Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 3: Chuyển động thẳng biến đổi đều

Bài 3 CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức độ lớn của vận tốc tức thời. - Biểu diễn được vectơ vận tốc tức thời. - Nêu được định nghĩa của chuyển động thẳng biến đổi đều, nhanh dần đều, chậm dần đều. - Nêu được đặc điểm của gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần đều và trình bầy rõ mối tương quan về dấu của vận tốc và gia tốc trong các chuyển động đó. - Viết được công thức tính vận tốc của chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần đều. nêu được ý nghĩa các đại lượng vật lý trong công thức đó - Viết được công thức tính đường đi và phương trình tọa độ của chuyển động thẳng nhanh dần đều, chậm dần đều : Trình bày được mối tương quan về dấu giữa các đại lượng trong các công thức và phương trình - Xây dựng được hệ thức giữa gia tốc, vận tốc và quãng đường đi được trong chuyển động NDĐ và chuyển động CDD 2. Kĩ năng: - Giải được bài tập đơn giản về chuyển động thẳng biên đổi đều. - Nghiên cứu được bằng thực nghiệm một chuyển động thẳng trong thực tế để có thể khẳng định được rằng chuyển động đó có phải là nhanh, chậm dần đều không. - Vẽ và xây dựng được đồ thị vận tốc của chuyển động thẳng biên đổi đều. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Một máng nghiêng. - Một hòn bi đường kính 1cm (hoặc nhỏ hơn) - Một đồng hồ bấm giây (hoặc đồng hồ hiện số) 2. Học sinh: Soạn bài trước ở nhà. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC TIẾT 3 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu về chuyển động thẳng biến đổi đều(20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Các em biết rằng muốn biết một vật chuyển động nhanh hay chậm trên một quãng đường thì ta tính tốc độ trung bình của vật đi trên toàn bộ quãng đường đó. Bây giờ muốn biết tại một điểm M bất kì trên quỹ đạo vật chuyển động nhanh hay chậm ta phải làm gì ? - Thương số này cho biết tại vị trí M bất kì trên quỹ đạo vật chuyển động nhanh hay chậm, gọi là độ lớn của vận tốc tức thời, kí hiệu là v = . - Độ lớn của vận tốc tức thời có ý nghĩa gì ? - Nhắc lại đặc điểm của một vectơ ? - Qua tìm hiểu về độ lớn của vận tốc tức thời, ta thấy rằng giá trị của nó tại mỗi vị trí trên quỹ đạo như thế nào ? - Ngoài độ lớn ra, còn có phương và chiều được xác định riêng tại mỗi vị trí trên quỹ đạo. Để đặc trưng cho chuyển động về sự nhanh hay chậm và về cả phương chiều, người ta đưa ra khái niệm vec tơ vận tốc tức thời. - Điểm đặt của vectơ vận tốc tức thời ở đâu ? - Phương và chiều như thế nào ? - Độ lớn bằng bao nhiêu ? - Giả sử có một chất điểm M chuyển động trên đường thẳng tại từng thời điểm trên quỹ đạo được mô tả bằng bảng giá trị sau: t (s) 0 1 2 3 s (m) 0 5 10 15 Hãy tính độ lớn của vận tốc tức thời tại mỗi thời điểm trên quỹ đạo ? Cho nhận xét về các giá trị này ? - Giả sử có một chất điểm N chuyển động trên đường thẳng tại từng thời điểm trên quỹ đạo được mô tả bằng bảng sau: t (s) 2 4 6 s (m) 30 20 10 Hãy tính độ lớn của vận tốc tức thời tại mỗi thời điểm trên quỹ đạo ? Cho nhận xét về các giá trị này ? - Qua hai ví dụ trên ta thấy độ lớn của vận tốc tức thời tăng đều hoặc giảm đều theo thời gian. Những vật chuyển động có tính chất như trên gọi là chuyển động thẳng biến đổi đều. Vậy em hiểu như thế nào là chuyển động thẳng biến đổi đều ? - Thế nào là chuyển động thẳng nhanh dần đều ? Thẳng chậm dần đều ? - Thế nào là chuyển động thẳng chậm dần đều ? - Học sinh đọc sách và trả lời câu hỏi của giáo viên. - Ta phải tìm xem trong khoảng thời gian Dt rất ngắn, kể từ lúc ở M, xe dời được đoạn đường Ds rất ngắn bằng bao nhiêu, lập thương số: . - Học sinh ghi nhận. - Cho biết tại một điểm bất kì trên quỹ đạo vật chuyển động nhanh hay chậm. - Điểm đặc, phương, chiều, độ lớn. - Tại mỗi vị trí trên quỹ đạo nó có một giá trị riêng xác định. - Học sinh ghi nhận. - Đặt trên vật chuyển động. - Có phương, chiều trùng với phương và chiều của chuyển động. - Độ lớn: v = . - Vào thời điểm ban đầu: v0 = 0 - Sau khi chuyển động được 1s: v1 = = 5m/s - Sau thời gian 1s nữa: v2 = = 10m/s - Sau 1s nữa: v3 = = 15m/s Ta thấy độ lớn của vận tốc tức thời tăng đều theo thời gian. - Vào thời điểm t = 2s: v1 = = 15m/s - Sau đó 2s nữa: v2 = = 10m/s - Sau 2s kế tiếp nữa: v3 = = 5m/s Ta thấy độ lớn của vận tốc tức thời giảm đều theo thời gian. - Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng, có độ lớn của vận tốc tức thời tăng hoặc giảm đều theo thời gian. - Chuyển động thẳng có độ lớn tức thời tăng đều theo thời gian gọi là chuyển động thẳng nhanh dần đều. - Chuyển động thẳng có độ lớn vận tốc tức thời giảm đều theo thời gian gọi là chuyển động thẳng chậm dần đều. I- Vận tốc tức thời – Chuyển động thẳng biến đổi đều 1. Độ lớn của vận tốc tức thời: là đại lượng đặc trưng cho chuyển động nhanh hay chậm của vật tại một vị trí bất kì trên quỹ đạo và được đo bằng thương số giữa đoạn đường đi được rất ngắn Ds và khoảng thời gian rất ngắn Dt để đi hết đoạn đường đó. v = 2. Vectơ vận tốc tức thời: là một vec tơ, ký hiệu là có : - Điểm đặt: trên vật chuyển động - Phương, chiều: trùng với phương, chiều của chuyển động. - Độ lớn: v = . 3. Chuyển động thẳng biến đổi đều: - Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng, có độ lớn của vận tốc tức thời tăng hoặc giảm đều theo thời gian. - Chuyển động thẳng có độ lớn tức thời tăng đều theo thời gian gọi là chuyển động thẳng nhanh dần đều. - Chuyển động thẳng có độ lớn vận tốc tức thời giảm đều theo thời gian gọi là chuyển động thẳng chậm dần đều. * Chú ý: Khi nói vận tốc của vật tại vị trí hoặc tại thời điểm nào đó, ta hiểu đó là vận tốc tức thời. 2. Hoạt động 2: Xây dựng các đại lượng và công thức trong chuyển động thẳng nhanh dần đều (20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Đại lượng nào đặc trưng cho sự tăng, giảm đều vận tốc ? - Ở thời điểm t0 vận tốc của vật bằng bao nhiêu ? - Ở thời điểm t sau đó vận tốc của vật bằng bao nhiêu ? - Vận tốc của vật biến thiên trong khoảng thời gian Dt = t – t0 một lượng bằng bao nhiêu? - Để đặc trưng cho sự biến thiên này người ta đưa ra thương số: gọi là gia tốc, kí hiệu là a. - Vậy đại lượng nào đặc trưng cho độ biến thiên vận tốc ? - Gia tốc là đại lượng như thế nào ? - Đơn vị của gia tốc là gì ? - Vì vận tốc là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là một đại lượng vectơ. - Vì v > v0 nên Dcó phương, chiều như thế nào so với phương, chiều của các vectơ và ? - Khi vật chuyển động thẳng nhanh dần đều thì vectơ gia tốc được xác định như thế nào ? - Vận tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều biến thiến như thế nào theo thời gian ? - Từ công thức (3.1a) hãy suy ra công thức tính vận tốc vào thời điểm t ? - Nếu chọn gốc thời gian vào thời điểm t0 thì công thức trên được viết lại như thế nào ? - Công thức v = v0 + a.t, gọi là công thức tính vận tốc. Trong chyuển động thẳng nhanh dần đều thì a.v > 0. - Dựa vào công thức (3.2) ta thấy dạng đồ thị của v theo t giống như đồ thị hàm số bậc nhất y= ax + b là một đường thẳng, trong đó hệ số a > 0. - Học sinh đọc sách mục II.1a để tìm cách trả lời câu hỏi trên. - Bằng v0. - Bằng v. - Tăng một lượng bằng: Dv = v – v0 - Học sinh ghi nhận. - Gia tốc. - Gia tốc là một đại lượng đặc cho độ biến thiên(độ tăng hoặc giảm) vận tốc theo thời gian và được xác định bằng thương số giữa độ biến thiên vận tốc Dv và khoảng thời gian vận tốc biến thiên Dt . - Nếu Dv đo bằng m/s thì gia tốc đo bằng đơn vị m/s2. - Học sinh ghi nhận. - Cùng phương, chiều với các vectơ và . - Khi vật chuyển động thẳng nhanh dần đều, vectơ gia tốc có gốc ở vật chuyển động, có phương và chiều trùng phương với phương và chiều của vectơ vận tốc và có độ dài tỉ lệ với độ lớn của gia tốc theo một tỉ lệ xích nào đó. - Vận tốc trong chuyển động thẳnh nhanh dần đều tăng đều theo thời gian. - Ta có : v = v0 + a(t – t0) - Công thức trên trở thành: v = v0 + a.t - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. II- Chuyển động thẳng nhanh dần đều 1. Gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều: a.Khái niệm: - Gia tốc là một đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên (độ tăng hoặc giảm) vận tốc theo thời gian và được xác định bằng thương số giữa độ biến thiên vận tốc Dv và khoảng thời gian vận tốc biến thiên Dt . b. Công thức tính gia tốc: a = = (3.1a) Đơn vị của gia tốc là m/s2. * Chú ý: trong chuyển động nhanh dần đều độ biến vận tốc chính là sự tăng đều vận tốc theo thời gian, do đó a > 0 c. Vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều: = (3.1b) Trong chuyển động thẳng nhanh dần đều vectơ gia tốc cùng chiều với vectơ vận tốc tức thời được xác định: + Điểm đặt: trên vật chuyển động. + Phương, chiều: trùng với phương chiều của vectơ vận tốc. + Độ lớn: a = = 2. Vận tốc của chuyển động thẳng nhanh dần đều: tăng đều theo thời gian. a. Công thức tính vận tốc: v = v0 + a.t (3.2); a.v0 > 0 b. Dồ thị vận tốc-thời gian: là đường thẳng biểu diễn sự tăng của vận tốc theo thời gian trong hệ trục tọa độ Ovt có dạng sau: v v0 O t 3. Hoạt động 3: Củng cố và giao nhiệm vụ về nhà (5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Hướng dẫn học sinh trả lời C1. 2. Hướng dẫn học sinh trả lời C2. 3. Hướng dẫn học sinh trả lời C3. 4. Về nhà soạn tiếp bài đến hết bài chuyển động thẳng nhanh dần đều. 1. Ta có: v = 36km/h = 10m/s; Dt = 0,01s Quãng đường: Ds = v.Dt = 10.0,01 = 0,1m. 2. Vận tốc xe tải: v1 = 30km/h; Vận tốc xe con: v2 = 40km/h So sánh: = ® v1 = v2 3. Công thức vận tốc của vật có dạng: v = v0 + a.t Với a = m/s2; v0 = 3m/s ® v = 3 + 0,5.t (m/s) 4. Học sinh chép yêu cầu vào vở soạn. TIẾT 4 1. Hoạt động 1: Xây dựng các đại lượng và công thức trong chuyển động thẳng nhanh dần đều (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Đặt vấn đề: Gọi s là quãng đường đi được trong thời gian. Hãy viết công thức tính tốc độ trung bình ? - Trong chuyển động thẳng nhanh dần đều, vì độ lớn vận tốc tăng đều theo thời gian nên tốc độ trung bình được tính bằng công thức sau: vtb = = - So sánh các công thức trên ta có được kết quả gì ? - Công thức trên gọi là công thức tính đường đi trong chuyển động nhanh dần đều. - Từ công thức (3.2) và (3.3) hãy lập mối quan hệ giữa gia tốc , vận tốc và quãng đường đi được ? - Công thức công thức liện hệ giữa gia tốc, vận tốc và đường đi. - Yêu cầu học sinh đọc sách mục II.5. - Làm thế nào để xác định chuyển động của M? - Chọn hệ qui chiếu như thế nào ? - Vị trí của M ở đâu vào lúc bắt đầu chuyển ? - Quãng đường chất điểm M đi được bằng bao nhiêu kể từ lúc bắt đầu chuyển động đến thời điểm t ? - Lúc này vị trí của chất điểm M ở đâu ? - Phương trình x = x0 + v0.t + a.t2 gọi là phương trình chuyển động của chất điểm M - Tốc độ trung bình: vtb = - Học sinh ghi nhận. - Ta có: = = v0 + a.t ® s = v0.t + a.t2 - Học sinh ghi nhận. - Từ loại t kết quả - Học sinh ghi nhận. - Học sinh đọc sách và trả lời câu hỏi của giáo viên. - Ta phải chọn hệ qui chiếu. - Chọn O làm gốc tọa độ, trục tọa độ Ox theo phương chuyển động, chiều dương của trục Ox là chiều chuyển động của vật. Mốc thời gian: Là lúc vật bắt đầu chuyển động. - Tại A cách gốc O một đoạn bằng x0. - Quãng đường chất điểm M đi được s = v0.t + a.t2 . - Tại M cách gốc O một đoạn bằng: x = x0 + s = x0 + v0.t + a.t2 . - Học sinh ghi nhận. 3. Công thức tính quãng đường đi được của chuyển động thẳng nhanh dần đều: s = v0.t + a.t2 (3.3); a.v0 > 0 4. Công thức liện hệ giữa gia tốc, vận tốc và đường đi trong chuyển động thẳng nhanh dần đều: (3.4) x x0 s + A M x O 5. Phương trình chuyển động của chuyển động thẳng nhanh dần đều: - Chọn O làm gốc tọa độ, trục tọa độ Ox theo phương chuyển động, chiều dương của trục Ox là chiều chuyển động của vật. Mốc thời gian: Là lúc vật bắt đầu chuyển động. Phương trình chuyển động của chất điểm M có dạng: x = x0 + v0.t + a.t2 (3.5); - Trong đó: x0: là vị trí của M vào lúc t = 0 x: là vị trí của M vào lúc t. 2. Hoạt động 2: Xây dựng các đại lượng và công thức trong chuyển động thẳng chậm dần đều (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Nhắc lại công thức tính gia tốc trong chuyển động thẳng nhanh dần đều ? Trong trường hợp này gia tốc a có giá trị gì ? - Trong chuyển động thẳng chậm dần đều gia tốc a cũng được tính bằng công thức trên nhưng mang giá trị âm. - Vì vận tốc là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là một đại lượng vectơ. - Vì v < v0 nên Dcó phương, chiều như thế nào so với phương, chiều của các vectơ và ? - Vận tốc trong chuyển động thẳng chậm dần đều biến thiến như thế nào theo thời gian ? - Công thức tính vận tốc giống như trên, nhưng a trái dấu với v0. - Đồt hị vận tốc – thời gian gống như trên, nhưng là v giảm theo t. - Công thức tính quãng đường đi được giống như trên, nhưng a trái dấu với v0. - Tương tự như trên phương trình chuyển động là:x = x0 + v0.t + a.t2 - Ta có: a = = > 0 - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. - Cùng phương, ngược chiều với các vectơ và , nên ngược chiều với vectơ vận tốc tức thời . - Giảm đều đều theo thời gian. - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. III. Chuyển động thẳng chậm dần đều 1. Gia tốc trong chuyển động thẳng chậm dần đều: a. Công thức tính gia tốc: a = = * Chú ý: trong chuyển động chậm dần đều độ biến vận tốc chính là sự giảm đều vận tốc theo thời gian, do đó a < 0 b. Vectơ gia tốc trong chuyển động thẳng chậm dần đều: Trong chuyển động thẳng chậm dần đều vectơ gia tốc ngược chiều với vectơ vận tốc tức thời . 2. Vận tốc của chuyển động thẳng chậm dần đều: giảm đều đều theo thời gian. a. Công thức tính vận tốc: v = v0 + a.t (3.2); trong đó a.v0 < 0 b. Đồ thị vận tốc-thời gian: là đường thẳng biểu diễn sự giảm của vận tốc theo thời gian trong hệ trục tọa độ Ovt có dạng sau: v v0 O t 3. Công thức tính quãng đường đi được của chuyển động thẳng nhanh dần đều: s = v0.t + a.t2 ; a.v0 < 0 5. Phương trình chuyển động của chuyển động thẳng chậm dần đều: x = x0 + v0.t + a.t2 . 3. Hoạt động 3: Củng cố và giao nhiệm vụ về nhà (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Hướng dẫn học sinh trả lời C4. 2. Hướng dẫn học sinh trả lời C5. 3.Hướng dẫn học sinh trả lời C7. 4. Về nhà trả lời các câu hỏi 1, 2, 3,4,5,7,8 SGK trang 22, làm bài tập 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 SGk – trang 22-23. 1. Gia tốc của thang máy trong giây đầu tiên: a = = = m/s2. 2. Quãng đường: s = a.t2 = .0,6.12 = 0.3m. 3. Chọn chiều dương là chiều chuyển động: Phương trình vận tốc: v = 3 – 0.1.t ; (m, s) Khi xe dừng lại: v = 0 ® 3 – 0.1.t = 0 ® t = 30s. Quãng đường s = v0.t + a.t2 = 3.30 - 0,1.302 = 45m. 4. Học sinh ghi yêu cầu giáo viên vào vở bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY