Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 20: Các dạng cân bằng – Cân bằng của một vật có mặt chân đế

Bài 20: CÁC DẠNG CÂN BẰNG – CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ. I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phân biệt được ba dạng cân bằng. - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. 2. Kĩ năng: - Nhận biết được các dạng cân bằng không bền. - Xác định được mặt chân đế của một vật đặt trên một mặt phẳng đỡ. - Vận dụng được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Thí nghiệm hình 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 và 20.6 SGK 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức momen lực. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC Tiết 32 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu các dạng cân bằng (20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Tại sao ô tô chất trên nóc nhiều hàng nặng dễ bị lật đỗ ở chổ đường nghiêng? Tại sao không lật đỗ được con lật đật (hình 20.1)? - Hãy quan sát thí nghiệm hình 20.2, cho biết tại sao cây thước cân bằng? - Cây thước cân bằng ở vị trí này có dễ dàng không? Vì sao? - Khi đó, thước có thể tự trở về vị trí cân bằng như lúc đầu được không? - Cân bằng như cây thước ở hình 20.2 gọi là cân bằng không bền. - Hãy quan sát thí nghiệm hình 20.3, cho biết tại sao cây thước cân bằng? - Cây thước cân bằng ở vị trí này có dễ dàng không? Vì sao? - Cân bằng như thước ở hình 20.3 được gọi là cân bằng bền. - Hãy quan sát thí nghiệm hình 20.4, cho biết tại sao cây thước cân bằng? - Nếu ta làm lệch thước ra khỏi vị trí cân bằng thì ở vị mới thước ở trạng thái gì? Vì sao? - Cân bằng như thước ở hình 20.4 gọi là cân bằng phiếp định. - Nguyên nhân nào gây ra các dạng cân bằng khác nhau? - Lắng nghe và tìm cách trả lời câu hỏi. - Cây thước ở hình 20.2 chỉ chịu tác dụng của trọng lực, có giá đi qua trục quay nên momen của trọng lực đối với trục quay O bằng không, vì vậy cây thước nằm cân bằng. - Không, vì chỉ cần làm lệch cây thước này một chút thì trọng lực gây ra momen làm thước quay ra xa vị trí cân bằng. - Không. - Ghi nhận. - Trả lời tương tự như trên. - Có. Vì khi làm thước lệch ra khỏi vị trí cân bằng thì trọng lực gây ra momen làm thước quay trở về vị trí đó - Ghi nhận. - Trả lời tương tự như trên. - Nếu ta làm lệch thước ra khỏi vị trí mới thước vẫn ở trạng thái cân bằng. Vì ở mọi vị trí trọng lực đều có giá đi qua trục quay nên momen của trọng lực đối với trục quay bằng không. - Ghi nhận. - Đó là vị trí trọng tâm của vật. I. Các dạng cân bằng Khi cân bằng vật có thể ở một trong ba trạng thái cân bằng, đó là: Cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. 1. Cân bằng không bền: Khi vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng mà vật không thể tự trở về vị trí cân bằng ban đầu thì cân bằng như vậy gọi là cân bằng không bền. 2. Cân bằng bền: Khi vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng mà vật có thể tự trở về vị trí cân bằng ban đầu được thì cân bằng như vậy gọi là cân bằng bền. 3. Cân bằng phiếm định: Khi vật bị lệch ra khỏi vị trí cân bằng, sau đó nó thiết lập ngay một vị trí cân bằng mới thì cân bằng như vậy gọi là cân bằng phiếm định. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu cân bằng của một vật có mặt chân đế(20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Có những vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chúng bằng cả một mặt đáy, như cốc nước đặt trên bàn, hòm gỗ đặt trên sàn nhà Khi ấy mặt chân đế là mặt đáy của vật. Có những vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ chỉ ở một số diện tích rời nhau, như bàn, ghế, ôtô Khi ấy, mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc đó. - Hình 20.5 cho ta biết được điều gì? - Gồm bao nhiêu diện tích tiếp xúc của bàn chân với mặt đất? - Chỉ rõ mặt chân đế của người đứng trên mặt đất trong trường hợp này? - Hãy xem thí nghiệm hình 20.6, xác định mặt chân đế của khối hộp ở các vị trí 1, 2, 3, 4? - Ở hai vị trí 1, 2 giá của trọng lực có đặc điểm gì? Vật ở trạng thái gì? Vì sao? - Ở vị trí 3 giá của trọng lực có đặc điểm gì? Vật ở trạng thái gì? Vì sao? - Ở vị trí 4 giá của trọng lực có đặc điểm gì? Vật ở trạng thái gì? Vì sao? - Vậy để một vật có mặt chân đế ở trạng thái cân bằng thì giá của trọng lực phải như thế nào? - Ở thí nghiệm trên ta thấy rằng vật ở vị trí 1 vững vàng nhất, còn ở vị trí 3 kém vững vàng nhất. Trọng tâm của vật ở vị trí nào cao hơn? Mặt chân đế ở vị nào lớn hơn? - Vậy mức vững vàng của cân bằng của một vật được xác định như thế nào? - Tìm hiểu mặt chân đế là gì? - Cho ta biết mặt chân đế của một người đứng trên mặt đất. - Hai diện tích của bàn chân tiếp xúc với mặt đất. - Là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc hai diện tích tiếp xúc đó. - Hình 20.6-1 mặt chân đế là đoạn AB; 20.6-2 mặt chân đế là đoạn từ A đến giá đỡ; 20.6-3 mặt chân đế là đoạn từ A đến giá đỡ; 20.6-4 mặt chân đế là điểm A. - Giá của trọng lực xuyên qua mặt chân đế. Vật ở vị trí cân bằng bền. Vì nếu làm vật lệch hkỏi vị trí cân bằng thì trọng lực gây ra momen đối với điểm tựa A làm vật quay về vị trí cũ. - Giá của trọng lực đi qua điểm tựa A, ở vị trí này vật cân bằng không bền. Vì nếu làm vật lệch ra khỏi vị trí cân bằng thì vật không tự trở về vị trí cũ. - Giá của trọng lực không xuyên qua mặt chân đế nên gây ra momen lực lật đổ vật. Vật ở trạng thái cân bằng. - Xuyên qua mặt chân đế. - Ở vị trí 3 cao hơn. Mặt chân đế ở vị trí 3 nhỏ hơn? - Mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế II. Cân bằng của một vật có mặt chân đế 1. Mặt chân đế: - Mặt chân đế là mặt đáy của vật tiếp xúc với mặt phẳng đỡ. Trong nhiều trường hợp mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả các diện tích tiếp xúc đó. 2. Điều kiện cân bằng: Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế. 3. Mức vững vàng cân bằng: Mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế. Độ cao của trọng tâm càng cao và diện tích của mặt chân đế càng nhỏ thì mức vững vàng của cân bằng càng kém. 4. Hoạt động 4: Củng cố và dặn dò (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Hãy trả lời câu hỏi 4 SGK trang 110? 2. Về nhà trả lời câu hỏi 5, 6 SGK trang 110. 3. Soạn bài: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. 1a. Cân bằng không bền. 1b. Cân bằng bền. 1c. Quả cầu 1 cân bằng phiếm định, quả cầu 2 cân bằng không bền, quả cầu 3 cân bằng bền. 2. Ghi nhận vào vở bài soạn. 3. Ghi nhận vào vở bài soạn. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: