Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Tiết 29 - Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính

HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC. LỰC QUÁN TÍNH A. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nêu được hệ quy chiếu phi quán tính là gì và các đặc điểm của nó. - Viết được công thức tính lực quán tính đối với vật đứng yên trong hệ quy chiếu phi quán tính. 2. Kỹ năng - Vận dụng giải các bài tập đơn giản. B. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Tranh vẽ hình H21.2 SGK 2. Học sinh Ôn tập về 3 định luật Newton, hệ quy chiếu quán tính. C. PHÖÔNG PHAÙP - Giaûi quyeát vaán ñeà, thaûo luaän nhoùm - Thực nghiệm D. TIEÁN TRÌNH LEÂN LÔÙP. 1. OÅn ñònh toå chöùc - OÅn ñònh lôùp, ñieåm danh 2. Kieåm tra baøi cuõ - Biểu thức của lực ma sát trượt ? Đặc điểm lực ma sát trượt ? 3. Baøi môùi Hoaït ñoäng cuûa thaày vaø troø Noäi dung kieán thöùc Hoạt động 1: Tìm hiểu hệ quy chiếu có gia tốc và lực quán tính GV: - Yêu cầu HS quan sát hình ảnh 21.1 SGK. - Nêu câu hỏi phía dưới hình 21.1. HS: Do quán tính GV: Sử dụng tranh vẽ H21.2 trên bảng để mô tả thí nghiệm. Trong thực tế, viên bi có đứng yên tại điểm M không? Tại sao? HS: Không. Vì có ma sát do xe AB tác dụng vào vật. GV: Nếu bỏ qua ma sát thì nhận xét trên thay đổi như thế nào? HS: Nếu bỏ qua ma sát thì viên bi sẽ đứng yên so với điểm M. GV: Bây giờ ta sẽ xét đối với hệ quy chiếu gắn với chiếc xe (TH bỏ qua ma sát), đối với xe, viên bi có CĐ không? Lúc này có những lực nào tác dụng vào viên bi? HS: Đối với xe, viên bi có CĐ. Các lực tác dụng vào viên bi: trọng lực P và phản lực N. GV: Tại sao không có lực tác dụng vào vật theo phương ngang mà xe vẫn CĐ có gia tốc đối với xe? HS: Thảo luận tìm phương án giải thích GV: Trong những tình huống như vậy, các ĐL Newton còn đúng nữa không? Tại sao? Giải thích cụ thể? HS: Định luật I Niu tơn ko còn nghiệm đúng GV: Nhấn mạnh lại: Các Đl Newton không đúng nữa vì các ĐL Newton được rút ra từ những quan sát trong HQC gắn với mặt đất (xem là HQC quán tính), còn những hiện tượng vừa nêu được quán sát trong HQC CĐ có gia tốc so với mặt đất. Ta gọi những HQC như vậy là HQC phi quán tính. HS: Ghi nhận kiến thức GV: HQC phi quán tính là HQC như thế nào? HS: HQC phi quán tính là HQC CĐ có gia tốc đối với mặt đất (HQC quán tính), trong đó các ĐL Newton không còn nghiệm đúng nữa. GV: Giới thiệu với HS về lực quán tính. HS: Viết biểu thức và ghi nhận đặc điểm của lực quán tính GV: Chú ý cho HS lực quán tính không phải là một loại lực cơ (như lực đàn hồi, lực ma sát, lực hấp dẫn) mà đây đơn giản chỉ là một khái niệm đưa ra để giúp cho việc giải bài toán được dễ dàng hơn. GV: So sánh lực quán tính với các lực thông thường? HS: Giống: gây ra biến dạng hoặc gây ra gia tốc cho vật. Khác: xuất hiện do tính chất phi quán tính của HQC chư không phải do tác dụng của vật nầy lên vật khác như các lực thông thường. GV: Lực quán tính có phản lực không? HS: Lực quán tính không có phản lực. Hoạt động 2: Vận dụng giải bài tập GV- Yêu cầu HS đọc phần bài tập vận dụng số 1 trong SGK - ? Giải bài toán đối với HQC gắn với mặt đất? - ? xác định tác dụng lên vật? Phân tích các lực tác dụng lên vật? Khi dây treo (vật) đã có vị trí ổn định (vật cân bằng) so với xe, tác dụng vào vật như thế nào? - Tính lực căng dây T, tính gia tốc a? GV: Yêu cầu HS đọc phần bài tập vận dụng số 2 trong SGK và yêu cầu HS giải bài toán theo 2 HQC. HS: Thảo luận nhóm giải bài tập GV: Chú ý cho HS trong bài toán, luôn chọn chiều dương là CĐ của , trục tọa độ OX thẳng đứng. 1. Giải bài toán đối với HQC mặt đất (HQC quán tính) - Áp dụng Đl II Newton cho vật? BT sau khi chiếu lên OX? 2. Giải bài toán đối với HQC gắn với thang máy (HQC phi quán tính). - Xác định ? - Áp dụng Đl II Newton cho vật? BT sau khi chiếu lên OX? 1. Hệ quy chiếu có gia tốc: Hệ quy chiếu có gia tốc (hay hệ quy chiếu phi quán tính) là hệ quy chiếu trong đó các định luật Niutơn không còn nghiệm đúng. 2. Lực quán tính: - Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng của một lực bằng . Lực này gọi là lực quán tính. (1) - Lực quán tính cũng gây ra biến dạng hoặc gia tốc cho vật nhưng nó xuất hiện là do tính chất phi quán tính của hệ quy chiếu chứ không do tác dụng của vật này lên vật khác. Vì vậy, lực quán tính không có phản lực Hình 21.3 3. Bài tập vận dụng: Bài tập 1 (Hình 21.3): - Đối với HQC gắn với mặt đất: Hay: - Đối với HQC gắn với xe: Ta có: Bài tập 2: 1. Giải bài toán đối với HQC mặt đất (HQC quán tính) a/ suy ra: F = P = mg = 19, 6 N. b/ Chiếu lên trục OX, chiều + là chiều của . Ta được: - P + F = m.a Vây: F = m (a + g) = 24N. c/ Chiếu lên trục OX, chiều + là chiều của . Ta được: + P - F = m.a Vây: F = m (g - a) = 15,2N. d/ Chiếu lên trục OX, chiều + là chiều của . + P - F = m.g, suy ra: F = 0 2. Giải bài toán đối với HQC gắn với thang máy (HQC phi quán tính). a/ Thang máy CĐ đều, HQC phi quán tính bây giờ là HQC quán tính. suy ra: F = P = mg = 19, 6 N. b/ Đl II Newton cho vật khi vật cân bằng: Chiếu lên trục OX, chiều + là chiều của . Ta được: - P - Fqt + F = 0 Vây: F = P + Fqt = mg + ma = m (a + g) = 24N. c/ Đl II Newton cho vật khi vật cân bằng: Chiếu lên trục OX, chiều + là chiều của . Ta được: + P - F - Fqt = 0 Vây: F = P – Fqt = mg – ma = m (g - a) = 15,2N. d/ a = g thì: F = P – Fqt = mg – ma = m (g - a) = 0. Vật hoàn toàn không còn tác dụng kéo dãn lò xo của lực kế. 4. Cuûng coá vaø luyeän taäp. GV: - Nêu câu hỏi C3 SGK. - Nhận xét câu trả lời. - Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 1, 2 trong SGK. - Nhận xét câu trả lời của HS. - Nêu bài tập 1, 2 SGK. - Nhận xét câu trả lời của HS. HS: - Trả lời câu hỏi C3. - Trả lời các câu hỏi trắc nghiệm theo nội dung câu 1, 2 SGK. - Giải bài tập 1, 2 SGK. - Trình bày câu trả lời. 5. Höôùng daãn hoïc sinh töï hoïc ôû nhaø GV: - Nêu câu hỏi, bài tập về nhà: 2,3,4,5,6 SGK - Yêu cầu HS chuẩn bị bài mới “Lực hướng tâm”. HS: - Ghi câu hỏi, bài tập về nhà. - Đọc trước bài mới, ôn lại kiến thức về chuyển động tròn đều, trọng lực