Bài soạn Vật lý lớp 10 - Chương III: Tĩnh học vật rắn

Chương III. Tĩnh học vật rắn Bài 26 Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực - Trọng tâm I - Mục tiêu 1. Về kiến thức – Biết định nghĩa giá của lực, phân biệt được giá với phương của lực. – Nắm vững điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực. – Đề xuất được phương án thí nghiệm để tìm điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực. – Vận dụng điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực để tìm phương pháp xác định đường thẳng đứng, xác định trọng tâm của vật rắn, xác định điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. – Kể tên và phân biệt được các dạng cân bằng. 2. Về kĩ năng – Rèn luyện cho học sinh kĩ năng bố trí thí nghiệm, quan sát tỉ mỉ, chính xác và xử lí số liệu thu được. – Rèn luyện cho học sinh cách suy luận chặt chẽ. – Vận dụng các kiến thức đã học để giải thích và làm các bài tập đơn giản liên quan. II - Chuẩn bị Giáo viên – Chuẩn bị miếng bìa cứng, hai lực kế như thí nghiệm trong sách giáo khoa. – Dụng cụ làm thí nghiệm đề xuất vấn đề bao gồm : hai lực kế, một miếng gỗ dạng hình hộp chữ nhật có các điểm móc lực kế tại nhiều điểm khác nhau. – Nếu có thể chuẩn bị các dụng cụ làm thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề bao gồm : dây dọi, chiếc bật lửa, con lật đật và quả bóng. Học sinh – Ôn lại điều kiện cân bằng của một chất điểm. III - thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân trả lời các câu hỏi của GV. – Điều kiện : Hai lực tác dụng vào chất điểm phải cân bằng, nghĩa là có cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. Cá nhân nhận thức được vấn đề cần nghiên cứu. – Từ trước đến nay ta coi vật rắn chuyển động tịnh tiến như là chất điểm. Nhưng thực tế một vật rắn là vật có kích thước đáng kể và không bị biến dạng, không chỉ chuyển động tịnh tiến mà còn có cả chuyển động quay. Chương này ta sẽ nghiên cứu về vật rắn có kích thước đáng kể và điều kiện cân bằng của nó. – Điều kiện cân bằng của một chất điểm là gì ? – Nếu chất điểm chịu hai lực tác dụng thì hai lực đó phải thỏa mãn điều kiện gì để chất điểm cân bằng ? GV dùng lực kế móc vào một chiếc hộp hình chữ nhật dựng thẳng đứng với hai lực có độ lớn như nhau, nhưng đặt tại các vị trí khác nhau sao cho có lúc thì chiếc hộp đứng yên, có lúc thì chiếc hộp bị đổ. Vậy điều kiện cân bằng của một vật rắn là gì ? Muốn biết điều đó chúng ta nghiên cứu bài : Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực. Trọng tâm. Hoạt động 2. Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn khi vật rắn chịu hai lực tác dụng HS thảo luận theo nhóm, đại diện nhóm trả lời. – Hai lực tác dụng vào chất điểm phải cân bằng: Cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. – Nếu vật rắn chịu hai lực tác dụng thì hai lực đó phải thỏa mãn điều kiện gì để vật rắn cân bằng ? Định hướng của GV : – Nếu hai lực cùng phương như hình vẽ dưới đây thì vật rắn có cân bằng không ? (GV vẽ hình lên bảng). – Trường hợp như hình vẽ thì vật rắn không cân bằng. Muốn vật rắn cân bằng thì hai lực tác dụng phải nằm trên cùng một đường thẳng. – Muốn vật rắn cân bằng thì các lực tác dụng lên vật phải thoả mãn điều kiện gì ? – Điều kiện cân bằng của vật rắn khi vật rắn chịu hai lực tác dụng là : Hai lực tác dụng cùng giá, ngược chiều và cùng độ lớn. – Phương án kiểm tra : sử dụng vật rắn là một miếng bìa hoặc gỗ, dùng hai lực kế tác dụng vào vật rắn để đọc độ lớn lực tác dụng vào vật, phương của lực trùng với phương của lực kế, chiều của lực là chiều kéo của lực kế. – Tác dụng vào vật thông qua sợi dây chỉ. HS quan sát để rút ra kết luận. – Gọi đường thẳng chứa vectơ lực là giá của lực thì điều kiện cân bằng của vật rắn chịu hai lực tác dụng là gì ? – Kiểm tra điều kiện trên bằng cách nào ? Hãy thảo luận và đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra ? – Dùng lực kế tác dụng thế nào vào vật rắn để quan sát phương của lực được rõ ràng hơn ? Thông báo : khi tác dụng lực thông qua sợi dây chỉ thì phương của lực cùng phương với sợi dây chỉ, như vậy, nhìn vào phương của sợi dây chỉ có thể biết được phương của lực. – GV tiến hành thí nghiệm. – Từ kết quả thí nghiệm ta thấy dự đoán là đúng. A B C HS tiếp thu, ghi nhớ. Có thể học sinh bế tắc. – Móc lực kế thứ hai vào điểm B và kéo tương tự như trên. HS quan sát và rút ra kết luận : Tác dụng của một lực lên một vật rắn không thay đổi khi lực đó trượt trên giá của nó. GV thông báo điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu hai lực tác dụng. – Tác dụng của lực vào vật rắn có thay đổi không nếu ta cho lực đó trượt trên giá của nó ? – Có thể dùng thí nghiệm trên để kiểm tra được không ? – Quan sát trên hình vẽ ta thấy ba điểm A, B, C thẳng hàng và cùng nằm trên giá của hai lực tác dụng vào vật rắn, có thể cho một lực trượt trên giá của nó bằng cách nào ? GV tiến hành thí nghiệm. Hoạt động 3. Xây dựng khái niệm trọng tâm của vật rắn và tìm cách xác định trọng tâm của vật rắn phẳng mỏng HS thảo luận nhóm và có thể bế tắc. – Tác dụng lực vào khúc gỗ hoặc miếng bìa cứng rồi quan sát giá của lực. – Buộc sợi dây chỉ vào vật và kéo vật theo các phương khác nhau, khi đó giá của lực trùng với sợi dây chỉ. HS quan sát để rút ra kết luận : Một vật rắn đang đứng yên nếu chịu tác dụng lực thì vật có thể chuyển động tịnh tiến. – Một vật rắn đang đứng yên nếu chịu tác dụng lực thì vật có thể chuyển động tịnh tiến không ? Nếu có thì giá của lực phải như thế nào ? – Để trả lời được câu hỏi trên ta phải tiến hành thí nghiệm như thế nào ? – Nếu ta dùng khúc gỗ làm thí nghiệm thì việc quan sát giá của lực gặp khó khăn. Vì vậy ta dùng tấm bìa cứng để làm thí nghiệm. Tuy nhiên để đánh dấu giá của lực một cách dễ dàng ta phải tác dụng lực thế nào ? Gợi ý : sử dụng dụng cụ phát hiện phương của lực tương tự như trên. GV tiến hành thí nghiệm. Thông báo : Giá của các lực làm vật chuyển động tịnh tiến cắt nhau tại một điểm. – HS 1 : Có thể chuyển động tịnh tiến. – HS 2 : Không thể chuyển động tịnh tiến. HS quan sát. HS tiếp thu, ghi nhớ. – Thảo luận nhóm, trả lời : Thả vật rơi tự do thì vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, quan sát xem vật có chuyển động tịnh tiến không. HS quan sát để rút ra kết luận : Chuyển động của quyển sách khi rơi tự do chuyển động tịnh tiến vì vậy giá của trọng lực đi qua điểm G. Trọng lực luôn có phương thẳng đứng do đó điểm đặt của trọng lực trùng với G. HS tiếp thu, ghi nhớ. – Gọi G là giao điểm của giá của các lực làm vật chuyển động tịnh tiến. Nếu ta tác dụng một lực bất kì có giá đi qua điểm G thì vật có chuyển động tịnh tiến không ? GV tiến hành thí nghiệm kiểm tra. – Vậy mỗi vật rắn có một điểm G nhất định. Lực tác dụng chỉ gây ra cho vật chuyển động tịnh tiến nếu giá của lực đi qua điểm G của vật. – Một vấn đề đặt ra là : Trọng lực tác dụng vào vật thì giá của trọng lực có đi qua điểm G không ? Hay nói cách khác điểm G có phải là điểm đặt của trọng lực không ? Làm thí nghiệm thế nào để kiểm tra ? GV tiến hành thí nghiệm (thả rơi quyển sách). Thông báo : Người ta gọi G là trọng tâm của vật rắn và có định nghĩa như sau : Trọng tâm của vật rắn là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật. Lực tác dụng chỉ có thể gây ra chuyển động tịnh tiến nếu giá của lực đi qua trọng tâm của vật. – Trọng tâm của vật trùng với tâm đối xứng của vật đó. Có thể HS bế tắc hoặc sẽ thiết kế được phương án xác định trọng tâm của vật rắn phẳng, mỏng dưới sự hướng dẫn của GV : Treo vật rắn đó tại một điểm A bằng sợi dây mềm và xác định giá của trọng lực thông qua sợi dây ta được đoạn AA', tiếp tục treo vật rắn tại điểm B và xác định giá của trọng lực ta được đoạn BB'. Giao của AA' và BB' là trọng tâm G của vật rắn. B' A' A B G – Đối với những vật rắn đồng chất có dạng hình học thì trọng tâm có trùng với tâm đối xứng của vật không ? – Nếu có một vật rắn phẳng, mỏng (như hình vẽ) thì có cách nào khác để xác định trọng tâm của vật ? A B Định hướng của GV : – Có thể dùng cách treo vật để xác định trọng tâm của vật rắn không ? – Khi treo vật thì giá của trọng lực như như thế nào so với dây treo ? – Nếu treo vật ở hai vị trí khác nhau ta xác định giá của trọng lực trong hai lần treo đó, qua đó có thể xác định trọng tâm của vật rắn không ? – Dây dọi gồm một vật nhỏ treo vào một đầu của sợi dây mềm, khi đó dây treo có phương thẳng đứng. Để vật nhỏ cân bằng thì trọng lực P của vật cân bằng với lực căng T của dây treo. Vậy có thể xác định phương thẳng đứng thông qua phương của dây treo đó. – ở trên ta sử dụng tính chất của trọng lực tác dụng lên vật có phương thẳng đứng và dây treo để xác định trọng tâm của vật rắn. Tương tự như vậy, trong xây dựng người ta dùng dây dọi để xác định phương thẳng đứng. (GV đưa dây dọi cho HS quan sát). – Cấu tạo của dây dọi ? Dây dọi sử dụng như thế nào ? Giải thích. Hoạt động 4. Tìm hiểu các dạng cân bằng Kết quả : – Chiếc bật lửa bị đổ. – Con lật đật trở về vị trí ban đầu. – Quả bóng cân bằng ở vị trí mới. GV làm thí nghiệm đẩy chiếc bật lửa dựng đứng, con lật đật và quả bóng đặt trên mặt bàn lệch khỏi trạng thái cân bằng. – Nhận xét kết quả thí nghiệm ? GV sử dụng hình vẽ sau : b) Bền a) Không bền c) Phiếm định – Ta thấy các trạng thái cân bằng có dạng khác nhau, tên gọi từng dạng như thế nào và giải thích nguyên nhân có sự khác nhau của các dạng cân bằng. – Viên bi không tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu được. – Vật ở trạng thái cân bằng có vị trí trọng tâm cao nhất. – Quan sát hình vẽ a) : Nếu viên bi lệch khỏi vị trí cân bằng thì viên bi có tự quay trở về trạng thái cân bằng ban đầu được không ? GV thông báo khái niệm cân bằng không bền. – Nguyên nhân nào gây nên trạng thái cân bằng không bền của vật ? Gợi ý : ở trạng thái cân bằng không bền trọng tâm của vật ở vị trí như thế nào so với các vị trí khác của nó ? – Viên bi không tự trở về trạng thái cân bằng ban đầu được. – Vì vật ở trạng thái đó thì có vị trí trọng tâm thấp nhất nên cân bằng. – Đối với trường hợp b) : Nếu viên bi lệch khỏi vị trí cân bằng thì viên bi có tự quay trở về trạng thái cân bằng ban đầu được không ? GV thông báo khái niệm cân bằng bền. – Nguyên nhân nào gây nên dạng cân bằng bền ? – Độ cao trọng tâm của vật không thay đổi khi vật bị lệch khỏi vị trí ban đầu. – Do cân bằng phiếm định có độ cao trọng tâm không đổi. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Đối với trường hợp c) : Độ cao của trọng tâm của vật có thay đổi không khi vật bị lệch ra khỏi vị trí ban đầu ? GV thông báo khái niệm cân bằng phiếm định. – Nguyên nhân nào gây nên dạng cân bằng phiếm định ? GV thông báo các đặc điểm của các trạng thái cân bằng. Hoạt động 5. Tìm điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế G Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Trong thực tế ta còn thấy những vật tiếp xúc với vật đỡ bằng cả một đáy như quyển sách đặt trên mặt bàn, hòm gỗ đặt trên mặt bàn Khi ấy mặt đáy của vật là mặt chân đế. Vậy thế nào là mặt chân đế ? GV thông báo : Mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các điểm tiếp xúc với mặt đỡ. – Những vật chỉ tiếp xúc với mặt đỡ bằng một số điểm thì mặt chân đế lúc này là hình gì ? Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là gì ? Định hướng của GV : – Quan sát hình vẽ, trường hợp nào vật rắn sẽ nằm cân bằng ? Tại sao ? – Phân tích các lực tác dụng vào vật rắn ? – Muốn vật rắn nằm cân bằng thì trọng trọng lực tác dụng vào vật và phản lực của giá đỡ nằm ngang tác dụng lên vật rắn là hai lực trực đối, muốn vậy giá của trọng lực phải đi qua điểm nào ? Gợi ý : chú ý đến mặt chân đế của vật. – Vì phản lực của giá đỡ nằm ngang bao giờ cũng đặt lên vật rắn ở diện tích tiếp xúc (hoặc ở chân mặt chân đế), để vật rắn nằm cân bằng thì đường thẳng đứng vẽ từ trọng tâm G phải đi qua mặt chân đế. Nếu không, thì trọng lực tác dụng lên vật và phản lực của giá đỡ không thể trực đối được. Thông báo : Vậy điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế là đường thẳng đứng qua trọng tâm của vật gặp mặt chân đế. Hoạt động 6. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực ? – Tại sao nói lực tác dụng lên vật rắn là vectơ trượt ? – Trọng tâm của vật rắn là gì ? – Nêu điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế ? Bài tập về nhà : – Làm các bài tập trong SGK. – Ôn lại quy tắc hình bình hành hợp hai lực tác dụng lên cùng một chất điểm. Bài 27 Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực Không song song I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Xây dựng được quy tắc hợp lực của hai lực đồng quy và phát biểu được quy tắc đó. – Biết cách suy luận dẫn đến điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song. – Đề xuất được phương án thí nghiệm minh họa. 2. Về kĩ năng – Vận dụng điều kiện cân bằng để giải được một số bài tập. – Rèn luyện cho HS cách suy luận chặt chẽ. II – Chuẩn bị Giáo viên – Bộ thí nghiệm tổng hợp lực và vật rắn hình vành khăn đồng chất. Học sinh – Ôn lại quy tắc hợp lực của hai lực tác dụng lên một chất điểm. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Cá nhân trả lời câu hỏi và nhận thức được vấn đề của bài học. – Phát biểu quy tắc tổng hợp lực đã được học ở chương II ? – Trong chương trước chúng ta coi vật như một chất điểm và hai lực tác dụng vào vật coi như đặt vào một điểm, hợp lực của chúng được xác định bằng quy tắc tổng hợp lực ở trên. Trong chương này ta xét vật rắn có kích thước đáng kể và hai lực tác dụng vào vật đặt ở hai điểm khác nhau nhưng giá của chúng gặp nhau tại một điểm, hai lực như vậy gọi là hai lực đồng quy. Hợp lực của chúng được xác định thế nào ? Muốn biết điều đó chúng ta học bài : Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song. Hoạt động 2. Tìm hợp lực của hai lực đồng quy HS thảo luận theo nhóm để tìm hợp lực. Đại diện nhóm trả lời. I A B – Tìm hợp lực của hai lực và tác dụng lên cùng một vật rắn, có giá gặp nhau tại một điểm I (hai lực đồng quy) như hình vẽ ? Để tổng hợp hai lực đồng quy ta làm như sau : – Trượt hai lực trên giá của chúng cho tới khi điểm đặt của hai lực là điểm I. – áp dụng quy tắc hình bình hành, tìm hợp lực của hai lực cùng đặt lên điểm I : I Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Định hướng của GV : – Có thể sử dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực được không ? Nếu được thì hai lực phải có điểm đặt thế nào ? – Thông báo : Muốn sử dụng quy tắc hình bình hành thì hai lực và phải cùng một điểm đặt, ta có thể sử dụng tính chất : tác dụng của một lực lên một vật rắn không thay đổi khi lực đó trượt trên giá của nó để làm cho hai lực có cùng điểm đặt. Đó chính là quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy. I A B – không phải là hợp lực cần tìm vì khi dịch chuyển lực như vậy thì tác dụng của lực sẽ thay đổi, dẫn đến hợp lực của nó thay đổi. – Nếu vẽ vectơ lực song song và có độ lớn bằng từ điểm gốc B của lực và vẽ thì lực có phải là hợp lực cần tìm không ? Tại sao ? Thông báo : Vậy chỉ có thể tổng hợp hai lực không song song thành một lực duy nhất khi hai lực đó đồng quy. Hai lực đồng quy thì cùng nằm trên một mặt phẳng nên còn gọi là hai lực đồng phẳng. Hoạt động 3. Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song – Lực phải là hợp lực của hai lực và . – Khi đó lực và phải là hai lực trực đối. Nghĩa là : Giả sử vật rắn cân bằng dưới tác dụng của ba lực ,,. Nếu thay thế hai lực và bằng một lực thì lực có quan hệ như thế nào với hai lực và ? Và lực có quan hệ như thế nào với lực ? – Hai lực và phải đồng quy. Định hướng của GV : – Khi thay thế hai lực và bằng một lực thì khi đó coi như vật chịu mấy lực tác dụng ? Điều kiện để vật rắn cân bằng khi đó là gì ? Hai lực và muốn có hợp lực thì chúng phải thỏa mãn điều kiện gì ? – Ba lực , , phải đồng phẳng và đồng quy và cần có điều kiện : . Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Ba lực ,, phải thỏa mãn điều kiện gì để vật rắn nằm cân bằng ? GV thông báo điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song. Muốn có điều đó đòi hỏi ba lực phải đồng phẳng và đồng quy. HS thảo luận nhóm để đề xuất phương án thí nghiệm. – Dùng ba lực kế tác dụng vào vật rắn ba lực sao cho vật rắn nằm cân bằng, quan sát xem ba lực tác dụng có đồng phẳng và đồng quy không. – Đọc số chỉ trên lực kế để kiểm tra xem hợp lực của hai lực có cân bằng với lực thứ ba không. – Coi trọng lực tác dụng vào vật rắn là lực thứ ba. Dùng hai lực kế tác dụng vào vật rắn thông qua hai sợi dây chỉ, treo hai lực kế lên, quan sát xem giá của ba lực có đồng phẳng không. – Hãy thiết kế một phương án thí nghiệm để kiểm tra điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của ba lực không song song ? Định hướng của GV : – Mỗi vật rắn luôn chịu tác dụng của trọng lực, ta có thể coi trọng lực tác dụng vào vật rắn là lực thứ ba không ? Nếu được thì phải bố trí thí nghiệm như thế nào ? – Làm thế nào để xác định phương của hai lực tác dụng còn lại được dễ dàng khi phương của trọng lực là không đổi ? – Điểm đặt của vectơ trọng lực là trọng tâm của vật rắn. Dùng bút dạ vẽ giá của hai lực xem chúng có đồng quy tại trọng tâm của vật rắn không. Đọc số chỉ trên lực kế và vẽ theo tỉ lệ lên bảng để tìm hợp lực của hai lực, so sánh độ lớn của lực tổng hợp với trọng lực tác dụng vào vật. HS quan sát và xử lí số liệu sau đó rút ra kết luận về tính chính xác của quy tắc. – Vectơ trọng lực được đặt ở điểm nào ? