Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Tiết 33, 34 - Bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn - Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định

Ngày soạn:10/12/2007 Tiết: 33-34 Bài 21: CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CỦA VẬT RẮN - CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I. Mục tiêu. a. Về kiến thức: Phát biểu được định nghĩa chuyển động tịnh tiến và nêu được ví dụ minh họa. Việt được công thức định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến Nêu được tác dụng của momen lực đối với một vật rắn quay quanh một trục. Nêu được những yếu tố ảnh hưởng đến momen quán tính của vật. b. Về kĩ năng: Áp dụng được định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến thẳng, giải được các bài tập SGK và các bài tập tương tự. Vận dụng được khái niệm momen quán tính để giải thích sự thay đổi chuyển động quay của các vật. Củng cố kĩ năng đo thời gian chuyển động và kĩ năng rút ra kết luận. c. Thái độ: II. Chuẩn bị. HS: Ôn lại định luật II Niu-tơn, tốc độ góc và momen lực. III. Tiến trình giảng dạy. 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ(5’). Thế nào là dạng cân bằng bền, không bền, phiếm định? Vị trí trọng tâm của vật có vai trò gì với mỗi dạng cân bằng? 3. Bài mới. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - Sau khi xét cân bằng của vật rắn chung ta cùng nhau tìm hiểu chuyển động của vật rắn. Xét các vật sau: Một bánh xe đang lăn trên đường, một miếng gỗ hình hộp chuyển động thẳng trên mặt bàn nằm ngang, một ròng rọc cố định đang quay, hãy mô tả chuyển động của mỗi vật? - Chuyển động thực của vật rắn rất phúc tạp. Trong đó chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh 1 trục cố định là 2 chuyển động đơn giản nhất. Ta cùng nhau tìm hiểu 2 loại chuyển động này. - Chuyển động của miếng gỗ là chuyển động tịnh tiến. Đánh dấu 2 điểm A, B trên miếng gỗ nối lại thành đoạn thẳng AB, sau đó kéo miếng gỗ chuyển động. Hãy nhận xét vị trí của đoạn AB khi miếng gỗ chuyển động? - Hãy nêu định nghĩa chuyển động tịnh tiến? - Dựa vào định nghĩa đó, em hãy trả lời câu C1. - Chú ý có chuyển động tịnh tiến thẳng, cong hoặc tròn. Các em hãy lấy ví dụ: - Trong chuyển động tịnh tiến tất cả các điểm trên vật đều chuyển động như nhau, nghĩa là đều có cùng một gia tốc. Vì vậy ta có thể coi vật như một chất điểm để tính gia tốc của vật, chúng ta có thể áp dụng định luật II Niu-tơn để tìm gia tốc của vật rắn. - Chú ý là hợp lực của các lực tác dụng vào vật. - Trường hợp vật chuyển động tịnh tiến thẳng, chọn Ox cùng hướng chuyển động, rồi chiều pt vec tơ (1) lên trục tọa độ đó. - Chiếu lên phương Oy: - Dùng đĩa momen đánh dấu 2 điểm, làm cho đĩa quay 1 góc nào đó. Hãy nhận xét góc quay của 2 điểm trong cùng 1 khoảng thời gian? - Nói tổng quát hơn là mọi điểm của vật đều quay được cùng 1 góc trong cùng 1 khoảng thời gian, tức là mọi điểm của vật có cùng tốc độ góc. - Vậy có giá trị như thế nào nếu vật quay đều? Quay nhanh dần? Chậm dần? - Chú ý: tốc độ dài của một điểm cách trục quay r được xác định như thế nào? Hoạt động 1: Tổ chức tình huống học tập. - Quan sát gv biểu diễn Tn rồi trả lời. - Chú ý nhận thức vấn đề bài học. Hoạt động 2: Tìm hiểu chuyển động tịnh tiến của vật rắn. - Quan sát - Khi miếng gỗ chuyển động AB chuyển động và luôn song song với chính nó. - Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trogn đó đường nối 2 điểm bất kỳ của vật luôn song song với chính nó. - C1: Là chuyển động tịnh tiến và 2 điểm bất kì trên vật luôn song song với chính nó. - Thảo luận nhóm để tìm ví dụ. (1) Hoạt động 3: Tìm hiểu đặc điểm chuyển động quay của vật rắn quanh 1 trục cố định. - Quan sát TN; suy nghĩ rút ra nhận xét. + Hai điểm quay được cùng 1 góc trong cùng một khoảng thời gian. - Vật quay đều, vật quay nhanh dền thì tăng dần, vật quay chậm dền thì giảm dần - tốc độ dài của các điểm có giá trị phụ thuộc khoảng cách từ điểm đó đến trục quay. I. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. 1. Định nghĩa. Chuyển động tịnh tiến của 1 vật rắn là chuyển động trong đó đường nối 2 điểm bất kỳ của vật luôn song song với chính nó. 2. Gia tốc của vật trong chuyển động tịnh tiến. Trong đó: là hợp lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của nó. II. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. 1. Đặc điểm của chuyển động quay. Tốc độ góc - Mọi điểm của vật có cùng tốc độ góc - Vật quay đều, vật quay nhanh dền thì tăng dần, vật quay chậm dền thì giảm dần - Bố trí TN hình 21.4 - Cho 2 vật cùng trọng lượng; các em hãy trả lời C2 - Treo hai vật có; giữ vật 1 ở độ cao h, thả nhẹ cho hai vật chuyển động. Các em hãy trả lời C3 - Nhận xét chuyển động của 2 vật và ròng rọc? - Giải thích tại sao ròng rọc quay nhanh dần? - Khi chọn chiều quay của ròng rọc là chiều dương, thì tổng momen lực tác dụng lên ròng rọc là: + Trường hợp 2 vật cùng trọng lượng ròng rọc tiếp tục đứng yên. + Trường hợpròng rọc quay nhanh dần. - Các em hãy rút ra nhận xét về tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh 1 trục - Tác dụng cùng 1 lực lên các vật khác nhau vật nào có vận tốc thay đổi chậm hơn thì có mức quán tính lớn hơn. - Tác dụng cùng một momen lực lên các vật khác nhau, tốc độ góc của vật nào tăng chậm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại - Mọi vật quay quanh trục đều có mức quán tính. Mức quán tính của vật càng lớn thì vật càng khó thay đổi tốc độ góc và ngược lại. - Mức quán tính của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào? - Tiến hành TN kiểm tra (ròng rọc cùng kích thước nhưng thay đổi khối lượng); các em trả lời C4. + Gợi ý: Vật 1 chuyển động nhanh dần, đi cùng quãng đường. - Tiến hành TN kiểm tra (ròng rọc có khối lượng tập trung chủ yếu ở phần ngoài); các em trả lời C5. - Qua 2 TN các em hãy rút ra kết luận về mức quán tính - TN cho thấy; khi một vật đang quay mà chịu một momen cản thì vật quay chậm lại. Vật có khối lượng lớn thì tốc độ góc giảm chậm hơn và ngược lại. - Các em làm C6 Hoạt động 1: Tìm hiểu tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh 1 trục - Quan sát TN, thảo luận để đưa ra phương án trả lời các câu hỏi. - Ròng rọc chịu tác dụng của lực căng của dây. Ta có: - Quan sát TN, đo thời gian chuyển động của vật 1 là t0 và rút ra nhận xét: Hai vật chuyển động nhanh dần, ròng rọc quay nhanh dần. làm cho ròng rọc quay nhanh dần. - Momen lực tác dụng lên một vật quay quanh một trục làm thay đổi tốc độ góc của vật. Hoạt động 2: Tìm hiểu mức quán tính - Phát hiện sự tượng tự của chuyển động thẳng và chuyển động quay. - Đo t1 so sánh với t0; rút ra kết luận: mức quán tính phụ thuộc vào khối lượng của vật. - Đo t2 so sánh với t0; rút ra kết luận: mức quán tính phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay. - Hs rút ra kết luận chung. - Thảo luận chung tìm phương án trả lời. 2. Tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh một trục. a. Thí Nghiệm: b. Giải thích: SGK c. Kết luận: Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật. 3. Mức quán tính trong chuyển động quay. Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật & sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay. IV. CỦNG CỐ: Qua bài này chúng ta cần nắm được: -Phát biểu được định nghĩa chuyển động tịnh tiến -Việt được công thức định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến -Nêu được tác dụng của momen lực đối với một vật rắn quay quanh một trục. -Nêu được những yếu tố ảnh hưởng đến momen quán tính của vật. V. DẶN DÒ. - Các em đọc đề và giải BT 6, 7 trong SGK. - Về nhà làm tất cả các bài còn lại, chuẩn bị thi học kỳ & bài tiếp theo.