Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Bài tập về lực hướng tâm

Vấn đề 12: BÀI TẬP VỀ LỰC HƯỚNG TÂM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: Nắm được công thức tính lực hướng tâm. 2. Kĩ năng: - Vận dụng tìm tốc độ dài của vệ tinh, chu kì quay của vệ tinh, áp lực của vật lên quỹ đạo cong. - Thực hiện chính xác các phép toán số mũ. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Soạn phương pháp giải toán về lực hướng tâm. - Giải một số bài tập trong SGK và SBT về lực hướng tâm. 2. Học sinh: Giải các bài toán đã giao về nhà. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC 1. Hoạt động: Nêu phương pháp giải bài toán về lự hướng tâm.(10 phút) 1. Chuyển động của vệ tinh quanh Trái Đất. - Lực hướng tâm làm vệ tinh chuyển động quanh Trái Đất là chính là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh: Fht = Fhd - Ta có: Fht = m.aht = m. « m.= « v2 = a. Vận tốc dài của vệ tinh chuyển động tròn quanh Trái Đất là: b. Chu kỳ quay của vệ tinh quanh Trái Đất là: T = c. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Vệ tinh là: Fhd = Fht = m.= m. Chú ý: Trong các công thức trên: R, M, lần lượt là bán kính và khối lượng của Trái Đất, G là hằng số hấp dẫn, h là độ cao của vệ tinh so với Trái Đất. 2. Chuyển động của vật trên mặt cầu cong. - Các lực tác dụng vào xe: Trọng lựcvà phản lực của mặt cầu cong lên xe. -Định luật II NiuTon ta có: += m(1) - Chiếu phương trình (1) lên trụchướng tâm theo chiều từ xe hướng vào tâm O của quỹ đạo ta có: P – N’ = m.aht ® N’ = P – m.aht = m.g – m. - Theo định luật III NiuTon: Xe cũng tác dụng lên mặt cầu cong một lựcgọi là áp lực của xe lên mặt cầu cong, có điểm đặt lên mặt cầu, cùng phương, ngược chiều với phản lực , có độ lớn: N = N’ = m.g – m. 3. Chuyển động của vật quay quanh một trục thẳng đứng. - Vật m chịu tác dụng của hai lực chịu tác dụng của 2 lực: Trọng lực và lực căng dây . - Định luật II NiuTon ta có:+ = m.(1) - Chiếu phương trình (1) lên trục hướng vào tâm O ta có: m a O r l T.sina = m.aht = m.(2) - Ta có: sina = ® r = l.sina và: cosa = ® T = =(3) - Thay (3) vào 2) ta được: m.g.tana = m. « v2 = gl.sina.tana v = 2. Hoạt động 2: Giải bài tập mẫu về chuyển động của vệ tinh quanh trái đất (13 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức 1. Bài tập 14.1 SBT-39 - Tóm tắt bài toán? - Hãy tìm công thức tính tốc độ dài của vệ tinh theo R, G và M? - Vì đề bài không cho biết G và M nên ta biến đổi biểu thức tính v theo R và g, hãy tìm biều thức đó?Áp dụng bằng số? - Viết công thức tính chu kì của vệ tinh? Áp dụng bằng số? - Tìm công thức tính lực hấp dẫn theo v, R và m? Áp dụng bằng số? - Đề cho: m = 600kg, h = R = 6400km = 6,4.106m, g = 9,8m/s2. Tìm tốc độ dài, chu kì quay và lực hấp dẫn của Trái Đất lên vệ tinh? - Ta có: Fht = Fhd - Mà: Fht = m.aht = m. « m.= « v2 = ® - Mà: g = ® thay vào công thức tính vận tốc ta có: 5,6.103m/s - Chu kỳ quay của vệ tinh quanh Trái Đất là: T = ® 14,35.103 (s) - Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Vệ tinh là: Fhd = Fht = m.= m. 1. Bài tập 14.1 SBT-39 - Lực hướng tâm làm vệ tinh chuyển động quanh Trái Đất là chính là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh: Fht = Fhd - Ta có: Fht = m.aht = m. « m.= « v2 = a. Vận tốc dài của vệ tinh chuyển động tròn quanh Trái Đất là: mà: g = ® thay vào công thức tính vận tốc ta có: 5,6.103(m/s) b. Chu kỳ quay của vệ tinh quanh Trái Đất là: T = ® 14,35.103 (s) c. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Vệ tinh là: Fhd = Fht = m.= m. Fhd = = 1470 (N) 3. Hoạt động 3: Giải bài tập mẫu về chuyển động của vật trên mặt cầu cong (10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Tóm tắt bài toán? - Phân tích lực tác dụng lên ô tô và vẽ hình? - Viết phương trình định luật II NiuTon cho ô tô lúc này? - Chiếu phương trình (1) lên trục hướng vào tâm O của cầu? Và tìm công thức tính N’? - Theo định luật III NiuTon: Xe cũng tác dụng lên mặt cầu cong một lựcgọi là áp lực của xe lên mặt cầu cong, có điểm đặt lên mặt cầu, cùng phương, ngược chiều với phản lực , có độ lớn: N = N’. -Áp dụng bàng số? - Đề bài cho m = 2,5 tấn = 2,5.103kg, v = 54km/h = 15m/s, r = 100m, g = 9,8m/s2. Tính áp lực N của ô tô lên cầu? - Các lực tác dụng vào ô tô: Trọng lựcvà phản lực của mặt cầu cong lên xe như hình vẽ. - Định luật II NiuTon ta có: += m(1) - Ta có: P – N’ = m.aht ® N’ = P – m.aht N’ = m.g – m. - Ghi nhận. - Ta có: N = N’ = m.(g - ) N = 2,5.103(9,8 - ) = 18875 (N) 2. Bài tập 14.7 SBT-40 - Các lực tác dụng vào ô tô: Trọng lựcvà phản lực của mặt cầu cong lên xe. -Định luật II NiuTon ta có: += m(1) - Chiếu phương trình (1) lên trụchướng tâm theo chiều từ ô tô hướng vào tâm O của cầu ta có: P – N’ = m.aht ® N’ = P – m.aht = m.g – m. - Theo định luật III NiuTon: Ô tô cũng tác dụng lên mặt cầu cong một lựcgọi là áp lực của xe lên mặt cầu cong, có điểm đặt lên mặt cầu, cùng phương, ngược chiều với phản lực , có độ lớn: N = N’ = m.g – m.= m.(g - ) N = 2,5.103(9,8 - ) = 18875 (N) 4. Hoạt động 4: Giải bài tập mẫu về chuyển động của vật quay quanh một trục thẳng đứng(10 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức - Tóm tắt bài toán? - Phân tích lực tác dụng lên vật m và vẽ hình? - Viết phương trình định luật II NiuTon cho vật? - Chiếu phương trình (1) lên trục hướng tâm O của quỹ đạo? - Tìm quan hệ giữa r và l; giữa T và P? - Từ đó viết lại phương trình (2) theo sina, tana, g và l? - Áp dụng bằng số? - Đề bài cho a = 300, m = 0,5kg, l = 0,5m, g = 9,8m/s2. Tìm tốc độ dài của vật? - Vật m chịu tác dụng của hai lực chịu tác dụng của 2 lực: Trọng lực và lực căng dây như hình vẽ. - Định luật II NiuTon ta có: + = m.(1) - Chiếu phương trình (1) lên trục hướng vào tâm O ta có: T.sina = m.aht = m.(2) - Ta có: sina = ® r = l.sina và: cosa = ® T = =(3) - Tự làm. - Thay số ta có: v = v = 1,189 (m/s) 3. Bài tập 14.6 SBT-40 m a O r l - Vật m chịu tác dụng của hai lực chịu tác dụng của 2 lực: Trọng lực và lực căng dây . - Định luật II NiuTon ta có: + = m.(1) - Chiếu phương trình (1) lên trục hướng vào tâm O ta có: T.sina = m.aht = m.(2) - Ta có: sina = ® r = l.sina và: cosa = ® T = =(3) - Thay (3) vào (2) ta được: m.g.tana = m. « v2 = gl.sina.tana « v = v = v = 1,189 (m/s) 5. Hoạt động 5: Dặn dò (2 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Về nhà làm các bài tập 14.3, 14.4, 14.5 SBT-40 2. Soạn bài: chuyển động của vật ném ngang. 1. Ghi nhận vào vở bài tập. 2. Ghi nhận vào vở bài tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: