Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 14: Lực hướng tâm

Bài 14 LỰC HƯỚNG TÂM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa và viết công thức của lực hướng tâm. - Nêu một vài ví dụ về chuyển động li tâm có lợi hoặc có hại. 2. Kĩ năng: - Giải thích được lực hướng tâm giữ cho một vật chuyển động tròn đều. - Giải thích được chuyển động li tâm. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Một số hình ảnh mô tả tác dụng của lực hướng tâm. 2. Học sinh: Soạn bài trước ở nhà và ôn lại kiến thức về chuyển động tròn đều, gia tốc hướng tâm. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 23 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu về lực hướng tâm (20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Nhắc lại công thức tính gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều? - Nhắc lại định luật II NiuTon? - Như vậy theo định luật II NiuTon, nếu vật thu được gia tốc, thì phải có lực tác dụng lên vật. Khi vật chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm thì phải có lực tác dụng lên vật để vật chuyển động tròn đều và thu được gia tốc hướng tâm đó. Lực đó gọi là lực hướng tâm. - Vậy lực hướng tâm là lực như thế nào? - Gọi m là khối lượng của vật (kg), v là tốc độ dài (m/s), w là tốc độ góc (rad/s), r là bán kính quỹ đạo (m). Theo định luật II NiuTon ta có mối quan hệ gì giữa lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm? - Thay vào mối quan hệ trên ta có kết quả gì? - Khi vệ tinh chuyển động tròn quanh Trái Đất có gia tốc hướng tâm, Vậy có lực truyền cho vệ tinh gia tốc hướng tâm không? Lực đó là lực nào? - Nhìn vào hình 14.2 hãy cho biết khi mặt bàn quay tròn quanh trục đi qua O vật sẽ như thế nào? - Nếu vật không bị văng ra thì sao? - Vật có thu được gia tốv hướng tâm không? - Vậy lực nào đã truyền gia tốc hướng tâm cho vật? - Khi ô tô chuyển động trên đoạn đường cong thì phản lựcvà trọng lực không cân bằng. Hợp của hai lực này nằm ngang hướng vào tâm quỹ đạo, làm ô tô chuyển động dễ dàng. - Công thức gia tốc hướng tâm: - Định luật II NiuTon: - Ghi nhận. - Lực hay hợp của các lực tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. - Ta có: - Ta có: - Có lực truyền cho vệ tinh gia tốc hướng tâm, lực đó chính là lực hấp dẫn giữa vệ tinh và Trái Đất. - Vật có xu hướng văng ra ngoài. - Khi đó vật sẽ chuyển động tròn theo mặt bàn. - Vật có thu được gia tốc hướng tâm. - Chính là lực ma sát nghỉ. - Ghi nhận. I. Lực hướng tâm 1. Định nghĩa: Lực hay hợp của các lực tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. w r O 2. Công thức: Gọi m là khối lượng của vật (kg), v là tốc độ dài (m/s), w là tốc độ góc (rad/s), r là bán kính quỹ đạo (m). Công thức lực hướng tâm là: 3. Ví dụ: - Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh đóng vai trò là lực hướng tâm. (H 14.1) - Lực ma sát nghỉ đóng vai trò là lực hướng tâm. (H 14.2) - Ô tô chuyển động trên đường cong. Thì phản lựcvà trọng lực không cân bằng. Hợp của hai lực này nằm ngang hướng vào tâm quỹ đạo, làm ô tô chuyển động dễ dàng. (H 14.3) 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu về chuyển động li tâm (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Xét một vật đặt trên mặt bàn nằm ngang quay quanh trục thẳng đứng đi qua O với tốc độ góc w như hình vẽ. Lực hướng tâm là lực ma sát nghỉ. - Lúc đầu w nhỏ, lực ma sát nghỉ cực đại lớn hơn lực hướng tâm, lúc này ma sát nghỉ đóng vai trò là lực gì? - Lúc này vật sẽ như thế nào? - Khi vận tốc w đủ lớn, lực ma sát nghỉ cực đại như thế nào với lực hướng tâm? - Lúc này ma sát nghỉ đóng vai trò là lực gì? - Lúc này sẽ như thế nào? - Chuyển động được mô tả như trên gọi là chuyển động li tâm. - Ghi nhận. - Lực hướng tâm. - Vật sẽ chuyển động tròn cùng với mặt bàn. - Lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm. - Lực ma sát nghỉ không còn đóng vai trò là lực hướng tâm nữa. - Vật sẽ trượt trên mặt bàn ra xa tâm quay. - Ghi nhận. II. Chuyển động li tâm 1. Chuyển động li tâm: w O - Xét một vật đặt trên mặt bàn nằm ngang quay quanh trục thẳng đứng đi qua O với tốc độ góc w như hình vẽ. Lực hướng tâm là lực ma sát nghỉ. - Khi vận tốc w đủ lớn, lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm. Khi đó lực ma sát nghỉ cực đại không đủ lớn để đóng vai trò là lực hướng tâm nữa, nên vật trượt trên mặt bàn ra xa tâm quay. Chuyển động như vậy của vật gọi là chuyển động li tâm. 2. Vai trò của lực li tâm: SGk – trang 82. 3. Hoạt động 3: Củng cố và dặn dò (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Hãy trả lời câu hỏi C1? 2. Về nhà làm bài tập: 4, 5 SGK-trang 82-83; 14.1 đến 14.7 SBT trang 39-40 1a. Khi vật quay theo bàn (không bị trượt trên bàn) thì lực ma sát nghỉ do mặt bàn tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm. 1b. Khi qyay nhanh đến một mức độ nào đó, vật sẽ văng ra ngoài vì lực ma sát nghỉ cực đại nhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết để giữ cho vật chuyển động tròn trên bàn. 2. Ghi nhận vào vở bài tập. IV. Rút kinh nghiệm tiết dạy: