến dạng dẻo GV cho HS quan sát sự biến dạng xoắn của dây đồng GV : Khi ngoại lực không còn tác dụng lên dây đồng thì dây đồng có trở về hình dạng ban đầu không ? HS : Dây đồng không trở về hình dạng ban đầu GV tiến hành trình diễn trên màng hình phần biến dạng dẻo ® Biến dạng dẻo J Chú ý GV tiến hành thí nghiệm kéo hỏng một lò xo ® Những vật đàn hồi bị biến dạng quá mức, vượt qua một giới hạn nào đó thì biến dạng không còn là đàn hồi mà trở thành biến dạng dẻo. II. BIẾN DẠNG KÉO - BIẾN DẠNG NÉN 1) Biến dạng kéo - Biến dạng nén GV : Lấy thanh AB. Giữ đầu A cố định và tác dụng lên đầu B một lức kéo F. Lực F này được truyền qua thanh và tác dụng vào vật giữ đầu A, vật này tác dụng lên đầu A phản lực F’ trực đối với F. Dưới tác dụng của hai lực trực đối này, các em cho biết thanh biến dạng như thế nào về chiều dài lẫn chiều ngang ? HS : Chiều dài của thanh tăng lên và chiều ngang của thanh giảm đi ? GV : Đây là trường hợp biến dạng kéo ® Biến dạng kéo GV : Nếu cho lực F tác dụng lên thanh AB theo chiều ngược lại các em cho biết thanh biến dạng như thế nào về chiều dài lẫn chiều ngang ? HS : Chiều dài của thanh giảm lên và chiều ngang của thanh tăng lên ? GV : Đây là trường hợp biến dạng nén ® Biến dạng nén GV cho HS quan sát 3 thí dụ về biến dạng nén và biến dạng kéo 2) Ứng suất kéo pháp tuyến GV : Tác dụng một lực F vào đầu dưới một sợi dây kim loại có chiều dài ban đầu l0, khi đó thanh dãn ra một đoạn Dl. Gọi S là tiết diện ngang của sợi dây kim loại khi đó ta có ứng suất kéo pháp tuyến được định nghĩa như sau ® ứng suất kéo pháp tuyến. 3) Độ dãn tương đối GV : Qua hình vẽ minh hoạ trên, các em cho biết độ dãn Dl của dây được tính như thế nào ? HS : Dl = l – l0 GV : Trình bày về độ dãn tương đối 4) Ứng suất nén pháp tuyến GV trình bày tương tự như ứng suất kéo pháp tuyến. 5) Độ nén tương đối GV trình bày tương tự như độ dãn tương đối. 6) Định luật Huc ( Robert Hookes ) GV Trình bày như phần bên ® ứng suất làm biến dạng của vật và độ biến dạng tương đối. ® Phát biểu định luật Húc. GV Trình bày suất đàn hồi E ( Suất Young) và hệ số đàn hồi K 7) Chú ý GV nhắc lại : Khi một vật có dạng thanh dài chịu biến dạng kéo (hay nén) thì tiết diện ngang của vật thay đổi, đối với biến dạng kéo thì nó nhỏ đi, đối với biến dạng nén thì nó tăng lên. III. BIẾN DẠNG LỆCH GV cho HS quan sát và nhận xét các “mành mành” và các hình chữ nhật bị lệch đi GV : Biến dạng lệch là biến dạng như thế nào ? HS : Biến dạng lệch là biến dạng mà ở đó có sự lệch đi hay trượt giữa các lớp vật rắn đối với nhau. GV cho HS quan sát phương của lực trong biến dạng lệch GV : các nhận xét như thế nào về phương của lực trong biến dạng lệch HS : Trong biến dạng lệch thì lực ngoài tác dụng tiếp tuyến với bề mặt vật rắn GV : Khi đó, ứng suất biến dạng được gọi là ứng suất tiếp tuyến : st IV. CÁC BIẾN DẠNG KHÁC GV diễn hoạt trường hợp biến dạng uốn GV : Các em cho biết khi thanh bị biến dạng thì lớp trên và lớp dưới của thanh bị biến dạng như thế nào ? HS : Lớp trên của thanh bị nén lại, còn lớp dưới thì dãn ra GV : Như vậy, biến dạng uốn có thể quy về biến dạng kéo của lớp dưới và biến dạng nén của lớp trên GV diễn hoạt trường hợp biến dạng xoắn GV : Biến dạng xoắn có thể quy về biến dạng lệch của các lớp vỏ của vật bị xoắn. V. GIỚI HẠN BỀN GV trình bày về giới hạn bền. I. BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI - BIẾN DẠNG DẺO ¤ Các trường hợp vật rắn biến dạng : ð Sợi dây treo dài thêm khi treo vật ð Giá sắt bị uốn cong khi để vật nặng lên trên ð Chốt nối hai bộ phận của vật bị lệch vẹo đi ð Đoạn dây đồng bị xoắn ¤ Biến dạng đàn hồi ¯ Nếu ngoại lực thôi tác dụng , vật tự lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật được gọi là biến dạng đàn hồi ¤ Biến dạng dẻo ¯ Nếu ngoại lực thôi tác dụng , vật không tự lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật được gọi là biến dạng dẻo ( biến dạng còn dư ) J Chú ý ¯Những vật đàn hồi bị biến dạng quá mức, vượt qua một giới hạn nào đó thì biến dạng không còn là đàn hồi mà trở thành biến dạng dẻo. II. BIẾN DẠNG KÉO - BIẾN DẠNG NÉN 1) Biến dạng kéo - Biến dạng nén * Biến dạng kéo Dưới tác dụng của hai lực kéo trực đối, thanh bị biến dạng , chiều dài tăng lên, chiều ngang giảm . Biến dạng này là biến dạng kéo * Biến dạng nén Dưới tác dụng của hai lực nén trực đối, thanh bị biến dạng , chiều dài giảm, chiều ngang tăng . Biến dạng này là biến dạng nén 2) Ứng suất kéo pháp tuyến Ứng suất kéo pháp tuyến là lực kéo ứng với 1 đơn vị diện tích vuông góc với lực. Đơn vị sn : N/m2 (Pa) 3) Độ dãn tương đối Ä Độ dãn dây : Dl = l – l0 ÄĐộ dãn tương đối : 4) Ứng suất nén pháp tuyến Ứng suất nén pháp tuyến là lực nén ứng với 1 đơn vị diện tích vuông góc với lực. Trong đó : + F : Lực kéo tác dụng lên dây (N) + S : Diện tích tiết diện dây (m2) 5) Độ nén tương đối Ä Độ nén dây : Dl = l – l0 ÄĐộ nén tương đối : 6) Định luật Huc ( Robert Hookes ) ¯ sn : Ứng suất kéo pháp tuyến (biến dạng kéo) hoặc ứng suất nén pháp tuyến (biến dạng nén). Ta gọi chung là ứng suất làm biến dạng của vật. ¯ : Độ dãn tương đối (biến dạng kéo) hoặc độ nén tương đối (biến dạng nén). Ta gọi chung là độ biến dạng tương đối. Phát biểu : “Trong giới hạn đàn hồi độ biến dạng tương đối và ứng suất làm biến dạng tỉ lệ với nhau” Þ F = K.Dl Trong đó : E : Suất đàn hồi hay suất Iâng ( Young ) k : Hệ số đàn hồi (Độ cứng ) : N/m 7) Chú ý Khi một vật có dạng thanh dài chịu biến dạng kéo (hay nén) thì tiết diện ngang của vật thay đổi, đối với biến dạng kéo thì nó nhỏ đi, đối với biến dạng nén thì nó tăng lên. III. BIẾN DẠNG LỆCH ð Các “mành mành” bị làm lệch đi ð Hình chữ nhật bị làm lệch đi Biến dạng lệch là biến dạng mà ở đó có sự lệch đi hay trượt giữa các lớp vật rắn đối với nhau. Trong biến dạng lệch thì lực ngoài tác dụng tiếp tuyến với bề mặt vật rắn Khi đó, ứng suất biến dạng được gọi là ứng suất tiếp tuyến : st IV. CÁC BIẾN DẠNG KHÁC Biến dạng uốn có thể quy về biến dạng kéo của lớp dưới và biến dạng nén của lớp trên. Biến dạng xoắn có thể quy về biến dạng lệch của các lớp vỏ của vật bị xoắn. V. GIỚI HẠN BỀN Khi lực ngoài tác dụng lên vật vượt quá một giới hạn nào đó thì nó không chỉ làm vật biến dạng mà còn có thể làm vật hư hỏng. Như vậy : Các vật liệu điều có một giới hạn bền, nếu vượt quá giới hạn đó thì vật bị hư hỏng. Khi chế tạo các dụng cụ và khi sử dụng, chúng ta phải chú ý đến giới hạn bền của vật liệu. 3) Cũng cố GV cho HS lần lượt làm các câu trắc nghiệm Câu 1: Chọn câu sai trong các câu sau đây : Giới hạn trong đó vật có tính đàn hồi gọi là giới hạn đàn hồi. B. Cột nhà, tường, trụ cầu, móng nhà chịu biến dạng kéo. C. Khi biến dạng nén, chiều dài của thanh giảm, chiều ngang của thanh tăng. D. Vật có tính dẻo khi ngoại lực thôi tác dụng, vật không lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu Câu 2: Chọn câu đúng trong các câu sau đây : A. Suất đàn hồi tỉ lệ với độ dài của vật. B. Suất đàn hồi tỉ lệ nghịch với tiết diện của vật. C. Suất đàn hồi tùy thuộc vào bản chất của chất làm vật đàn hồi. D. Tất cả các câu trên đều đúng. Câu 3: Chọn câu đúng trong các câu sau đây : Hệ số đàn hồi có đặc điểm : A. Tùy thuộc vào tính chất của chất làm vật đàn hồi. B. Tỉ lệ với chiều dài của vật đàn hồi. C. Tỉ lệ nghịch với tiết diện của vật đàn hồi . D. Câu A và C đúng 4) Dặn dò học sinh. + Trả lời các câu hỏi 1, 2, 3 trang 203 SGK + Làm bài tập 1 và 2 trang 203 SGK. + Chuẩn bị bài : Sự Nở vì nhiệt