Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài tập về chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật vật rắn

Vấn đề 17: BÀI TẬP VỀ CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN VÀ CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT VẬT RẮN I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Viết được công thức định luật II Niuton cho chuyển động tịnh tiến của vật rắn. 2. Kĩ năng: - Vận dụng giải được một số bài toán đơn giản trong SGK và SBT. - Thực hiện chính xác các phép toán cộng hai vectơ, đại số và các giá trị lượng giác. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Soạn phương pháp giải bài toán vật chuyển động trên mặt phẳng ngang. - Giải một số bài tập trong SGK và SBT. 2. Học sinh: Giải các bài toán đã giao về nhà. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC 1. Hoạt động 1: Trình bày phương pháp giải bài toán cân bằng của vật rắn có trục quay cố định (25 phút) VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRÊN MẶT PHẲNG NGANG. 1. Bài toán thuận: Biết lực tìm gia tốc của vật. - Bước 1: Chọn trục Ox là phương nằm ngang, gốc tọa tại O, chiều dương là chiều chuyển động của vật. Mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. - Bước 2: Phân tích lực tác dụng lên vật và vẽ hình. - Bước 3: Áp dụng định luật II Niuton: (1) - Bước 4: Chiếu (1) lên trục Ox ta có: F1x + F2x +...+ Fnx = max = ma ® Tìm công thức tính a. (2) - Bước 5: Chiếu phương trình (1) lên trục Oy: F1y + F2y +...+ Fny = 0 ® Tìm phản lực N’. Sau đó vận dụng định luật III Niuton suy ra áp lực N = N’® Fms = m.N > Fk (3) thì vật chuyển động và thu được gia tốc a. Thay (3) vào (2) tính gia tốc a. Nếu Fms = m.N £ Fk thì vật vẫn còn đứng yên và gia tốc a = 0. * Chú ý: Nếu bài toán hỏi thêm quãng đường s, vận tốc, và thời gian vật chuyển động thì ta sử dụng một trong ba công thức sau: v = v0 + a.t; s = v0.t + a.t2 ; . 2. Bài toán nghịch: Biết gia tốc tìm lực tác dụng lên vật. - Bước 1: Thực hiện như bài toán thuận. - Bước 2: Sử dụng một trong các công thức sau: v = v0 + a.t; s = v0.t + a.t2; ® Tìm độ lớn gia tốc a. - Bước 3: Xác định các lực tác dụng lên vật và vẽ hình. - Bước 4: Áp dụng định luật II Niuton: +++ ....+ (1) - Bước 5: Chiếu phương trình (1) lên 2 trục tọa độ Ox và Oy ® Tìm các lực tác dụng lên vật. 2. Hoạt động 2: Giải bài toán thuận (14 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức 1. Bài tập 5 SGK – Trang 114. - Đọc và tóm tắt bài toán? - Chọn hệ qui chiếu cho bài toán? - Phân tích lực tác dụng vào vật và vẽ hình? - Viết định luật II Niuton cho vật? - Chiếu phương trình (1) lên trục Ox và tìm biểu thức tính gia tốc a? - Chiếu phương trình (1) lên trục Oy và tìm độ lớn lực ma sát trượt? - Vật có thu được gia tốc không? Tại sao? Tìm gia tốc đó? - Tìm vật tốc của vật ở cuối giây thứ 3? - Tìm quãng đường vật đi được trong 3s? - Tóm tắt: Vật chuyển động trên mặt sàn nằm ngang, Fk = 200N, m = 40kg, mt = 0,25. Tìm a, v, s =? - Thực hiện bước 1. - Lên bảng thực hiện bước 2. - Lên bảng thực