Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định – momen lực

Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH – MOMEN LỰC. I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa và viết biểu thức của momen lực. - Phát biểu được quy tắc momen lực. 2. Kĩ năng: - Vận dụng được định nghĩa momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật. - Vận dụng giải được một số bài tập đơn giản. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Thí nghiệm hình 18.1 SGK 2. Học sinh: Ôn tập về đòn bẩy (ở lớp 6) III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 30 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu tác dụng làm quay của lực (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Dùng một đĩa tròn có trục quay đi qua tâm O, trên mặt đĩa có những lỗ dùng để treo những quả cân. Ta tác dụng vào đĩa hai lực vànằm trong mặt phẳng của đĩa, sao cho đĩa vẫn đứng yên. Vì sao đĩa đứng yên? - Nếu không có lực thì lực tác dụng lên đĩa như thế nào? - Nếu không có lực thì lực tác dụng lên đĩa như thế nào? - Ta thấy rõ ràng đĩa luôn bị tác dụng của hai lực vànhưng vẫn đứng yên. Như vậy tác dụng làm quay của lực như thế nào với tác dụng làm quay của lực ? - Quan sát thí nghiệm hình 18.1 và chuẩn bị trả lời câu hỏi. - Lực sẽ làm cho đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. - Lực sẽ làm cho đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. - Đĩa đứng yên là vì tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực . I. Cân bằng của một có trục quay cố định. Momen lực. O d2 1. Thí nghiệm: SGK 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm momen lực (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Để đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực ta hãy tìm một đại lượng có thể đặc trưng cho tác dụng này. - Đại lượng này có giá trị như thế nào đối với hai lực và? Vì sao? - Hãy so sánh độ lớn của hai lực và? - Khoảng cách từ đến trục quay là d1, khoảng cách từ đến trục quay là d2. Hãy so sánh d1 và d2? - Hãy so sánh tích số F1.d1 và F2.d2? - Lập lại thí nghiệm bằng c1ch thay đổi khoảng cách d1 và độ lớn của lực , sao cho F1.d1 = F2.d2 thì đĩa vẫn đứng yên. - Theo phân tích thí nghiệm trên ta có thể lấy tích số F.d làm đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lựcvà gọi là monen lực, kí hiệu là M. Vậy momen lực là đại lượng được xác định như thế nào? - Ghi nhận và trả lời câu hỏi. - Đại lượng này có giá trị như nhau đối với lựcvà. Vì thí nghiệm cho thấy đĩa đứng yên là do tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực . - Độ lớn F1 = 3F2. - Ta có: d2 = 3d1. - Ta có: F1.d1 = F2.d2. - Ghi nhận. - Phát biểu theo SGK. 2. Momen Lực: a. Định nghĩa: Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. b. Công thức: M = F.d * F là độ lớn lực tác dụng lên vật (N). * d là cách tay đòn ( là khoảng cách từ trục quay của vật đến giá của lực (m). * M là momen (N.m) d ù O 3. Hoạt động 3: Tìm hiểu và vận dụng quy tắc momen lực (15 pút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Theo phân tích thí nghiệm trên ta thấy momen của lựclàm cho đĩa quay theo chiều nào? - Momen của lựclàm cho đĩa quay theo chiều nào? - Kết quả thí nghiệm cho thấy đĩa ở trạng thái gì? - Vậy khi một vật có trục quay cố định nằm cân bằng thì tác dụng của lực làm vật quay cùng chiều kim đồng hồ như thế nào so với tác dụng của lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ? - Tác dụng làm vật quay nói trên gọi là đại lượng gì? - Nếu có nhiều lực có tác dụng làm vật có xu hướng quay như mô tả ở trên thì ta làm thế nào? - Vậy tổng quát để một vật có trục quay cố định cân bằng thì ta cần có điều kiện gì? - Đó chính là nội dung của quy momen lực. - Cùng chiều kim đồng hồ. - Ngược chiều kim đồng hồ. - Đứng yên ở trạng thái cân bằng. - Bằng nhau. - Là momen lực. - Ta tìm tổng của các momen lực làm vật quay cùng chiều kim đồng hồ và tổng của các momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng. - Thì tổng của các momen lực làm vật quay cùng chiều kim đồng hồ phải bằng tổng của các momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng. - Ghi nhận. II. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực) 1. Phát biểu: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng. 2. Công thức: F1.d1 = F2.d2. hay: M1 = M2 4. Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Trả lời C1? 2. Cánh tay đòn là gì? 3. Khi nào thì lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định không làm cho vật quay? 4. Về nhà làm bài tập 4 SGK trang 103. 1. F1.d1 = F2.d2. 2. Là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực. 3. Khi giá của lực đi qua trục quay, khi đó d = 0 ® M = 0 4. Ghi nhận vào vở bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: