Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 5: Chuyển động tròn đều

Bài 5 CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa của chuyển động tròn đều. - Viết được công thức tính độ lớn của vận tốc dài và trình bày đúng được hướng của vectơ vận tốc của của chuyển động tròn đều. - Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính và nêu được đơn vị của vận tốc góc trong của chuyển động tròn đều. 2. Kĩ năng: Nêu được một số thí dụ thực tế về của chuyển động tròn đều. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Một vài thí nghiệm đơn giản để minh họa của chuyển động tròn đều. 2. Học sinh: Soạn bài trước. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC TIẾT 8 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu về của chuyển động tròn đều. (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Chuyển động của điểm đầu một chiếc kim giây đồng hồ và điểm đầu một cánh quạt máy có nhưng đặc điểm gì giống và khác nhau? Để trả lời câu hỏi này hôm nay chúng ta cùng nhau nghiên cứu một loại chuyển động mới đó là chuyển động tròn đều. - Chuyển động tròn có quỹ đạo là đường gì? Cho ví dụ? - Nhắc lại tốc độ trung bình trong chuyển động thẳng đều ? -Nhắc lại chuyển động thẳng đều, dựa vào đó hãy cho biết thế nào là chuyển động tròn đều? Cho ví dụ ? - So sánh sự giống và khác nhau của chuyển động thằng đều với chuyển động tròn đều? - Lắng nghe và tìm hiểu để trả lời câu hỏi trên. - Là một đường tròn. Ví dụ: Chiếc đu quay quay tròn, cánh quạt máy quay tròn... là những đường tròn có tâm nằm trên trục quay. - Bằng thương số giữa quãng đường đi được và thời gian chuyển động. - Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường. Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau. Ví dụ: Chuyển động của dầu kim giây của đồng hồ treo tường là chuyển động tròn đều. - Giống nhau : có tốc độ trung bình không đổi. Khác nhau chuyển động thẳng đều quỹ đạo là đường thẳng còn chuyển động tròn đều có quỹ đạo là đường tròn. I-Định nghĩa 1.Chuyển động tròn: là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn. Ví dụ: Chiếc đu quay quay tròn, kim giây đồng hồ treo tường, cánh quạt máy quay tròn... là những đường tròn có tâm nằm trên trục quay. 2.Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn: bằng thương số giữa quãng đường đi được và thời gian chuyển động hết quãng đường đó. 3.Chuyển động tròn đều: là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau. Ví dụ: Chuyển động của dầu kim giây của đồng hồ treo tường là chuyển động tròn đều. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu các đại lượng của chuyển động tròn đều(28 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Gọi Ds là độ dài cung tròn mà vật đi được từ điểm M đến điểm M’ trong khoảng thời gian rất ngắn Dt có thể coi Ds là đoạn thẳng. Tính vận tốc tức thời của vật tại điểm M trên đường tròn? - Công thức trên còn được gọi là tốc độ dài của vật tại điểm M. Vậy tốc độ dài chính là độ lớn của vận tốc tức thời trong chuyển động tròn đều, là một hằng số không đổi. - Nhắc lại những đặc điểm của một vectơ ? * Nêu các đặc điểm của véc tơ vận tốc trong chuyển động tròn đều ? - Gọi O là tâm và r là bán kính của đường tròn quỹ đạo. M là vị trí tức thời của vật chuyển động. Khi vật đi được một cung s trong khoảng thời gian t thì bán kính OM quay được một góc a. Để đặc trưng cho sự quay nhanh, chậm của vật người ta đưa ra thương số: gọi là tốc độ góc của chuyển động tròn, kí hiệu là w. Vậy w được biểu diễn bằng công thức như rhế nào? - Góc quay a và thời gian t có quan hệ như thế nào ? w là đại lượng như thế nào ? - Nếu a đo bằng đơn vị radian, t đo bằng đơn vị giây thì tốc độ góc bằng radian trên giây, viết tắt là rad/s. -Vận tốc tức thời tại điểm M: v = - Ghi nhận. - Điểm đặc, phương, chiều, độ lớn. - Điểm đặt: Trên vật chuyển động tròn tại điểm đang xét. (M) - Phương: Tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo tại điểm đang xét. (M) - Chiều: Trùng với chiều của vectơ độ dời D tại điểm đang xét.(M) - Độ lớn: v = - Tốc độ góc :w = - Tỉ lệ thuận. w là hằng số không đổi. -Ghi nhận. II.-Tốc độ dài và tốc độ góc 1.Tốc độ dài: v = = const (5.1); trong đó Ds là độ dài cung mà vật đi được trong thời gian Dt rất ngắn. 2.Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều: có: M O - Điểm đặt: Trên vật chuyển động tròn tại điểm đang xét. (M) - Phương: Tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo tại điểm đang xét. (M) - Chiều: Trùng với chiều của vectơ độ dời D tại điểm đang xét. (M) - Độ lớn: v = 3. Tốc độ góc-Chu kì-Tần số: a. Định nghĩa: M O Dt r Tốc độ góc : w = = const (5.2); trong đó a là góc mà bán kính nối từ tâm đến vật quét được trong thời gian t . b. Đơn vị: Radian trên giây, viết tắt là rad/s. 3. Hoạt động 3: Giao nhiệm vụ về nhà (2 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Về nhà soạn tiếp đến hết bài. 2. Trả lời các câu hỏi C1, C2, C3, C4, C5, C6. 1. Ghi nhớ vào vở soạn. 2. Ghi nhớ vào vở bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY Bài 5 CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU (tiếp theo) I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức và nêu đơn vị đo của chu kì và tần số của chuyển động tròn đều. - Viết được công thức liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc. - Nêu được hướng của gia tốc trong của chuyển động tròn đều và viết được biểu thức của gia tốc hướng tâm. 2. Kĩ năng: - Giải các bài tập về chuyển động tròn đều. - Thực hiện các phép toán đại số đơn giản. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Hình vẽ 5.5 trên giấy to để học sinh có thể trình bày cách chứng minh. 2. Học sinh: Soạn bài trước. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC TIẾT 9 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu các đại lượng của chuyển động tròn đều . (15 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Chu kì của chuyển động tròn đều được xác định như thế nào ? Xây dựng công thức tính chu kì? - Giả sử có một chất điểm M chuyển động tròn đều, trong thời gian 1 giây M đi được 2 vòng, khi nó ta nói tần số của M là 2. Vậy tần số là gì? Xây dựng công thức tính tần số? - Ta đã biết, trong hình tròn, thì độ dài cung = bán kính ´ góc ở tâm chắn cung. Vậy Ds = r.Da, với Da đo bằng radian. Chia hai vế đẳng thức trên ta được kết quả gì? - Chu kì T của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi hết một vòng. Theo định nghĩa: a = 1vòng = 2p; t = T. Thay vào w =, ta có w = ® - Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong 1 giây. Theo định nghĩa, tần số f là số vòng vật đi được trong 1 giây, theo đó thời gian vật đi được một vòng là ® - Chia hai của Ds = r.Da ta có: hay v = r.w c. Chu kì: (5.3). Đơn vị của chu kì là giây (s) d. Tần số: (5.4). Đơn vị của tần số là vòng trên giây hoặc héc(HZ). e. Công thức liên hệ gữa tốc độ dài và tốc độ góc: v = r.w (5.5) 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu về gia tốc hướng tâm (20 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Trong chuyển động tròn đều vectơ vận tốc luôn thay đổi về phương do đóchuyển động tròn đều luôn có gia tốc a, ta hãy tìm hiểu xem vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều có hướng và độ lớn ra sao? - Để xét gia tốc của vật tại điểm I trên đường tròn, ta khảo sát sự biến đổi vận tốc của vectơ của vật khi chuyển động trong khoảng thời gian rất ngắn Dt từ điểm M1 đến điểm M2 trên cung đường tròn - Lắng nghe và tìm câu trả lời. - Ghi nhận giáo viên đặt vấn đề và trả lời câu hỏi. III - Gia tốc hướng tâm ø x I M2 M1 O 1. Hướng của vectơ gai tốc trong chuyển động tròn đều: có trung điểm là I. (như hình vẽ). - Độ lớn hai vectơ , như thế nào? - Hướng của chúng như thế nào tại mỗi điểm trên quỹ đạo? - Chính vì hướng của chúng thay đổi nên gây ra gia tốc a. Ta sẽ tìm đại lượng biến đổi hướng của vận tốc . - Bằng phép tịnh tiến hai vectơ vận tốc , ta tìm được đại lượng biểu diễn cho sự thay đổi hướng của chúng bằng bao nhiêu? - Hướng của nó như thế nào? - Khi đó vectơ gia tốc của chuyển động tròn đều được xác định bằng công thức: có hướng trùng với , tức là hướng vào tâm O nên gọi gia tốc của chuyển động tròn đều là gia tốc hướng tâm. - Xét 2 tam giác đồng dạng: Iv1v2 và OM1M2. Hãy viết cặp tỉ số đồng dạng tương ứng? - Xác định giá trị của các cạnh có trong tỉ số trên? - Thế vào tỉ số để tìm a. Hay - Bằng nhau. - Khác nhau. - Ghi nhận - Bằng = - -Hướng vào tâm O. - Ghi nhận. -Ta có: -Ta có: v1v2 = Dv, Iv1 = v, OM1 = r, M1M2 = Ds - Ghi nhận. M O - Vectơ gia tốc của chuyển động tròn đều được xác định bằng công thức: . - Vectơ cùng hướng với vectơ nên nó cũng hướng vào tâm. Do đó ta gọi gia tốc trong chuyển động tròn đều là gia tốc hướng tâm, kí hiệu là . 2. Độ lớn của gia tốc hướng tâm: (5.6) 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. Một chiếc xe đạp chuyển động đều trên bán kính 100m. Xe chạy một vòng hết 2 phút. Tính vận tốc của xe? 2. Tương tự như bài 1. Tính vận tốc góc của xe? 3. Có loại đồng hồ treo tường mà kim giây quay đều liên tục. Hãy tính vận tốc góc của kim giây trong đồng hồ này? 1. Chiều dài quãng đường khi xe chạy được 1 vòng là: s = 2pr = 2.3,14.100 = 628(m) ® Vận tốc của xe: = 5,23(m/s) 2. Ta có: v = r.w ® vận tốc góc: w (rad/s) 3. Kim giây quay 1 vòng quét được một góc 2p trong thời gian 60 giây. ® vận tốc góc: w (rad/s) IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY