Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Phương pháp giải bài toán hợp lực đồng quy và cân bằng của một chất điểm

Vấn đề 8: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN HỢP LỰC ĐỒNG QUY VÀ CÂN BẰNG CỦA MỘT CHẤT ĐIỂM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nắm được quy tắc hình bình hành, điều kiện cân bằng của một chất điểm, định lí hàm cos trong tam giác. - Nắm được phương pháp giải bài toán về tìm hợp lực đồng quy, cân bằng của chất điểm. 2. Kĩ năng: - Vận dụng giải được một số bài toán về tìm hợp lực đồng quy, cân bằng của chất điểm. - 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 về tìm hợp lực đồng quy, cân bằng của chất điểm. - 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: Nêu phương pháp giải bài toán tìm hợp lực đồng quy (10 phút) I. Bài toán tìm hợp lực đồng quy 1. Trường hợp 1: Chỉ có hai lực đồng quy và đặt vào một vật . * Áp dụng quy tắc hình bình hành, ta có có hợp lực tác dụng lên vật là: a. Nếu và cùng phương, cùng chiều. Ta có: F = F1 + F2 b. Nếu và cùng phương, ngược chiều và F1 > F2. Ta có: F = F1 - F2 c. Nếu và cùng phương, ngược chiều và F1 < F2 Ta có: F = F2 – F1 ù d. Nếu vuông góc với Ta có: ư a e. Nếu hợp với một góc bằng a và F1 = F2 Ta có: F = 2.F1.cos = 2.F2.cos ư p - a a f. Nếu hợp với một góc bằng a và F1 ¹ F2 Ta có: ® 2. Trường hợp: Có nhiều lực đồng quy đồng thời tác dụng lên vật thì ta áp dụng quy tắc hình bình hành lần lượt. Ví dụ như có 4 lực đồng quy ,,,, trước hết ta áp dụng quy tắc hình bình hành cho hai lực và để tìm hợp lực va, sau đó áp dụng quy tắc hình bình hành cho hai lực và để tìm hợp lực, cuối cùng ta áp dụng quy tắc hình bình hành chovà để tìm 3. Chú ý: Nếu chỉ biết độ lớn của hai lực đồng quy và thì trong mọi trường hợp độ lớn của hợp lực có giá trị: 2. Hoạt động 2: Trình bày phương pháp giải bài toán cân bằng của chất điểm (5 phút) II. Xác định lực dựa vào hợp lực đồng quy cân bằng 1. phương pháp giải: - Bước 1: Xác định lực tác dụng lên vật cân bằng. - Bước 2: Áp dụng điều kiện cân bằng: (1) - Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy (Ox ^ Oy) - Bước 4: Chiếu phương trình (1) lên hai trục tọa độ Ox và Oy ta được hai phương trình đại số theo hai trục lần lượt là: - Bước 5: Giải hệ phương trình trên để tìm các đại lượng cần thiết theo yêu cầu bài toán. 2. Chú ý: - Lực căng của sợi dây hướng dọc theo sợi dây về điểm treo. - Lực của thanh bị nén hướng dọc theo thanh và ngược chiều biến dạng của thanh. - Lực hút của trái đất hướng vào tâm trái đất. 3. Hoạt động 3: Giải bài toán mẫu (28 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh Đơn vị kiến thức 1. Bài toán 1: Cho hai lực đồng quy có độ lớn F1 = 40N, F2 = 30N. Hãy tìm hợp lực của hai lực khi chúng hợp với nhau một góc a = 00, 1800, 900, 600. Vẽ hình biễu diễn cho mỗi trường hợp. - Khi a = 00 , nhận xét về phương chiều của và ? Vẽ hình minh họa, áp dụng tìm hợp lực F? - Khi a = 1800 , nhận xét về phương chiều của và ? Vẽ hình minh họa, áp dụng tìm hợp lực F? - Khi a = 900 , nhận xét về phương chiều của và ? Vẽ hình minh họa, áp dụng tìm hợp lực F? - Khi a = 600 , nhận xét về phương chiều của và ? Vẽ hình minh họa, áp dụng tìm hợp lực F? 2. Bài tập 8: SGK/58 - Có bao nhiêu lực tác dụng lên vòng nhẫn O? Đó là những lực nào? - Hãy vẽ các lực đó? - Để vòng nhẫn cân bằng thì ta có điều kiện gì về hợp lực của 3 lực này? - Chiếu phương trình vectơ này lên hai trục tọa độ Ox và Oy? - Từ đó hãy tìm độ lớn TA và TB ? * Chép bài toán và tóm tắt bài toán. - Đề bài cho: F1 = 40N, F2 = 30N. - tìm hợp lực của hai lực khi chúng hợp với nhau một góc a = 00, 1800, 900, 600? - Ta có: và cùng phương, cùng chiều. Áp dụng 1a. - và cùng phương, ngược chiều và F1 > F2. Áp dụng 1b. - Ta có:vuông góc với . Áp dụng 1d. - Ta có: hợp với một góc bằng a = 600 và F1 ¹ F2. Áp dụng 1f. * Đọc và tóm tắt bài toán. - Đề bài cho: P = 20 (N), dây OA hợp với dây OB một góc 1200. - Tìm độ lớn TA và TB để vòng nhẫn cân bằng. - Có 3 lực tác dụng lên vòng nhẫn O: lực căng của sợi dây OA, OB và lực hút của trái đất . - Lên bảng vẽ. - Điều kiện để vòng nhẫn O cân bằng: - Ta có: TA – TBsin300 = 0 - P + TB.cos300 = 0 - Tự giải. 1. Giải bài toán 1: Hợp lực tác dụng lên vật là: a. a = 00 ® và cùng phương, cùng chiều. Ta có: F = F1 + F2 = 40 + 30 = 70(N) b. a = 1800 ® và cùng phương, ngược chiều và F1 > F2 Ta có: F = F1 - F2 = 40 – 30 = 10(N) ù c. a = 900 ® vuông góc với Ta có: ư p-600 600 d. hợp vớia = 600 và F1 ¹ F2 Ta có: ® F = 19,23(N) 2. Giải bài tập 8: SGK/58 y O x x 1200 - Có 3 lực tác dụng lên vòng nhẫn O: lực căng của sợi dây OA, OB và lực hút của trái đất được biễu diễn như hình vẽ: 300 - Điều kiện để vòng nhẫn O cân bằng: (1) - Chiếu phương trình (1) lên trục tọa độ Ox ta có: TA – TBsin300 = 0 « TA - .TB = 0 « TA = .TB (2) - Chiếu phương trình (1) lên trục tọa độ Oy ta có: - P + TB.cos300 = 0 « TB = P « TB = = (N) - Thay TB = 23,12(N) vào (2) ta có: TA = .23,12 = 11,56 (N) 4. Hoạt động 4: Giao nhhiệm vụ về nhà (2 phút) Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh 1. Về nhà làm bài tập: 9.5; 9.6 2. Soạn bài 3 định luật NiuTon 1. Ghi nhận vào. 2. Ghi nhận vào vở soạn. VI. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: