Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài 9: Tổng hợp và phân tích lực – điều kiện cân bằng của chất điểm (tiếp)

Bài 9: TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC – ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nắm được khái niệm lực. - Phát biểu được định nghĩa của tổng hợp lực và phân tích lực, quy tắc hình bình hành 2. Kĩ năng: - Vận dụng được quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực của hai lực đồng qui hay để phân tích một lực thành hai lực đồng quy. - Giải thích một số hiện tượng về cân bằng lực. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Soạn bài trước. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức đã học ở THCS III.TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Hoạt động 1: Tìm hiểu về khái niệm lực – Cân bằng lực (12 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Khi ta dùng tay tác động lên một vật thì vật sẽ như thế nào? - Để trả lời câu hỏi này các em hãy xem hình 9.1 và cho biết, vật nào tác dụng vào cung làm cung biến dạng? Vật nào tác dụng vào mũi tên làm mũi tên bay đi? - Vậy khi ta dùng tay tác động lên một vật thì vật sẽ như thế nào? - Trạng thái chuyển động của vật này xảy ra như thế nào? - Nghĩa là vật đã tăng tốc trong khoảng thời gian rất ngắn hay ta nói rằng vận tốc của vật đã biến thiên, đại lượng nào đặc trưng cho sự biến này? - Như vậy khi ta tác động vào một vật thì ta thu được kết quả gì? - Đại lượng làm vật đó bị biến dạng hoặc thu được gia tốc ta gọi là lực. - Kết quả của tác dụng lực vào vật là thu được gia tốc, mà gia tốc là đại lượng vectơ hay vô hướng? Vì sao? - Vậy lực là nguyên nhân gây ra tốc nên lực cũng là một đại lượng vectơ. - Một vectơ có bao nhiêu đặc điểm? Đó là gì? - Xem hình 9.3, hãy cho biết những lực nào tác dụng lên quả cầu? Các lực này do những vật nào gây ra? - Nếu ta cắt đứt dây thì hiện tượng gì xảy ra? - Khi rơi quả cầu có thu gia tốc không? - Vậy lực nào tác dụng lên quả cầu làm nó rơi xuống đất? - Nếu dây không đứt, khi đó Trái Đất có tác dụng lên quả cầu một lực hút không? - Quả cầu vẫn đứng yên, điều này chứng tỏ có một lực khác, cùng phương, ngược chiều với lực hút của Trái Đất tác dụng lên quả cầu. Vật nào đã tác dụng lực lên quả cầu? - Quả cầu có thu được gia tốc không? - Hai lực này cùng tác dụng vào mấy vật, cùng lúc không? - Các lực thỏa mãn điều kiện trên được gọi là các lực cân bằng. - Tìm cách trả lời câu hỏi. - Tay người tác dụng vào cung làm cung bị biến dạng. Dây cung tác dụng lực vào mũi tên làm mũi tên bay đi. - Vật đó bị biến dạng hoặc chuyển động. - Trạng thái chuyển động của vật xảy ra rất nhanh. - Gia tốc. - Vật đó bị biến dạng hoặc thu được gia tốc. - Ghi nhận - Vectơ. Vì gia tốc là đại lượng vectơ - Ghi nhận. - Điểm đặt, phương (giá), chiều độ lớn. - Tìm cách trả lời câu hỏi. - Quả cầu rơi xuống đất. - Quả cầu thu gia tốc g. - Quả cầu chịu lực hút của Trái Đất - Trái đất vẫn tác dụng lên quả cầu lực hút. - Dây tác dụng lên quả cầu một lực. - Không. - Cùng tác dụng đồng thời vào một vật. - Ghi nhận. I. Lực – Cân bằng lực 1. Lực: a. Định nghĩa: Lực là một đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm vật biến dạng. b. Đặc điểm của vectơ lực - Điểm đặt: Đặt trên vật bị tác dụng lực. - Giá: trùng với đường thẳng mang vectơ lực - Chiều: Theo chiều của gia tốc hay chiều biến dạng của vật. - Độ lớn: Tuỳ từng trường hợp cụ thể. Đơn vị của độ lớn lực là NiuTON (N). 2. Các lực cân bằng: a. Các lực cân bằng: là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật. b. Hai lực cân bằng: là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. 2. Hoạt động 2: Tìm hiểu về phép tổng hợp lực – Điều kiện cân bằng của một chất điểm (28 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Trong toán học ta muốn tìm vectơ là tổng của hai vectơ và thì ta phải áp dụng qui tắc nào để tìm vectơ ? - Hãy xem hình 9.4, ta có thể tìm vectơ lực bằng tổng của hai vectơ lực và giống như tìm vectơ như trên không? - Để trả lời câu hỏi trên ta xét thí nghiệm hình 9.5. - Vòng nhẫn O được xem như chất điểm, vòng nhẫn chịu tác dụng của mấy lực? - Các lực này có chung đặc điểm gì? - Dưới tác dụng của 3 lực này vòng nhẫn ở trạng thái gì? Có nhận xét gì về 3 lực này? -Vì hai lực và cân bằng với lực nên muốn vòng nhẫn đứng yên ta phải thay thế chúng bằng một vectơ lực . Vectơ lực như thế nào với vectơ lực ? - Qua cách biểu diễn trên từ hình vẽ 9.6 ta thấy tứ giác OADB là hình gì? - Với và là hai cạnh còn là đường chéo. - Về biểu thức toán học qui tắc hình bình hành được viết như thế nào? - Nếu có nhiều lực đồng quy tác dụng vào một vật thì qui tắc hình bình hành được áp dụng như thế nào? - Một vật muốn ở trạng thái đứng yên thì hợp lực tác dụng lên nó phải thỏa điều kiện gì? Vì sao? - Muốn cho một vật cân bằng thì hợp lực phải thỏa mãn điều kiện nào? Vì sao? - Lực trong thí nghiệm 9.5 có tác dụng gì? - Do đó ta có thể thay thế lực bằng hai lực và theo hai phương MO và NO. - Hai lực này phải thỏa điều kiện gì? - Ta áp dụng qui tắc hình bình hành. - Tìm hiểu câu trả lời. - Xem thí nghiệm và trả lời câu hỏi. - Của ba lực, đó là , và . - Cùng đặt vào một vật tại cùng một điểm. - Vòng nhẫn ở trạng thái đứng yên. Ba lực này cùng đặt đồng thời lên một điểm (điểm O) nhưng không gây ra gia tốc, nên 3 lực này là 3 lực cân bằng. - Vectơ lực phải có điểm đặt tại O, cùng phương (giá), ngược chiều với , có lớn bằng độ lớn của F3. - Hình bình hành. - Ghi nhận - Về mặt toán học ta viết: - Ta lần lượt vận dụng quy tắc hình bình hành. - Hợp lực = Vì nếu ¹ thì vật sẽ thu được gia tốc và chuyển động. - Hợp lực phải bằng vectơ không. Vì nếu khác vectơ không thì vật sẽ thu được gia tốc. - Có tác dụng kéo dây 1 theo hướng NO, kéo dây 2 theo hướng NO. - Ghi nhận. - Phải cân bằng với hai lực và . II.Tổng hợp lực 1.Thí nghiệm: SGK D N M C O 2 1 A B 2. Định nghĩa: Tổng hợp lực là thay các lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy. Chú ý: Lực được thay thế gọi là hợp lực của các lực thành phần. 3. Quy tắc hình bình hành: a. Phát biểu: Nếu hai lực đồng quy được biểu diễn về độ lớn và về hướng bằng hai cạnh của một hình bình hành vẽ từ điểm đồng quy,thì hợp lực của chúng được biểu diễn về độ lớn và về hướng bằng đường chéo của hình bình hành đó. O b. Biểu thức: III.Điều kiện cân bằng của một chất điểm 1.Phát biểu: muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không 2. Biểu thức: IV. Phân tích lực 1. Giải thích thí nghiệm: SGK 2. Định nghĩa: Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực thành phần có tác dụng giống hệt như lực đó . Các lực thay thế gọi là các lực thành phần . 3. Phân tích một lực thành hai hay nhiều lực: SGK 4. Chú ý: - Phép phân tích lực cũng tuân theo quy tắc hình bình hành. -Phép phân tích lực là phép làm ngược với phép tổng hợp lực. 4. Hoạt động 4: Củ ng cố và dặn dò ( 5 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Hợp lực của hai lực đồng quy và có độ lớn phụ thuộc vào những yếu tố nào? 2. Cho hai lực đồng quy có độ lớn là 9N và 12N. a. Trong số các giá trị sau đây, giá trị nào là độ lớn của hợp lực? b. Góc giữa hai lực đồng quy là bao nhiêu? 1. Phụ thuộc vào độ lớn của , và góc tạo bởi hai vectơ đó. 2a. Trong phép tổng hợp lực thì hai lực thành phần cùng hợp lực tạo thành một hình tam giác. Độ lớn của các lực biểu diễn bằng độ dài của các cạnh tam giác đó. Độ dài của một cạnh coi như hợp lực luôn luôn lớn hơn hoặc bằng hiệu và nhọ hơn hoặc bằng tổng độ dài các cạnh kia. Ta có: , theo độ lớn của hai lực thành phần thì F = 15N. 2b. Từ định lí hàm số cosin đối tam giác, áp dụng cho trường hợp này ta có góc giữa hai lực đồng quy xác định bởi công thức: cosa = IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: