Giáo án Vật lý 10 bài 9 đến 11

BÀI 9 : CHUYỂN ĐỘNG TRÒN CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU I / Mục tiêu : - Hiểu được đặc điểm của chuyển động tròn, xác định được vị trí của chất điểm trong chuyển động tròn bằng góc quét của vectơ tia hoặc bằng cung chắn góc quét, từ đó có khái niệm vận tốc góc vận tốc dài. - Nắm vững tính chất tuần hoàn của chuyển động tròn đều và các đại lượng đặc trưng riêng cho chuyển động tròn đều là chu kỳ, tần số và công thức liên hệ giữa các đại lượng đó với vận tốc góc, vận tốc dài và bán kính vòng tròn. II / Chuẩn bị : - Thước, compa. III / Tổ chức hoạt động dạy học : 1 / Kiểm tra bài cũ : + Câu 1 Phân biệt độ dời và quảng đường đi được trong chuyển động cong trong khoảng thời gian Dt. Khi Dt rất nhỏ thì thế nào ? + Câu 2 : Nói rõ đặc điểm vectơ vận tốc và vectơ gia tốc trong chuyển động cong ? + Câu 3 Nói rõ đặc điểm vectơ vận tốc và vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng ? 2 / Giới thiệu bài mới : Phần làm việc của Giáo Viên Phần ghi chép của học sinh I / Xác định vị trí của một chất điểm trong chuyển động tròn : GV : Em hãy nhắc lại cho Thầy biết cách xác định vị trí chất điểm trong chuyển động cong HS : Để xác định vị tí chất điểm chuyển động cong, ta dùng vectơ tia Gọi HS vẽ vectơ tia lên bản Ê GV : Tương tự khi chất điểm chuyển động trên một quỹ đạo tròn để xác định vị trí của chất điểm M, ta cũng dùng vectơ tia OM GV : Khi chất điểm M chuyển động, các em nhận xét như thế nào về phương và chiều của vectơ tia trong chuyển động tròn so với vectơ tia trong chuyển động cong HS : Vectơ tia có phương quay quanh tâm O, có chiều không thay đổi và có độ lớn không thay đổi, khác với độ lớn vectơ tia trong chuyển động cong. II / Vectơ vận tốc của chất điểm trong chuyển động tròn : GV : Một em hãy lên bảng và vẽ vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động cong ? Gọi HS vẽ vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động cong lên bản Ê GV : Trong chuyển động tròn, vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn cũng có tính chất như vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động cong. Tương tự như vậy, một em HS hãy lên vẽ vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn của M GV xác định M trên một đường tròn sẳn rồi gọi HS lên vẽ vectơ vận tốc Ê GV : Các em cho biết điểm đặt của vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn ? HS : Điểm đặt của tại một điểm trên vật. GV : Các em cho biết phương của vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn ? HS : Có phương trùng với tiếp tuyến đường tròn tại điểm ta đang xét. GV : Các em cho biết chiều của vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn ? HS : Có chiều là chiều chuyển động của chất điểm M tại điểm ta đang xét. GV : Khi M chuyển động tròn được một độ dài bằng độ dài cung Ds trong thời gian Dt rất nhỏ, em hãy chó biết độ lớn của vectơ vận tốc tức thời trong chuyển động tròn ? HS : Độ lớn : v = III / Vận tốc góc của chất điểm trong chuyển động tròn : 1 / Vận tốc góc trung bình : GV : Khi chất điểm M chuyển động tròn từ vị trí M1 có vectơ tia hợp với phương ngang một góc quay j1 đến vị trí M2 có vectơ tia hợp với phương ngang một góc quay j2 . Điều đó có nghĩa là trong thời gian Dt vectia quay quét được một góc quay Dj GV : Góc quay Dj có đơn vị là độ và radiant : 1800 à p (rad) j à (rad) GV : Giả sử trong thời gian Dt = 5 giây, chất điểm M quay được 1 góc là 10 (rad), vậy hỏi trong 1 giây chất điểm quay được 1 góc là bao nhiêu ? HS : Trong 1 giây chất điểm M quay được 1 góc là 2 (rad). GV : Như vậy góc mà chất điểm quay được trong 1 đơn vị thời gian gọi là vận tốc góc ð Vận tốc góc trung bình. GV có thể so sánh ý nghĩa vật lý của v (m/s) và w (rad/s). Thí dụ 5 m/s ; 5 rad/s) 2 / Vận tốc góc tức thời : GV : Nếu ta xét trong một khoảng thời gian Dt rất nhỏ, khi đó ta có khái niệm về vận tốc góc tức thời. 3 / Mối liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc trong chuyển động tròn GV gọi Hs lên thiết lập mối liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc trong chuyển động tròn IV / Chuyển động tròn đều : 1 / Định nghĩa :GV giảng giải về chuyển động tròn đều : Khi một chất điểm chuyển động tròn với vận tốc góc có độ lớn không đổi ta gọi chất điểm đó chuyển động tròn đều. GV : Như vậy trong chuyển động tròn đều, các em cho biết vận tốc dài có tính chất đ8ạc biệt gì ? HS : Vận tốc dài của chất điểm M trong chuyển động tròn đều có độ lớn không đổi. 2 / Chu kỳ quay : ( T ) GV : Chẳng hạn như bây giờ có một chất điểm M chuyển động tròn, khi chất điểm quay được 1 vòng mất thời gian 5 giây, ta nói chu kỳ chuyển động tròn của chất điểm là 5 giây. Vậy các em cho biết chu kỳ là gì ? HS : Chu kỳ quay là khoảng thời gian mà chất điểm đi hết một vòng trên đường tròn. GV : Ta có : = GV : Khi chất điểm chuyển động 1 vòng các em cho biết độ lớn Dj và Dt HS : Dj = 2p và Dt = T GV : Em hãy viết công thức tính chu kỳ T ? HS : = = Þ T = 3 / Tần số : ( f ) GV : Một chất điểm M chuyển động tròn, trong thời gian 1 giây chất điểm chuyển động được 2 vòng ta nói tần số chuyển động tròn là 2 vòng/s. Vậy tần số chuyển động tròn là gì ? HS : Tần số là số vòng chất điểm đi được trong một giây. GV : Các em nhận thấy ý nghĩa khái niệm chu kỳ và tần số có tính chất như thế nào ? HS : Hai khái niệm này nghịch đảo với nhau GV : Em có thể viết công thức tính tần số khi đã biết chu kỳ T ? HS : f = và T = GV : Em có thể viết công thức mối liên hệ giữa w và f ? HS : = = 2pf GV : Đơn vị tần số là vòng/s hay Hz. 1 vòng/s = 1 Hz. I / Xác định vị trí của một chất điểm trong chuyển động tròn : Vị trí của chất điểm M trên đường tròn được xác định bằng vectơ tia kẻ từ tâm O của đường tròn đến điểm M trên đường tròn và có độ dài không đổi bằng bán kính R của đường tròn. = II / Vectơ vận tốc của chất điểm trong chuyển động tròn : Vectơ vận tốc của chất điểm trong chuyển động tròn có : - Điểm đặt : tại một điểm trên vật. - Phương : trùng với phương tiếp tuyến của đường tròn. - Chiều : trùng với chiều của chuyển động tròn. - Độ lớn : v = + D t : khoảng thời gian rất nhỏ + D s : độ dài cung tròn chất điểm thực hiện được trong thời gian Dt III / Vận tốc góc của chất điểm trong chuyển động tròn : 1 / Vận tốc góc trung bình : Giả sử trong khoảng thời gian Dt = t2 - t1 chất điểm có độ biến thiên góc D j = j2 - j1 thì vận tốc góc trung bình bằng thương số của độ biến thiên góc với khoảng thời gian có độ biến thiên ấy. wtb = = ( 1 ) 2 / Vận tốc góc tức thời : Nếu ta xét độ biến thiên góc trong khoảng thời gian rất nhỏ thì công thức ( 1 ) cho ta vận tốc góc tức thời. = = Trong đó : : vận tốc gốc ( rad / s ). 3 / Mối liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc trong chuyển động tròn - Ta có : v = - Mà : D s = R . D j Þ v = R . Þ v = . R IV / Chuyển động tròn đều : 1 / Định nghĩa : Chuyển động tròn đều là chuyển động có vận tốc góc không đổi ( hay vận tốc dài có độ lớn không thay đổi ). 2 / Chu kỳ quay : ( T ) Chu kỳ quay là khoảng thời gian mà chất điểm đi hết một vòng trên đường tròn. T = * Đơn vị : giây ( s ) 3 / Tần số : ( f ) Tần số là số vòng chất điểm đi được trong một giây. f = * Đơn vị : héc ( Hz ) 1Hz = 1 vòng/s w = 2pf 3 / Cũng cố : 1 / Vận tốc góc trung bình là gì ? 2 / Chuyển động tròn đều là gì ? 4 / Dặn do : - Trả lời câu hỏi trắc nghiệm - Làm bài tập : 1 ; 2 BÀI 10 : GIA TỐC CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU I / Mục tiêu : - Hiểu rõ rằng muốn tham gia chuyển động cong thì chất điểm nhất thiết phải có một gia tốc để có sự thay đổi vận tốc về phương, chiều và độ lớn. Nếu chuyển động là đều thì gia tốc chỉ gây nên sự thay đổi về phương, chiều của vận tốc. Trong chuyển động tròn đều thì gia tốc là gia tốc hướng tâm phụ thuộc vận tốc dài và bán kính đường tròn. - Nắm vững công thức gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều và áp dụng trong một số bài toán đơn giản. II / Chuẩn bị : - Thước, compa. III / Tổ chức hoạt động dạy học : 1 / Kiểm tra bài cũ : + Câu 1 : Vận tốc góc trung bình là gì ? + Câu 2 : Chuyển động tròn đều là gì ? + Câu 3 : Chu kỳ và tấn số của chuyển động tròn đều là gì ? + Câu 4 : Công thức tính chu kỳ và tấn số của chuyển động tròn đều ? 2 / Giới thiệu bài mới : Phần làm việc của Giáo Viên Phần ghi chép của học sinh GV : Các em cho biết gia tốc của một chất điểm M chuyển động thẳng đều ? HS : Khi chất điểm chuyển động thẳng đều sẽ có gia tốc bằng 0. GV : Khi chất điểm chuyển động tròn đều thì độ lớn vectơ vận tốc tức thời thay đổi như thế nào ? HS : Khi chất điểm M chuyển động tròn đều thì độ lớn vận tốc dài không đổi. GV : Các em có sự nghi vấn gìn trong vấn đề này không ? HS : Tại sao vectơ vận tốc có độ dài không đổi lại có gia tốc ? GV : Đó là vấn đề mà ta cần giải quyết trong bài học này I / Phương và chiều của vectơ gia tốc GV : Ta xét một M chuyển động tròn đều từ vị trí M1 có vận tốc 1 vào thời điểm t1 đến vị trí M2 có vận tốc 2 vào thời điểm t2 . Em nào có thể nhắc lại công thức gia tốc trong chuyển động cong ? ( GV vẽ hình một chất điểm M chuyển động trên quỹ đạo tròn có HS : = = GV : Để xác định gia tốc của chất điểm M trước hết ta phải xác định D. Muốn vậy ta tịnh tiến 1 và 2 tách ra khỏi đường tròn và bây giờ 1 em lên bảng xác định D ? GV gọi 1 HS xác định D ! GV trình bày về góc Dj và a ð a » . Sau đó gọi HS nhận xét và rút ra kết luận. II / Độ lớn của vectơ gia tốc : GV gọi một HS tương đối khá lên bảng và hướng dẫn trình bày từng biểu thức (1), (2) và (3) Þ a = III / Gia tốc hướng tâm : GV : Từ những kết luận về phương chiều và độ lớn của gia tốc trong chuyển động tròn đều ! GV : Trước hết em nào cho biết điểm đặt của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều ? HS : Điểm đặt của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều tại một điểm trên vật, tựa như điểm đặt của vectơ vận tốc. GV : Phương của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều ? HS : Phương của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều vuông góc với tiếp tuyến đường tròn tại điểm ta xét. GV : Chiều của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều ? HS : Chiều của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều luôn hướng vào tâm GV : Độ lớn của gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều HS : Gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều có độ lớn : an = I / Phương và chiều của vectơ gia tốc - Ta có : = ( với Dt rất nhỏ ), nên vectơ cùng phương, cùng chiều với vectơ . - Mặt khác : 2 a + D j = p Þ a = - - Khi cho D t rất bé thì D j cũng rất bé nên có thể bỏ qua được, do đó : a » - Lúc đó, vectơ trở nên vuông góc với vectơ và hướng vào tâm của vòng tròn. - Kết luận : Vectơ gia tốc vuông góc với vectơ vận tốc và hướng vào tâm của vòng tròn. Đặt trưng cho sự biến đổi về phương và chiều của vận tốc. II / Độ lớn của vectơ gia tốc : - Theo tính chất của các tam giác đồng dạng, ta có : = ( 1 ) - Khi D t rất nhỏ, ta có : = s = v . D t ( 2 ) - Mà : a = Þ = a . D t ( 3 ) - Thế ( 2 ) và ( 3 ) vào ( 1 ) : a = III / Gia tốc hướng tâm : Gia tốc của chất điểm chuyển động tròn đều có phương vuông góc với tiếp tuyến của quỹ đạo tại vị trí của chất điểm, có chiều hướng vào tâm đường tròn và có giá trị bằng : an = 3 / Cũng cố : 1 / Từ công thức a = hãy suy ra công thức gia tốc hướng tâm theo vận tốc góc 2 / Trong chuyển động tròn, gia tốc của chất điểm là gia tốc hướng tâm, đúng hay sai ? Giải thích ? 4 / Dặn do : - Làm bài tập : 1 ; 2 ; 3 ; 4 - Xem lại tính tương đối của chuyển động. BÀI 11 : TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG TỔNG HỢP VẬN TỐC I / Mục tiêu : - Hiểu được chuyển động có tính tương đối, các đại lượng động học như độ dời, vận tốc cũng có tính tương đối. - Hiểu rõ các khái niệm độ dời kéo theo, công thức hợp vận tốc và áp dụng giải các bài toán đơn giản. II / Chuẩn bị : - Thước, compa. III / Tổ chức hoạt động dạy học : 1 / Kiểm tra bài cũ : + Câu 1 : Từ công thức a = hãy suy ra công thức gia tốc hướng tâm theo vận tốc góc + Câu 2 : Trong chuyển động tròn, gia tốc của chất điểm là gia tốc hướng tâm, đúng hay sai ? Giải thích ? + Câu 3 : Thí dụ về tính tương đối của chuyển động ? 2 / Giới thiệu bài mới : Phần làm việc của Giáo Viên Phần ghi chép của học sinh I / Tính tương đối của chuyển động : GV : Ta hãy trở lại thí dụ về tính tương đối của chuyển động : GV : Khi xe chuyển động với vận tốc 60 m/s , đối với người đứng bên đường thì hành khách ngồi trên xe chuyển động với vận tốc như thế nào ? HS : Hành khách chuyển động với vận tốc 60 m/s GV : Đối với bác tài xế thì vận tốc chuyển động hành khách như thế nào ? HS : Vận tốc của hành khách bằng không có nghĩa là hành khách đứng yên. A B C GV : Như vậy vị trí và vận tốc của cùng một vật tùy thuộc hệ quy chiếu, vị trí, vận tốc của một vật có tính tương đối.. II / Thí dụ về chuyển động của người đi trên be : GV diễn giảng chuyển động của một người đi trên một chiếc bè đang trôi trên sông. GV có thể nêu lên tính tương đồng : GV dùng một tấm nhựa, di chuyển cây bút trên tấm nhựa và đồng thời đẩy tấm nhựa di chuyển trên bảng trong cả hai trường hợp. III / Công thức cộng vận tốc : Tại mỗi thời điểm, vận tốc của một vật đối với hệ quy chiếu thứ nhất bằng vận tốc tương đối của nó đối với hệ quy chiếu thứ hai cộng với vận tốc kéo theo của hệ quy chiếu thứ hai đối với hệ quy chiếu thứ nhất. = + I / Tính tương đối của chuyển động : Kết quả xác định vị trí và vận tốc của cùng một vật tùy thuộc hệ quy chiếu, vị trí, vận tốc của một vật có tính tương đối. II / Thí dụ về chuyển động của người đi trên be : Xét chuyển động của một người đi trên một chiếc bè đang trôi trên sông. 1 / Trường hợp người đi dọc từ cuối về phía đầu bè : - Ta gọi : + là độ dời của người ( 3 ) đối với bờ ( 1 ). + là độ dời của người ( 3 ) đối với bè ( 2 ). + là độ dời của bè ( 2 ) đối với bờ ( 1 ). - Độ dời của người đối với bờ là : = + - Chia cả hai vế cho Dt, ta có : = + Þ v31 = v32 + v23 - Trong đó : + v31 là vận tốc của người ( 3 ) đối với bờ ( 1 ). + v32 là vận tốc của người ( 3 ) đối với bè ( 2 ). + v21 là vận tốc của bè ( 2 ) đối với bờ ( 1 ). 2 / Trường hợp người đi ngang trên bè từ mạn này sang mạn kia : - Ta gọi : + là vectơ độ dời của người ( 3 ) đối với bờ ( 1 ). + là vectơ độ dời của người ( 3 ) đối với bè ( 2 ). + là vectơ độ dời của bè ( 2 ) đối với bờ ( 1 ). - Độ dời của người đối với bờ là : = + - Chia cả hai vế cho Dt, ta có : = + Þ = + - Trong đó : + là vectơ vận tốc của người ( 3 ) đối với bờ ( 1 ). + là vectơ vận tốc của người ( 3 ) đối với bè ( 2 ). + là vectơ vận tốc của bè ( 2 ) đối với bờ ( 1 ). 3 / Kết luận : Vận tốc của người đối với bờ bằng vận tốc của người đối với bè cộng với vận tốc của bè đối với bờ. III / Công thức cộng vận tốc : Tại mỗi thời điểm, vận tốc của một vật đối với hệ quy chiếu thứ nhất bằng vận tốc tương đối của nó đối với hệ quy chiếu thứ hai cộng với vận tốc kéo theo của hệ quy chiếu thứ hai đối với hệ quy chiếu thứ nhất. = + IV / Bài tập vận dụng : Một chiếc phà luôn luôn hướng mũi theo phương vuông góc với bờ sông chạy sang bờ bên kia với vận tốc 10 km/h đối với nước sông. Cho biết nước sông chảy với vận tốc 5 km/h. xác định vận tốc của phà đối với một người đứng trên bờ. Bài giải : Ta gọi : : Vận tốc của phà đối với bờ. ; : Vận tốc của nước sông đối với bờ ; : Vận tốc của phà đối với nước sông. Áp dụng công thức cộng vận tốc t có : Về phương diện độ lớn : Þ = 11,2 km/h tga = = 2 ; a = 63,430 Chú ý : Nếu như hướng mũi phà, sao cho phà chạy vuông góc với bờ sông sang vị trí đối diện bên kia bờ. = 8,66 km/h tgb = = 0,5773 ; b = 300 3 / Cũng cố : 1 / Những đại lượng động học nào có tính tương đối ? 2 / Viết quy tắc tổng hợp vận tốc và giải thích ? 4 / Dặn do : - Làm bài tập : 1 ; 2 ; 3