hiện bước 3. - Lên bảng thực hiện bước 4. - Lên bảng thực hiện bước (5). - Vì Fmst < Fk nên vật chuyển động và thu được gia tốc a = 2,5(m/s2) - Ta có: v = 0 + 2,5.3 = 7,5(m/s) - Ta có: s = 0 +0.25.32 = 1,125m 1. Bài tập 5 SGK – Trang 114. x y O - Chọn trục Ox là phương nằm ngang, gốc tọa tại O, chiều dương là chiều chuyển động của vật như hình vẽ. Mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. - Lực tác dụng vào vật: trọng lực , phản lực , lực kéo , lực ma sát trượt. - Áp dụng định luật II Niuton: +++(1) - Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta có: Fk – Fmst = ma ® a = (2) - Chiếu phương trình (2) lên trục Oy ta có: N’ – P = 0 ® N’ = P = mg, theo định luật III Niuton thì áp lực của vật lên mặt sàn là N = N’ = m.g ® Fmst = mtN = mtmg = 0,25.40.10 = 100N < Fk = 200N (3). a. Từ (2) và (3) ta có: Ga tốc của vật thu được: a = = 2,5(m/s2) b. Vận tốc của vật ở cuối giây thứ 3: v = v0 + at = 0 + 2,5.3 = 7,5(m/s) c. Quãng đường vật đi được trong 3 giây: s = v0t += 0 +0.25.32 = 1,125m 3. Hoạt động 3: Giải bài toán nghịch (14 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức 1. Bài tập 5 SGK – Trang 114. - Đọc và tóm tắt bài toán? - Chọn hệ qui chiếu cho bài toán? - Phân tích lực tác dụng vào vật và vẽ hình? - Viết định luật II Niuton cho vật? - Chiếu phương trình (1) lên trục Ox? - Chiếu phương trình (1) lên trục Oy và tìm độ lớn lực ma sát trượt? - Từ hai kết quả của phép chiếu hãy tìm công thức tính Fk? - Áp dụng bằng số? - Khi vật chuyển động thẳng đều thì ta có kết luận gì? - Từ đó tìm Fk? * Tóm tắt: Vật chuyển động trên mặt sàn nằm ngang, mt = 0,25. a. Cho a = 1,25m/s2 tìm Fk =? b. Cho a = 0 tìm Fk? - Thực hiện bước 1. - Lên bảng thực hiện bước 2. - Lên bảng thực hiện bước 3. - Lên bảng thực hiện bước 4. - Lên bảng thực hiện bước 5. - Ta có: Fk = - Lên bảng tính. - Khi vật chuyển động thẳng đều thì a = 0 - Làm tương tự. 2. Bài tập 6 SGK – Trang 114. O x y a - Chọn trục Ox là phương nằm ngang, gốc tọa tại O, chiều dương là chiều chuyển động của vật như hình vẽ. Mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. - Lực tác dụng vào vật: trọng lực , phản lực , lực kéo , lực ma sát trượt. - Áp dụng định luật II Niuton: +++(1) - Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta có: Fk.cosa – Fmst = ma (2) - Chiếu phương trình (1) lên trục Oy ta có: N’ – P + Fk.sina = 0 ® N’ = p - Fk.sina, theo định luật III Niuton thì áp lực của vật lên mặt sàn là: N = N’ = p - Fk.sina ® Fmst = mt(mg - Fksina) (3). - Thay (3) vào (2) ta có: Fk.cosa - mt(mg - Fksina) = ma « Fk(cosa +mtsina) = m(mtg + a) a. Độ lớn của lực kéo: Fk = , a = 300 « Fk = = 16,67 (N) b. Khi vật chuyển động thẳng đều thì a = 0. Độ lớn của lực kéo là: Fk = , a = 300 « Fk = = 11,76 (N) 4. Hoạt động 4: Dặn dò (2 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Làm các bài tập 21.2, 21.3, 21.3, 21.4, 21.5 SBT trang 49 – 50. 2. Soạn bài ngẫu lực. 1. Ghi nhận vào vở bài tập. 2. Ghi nhận vào vở soạn. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: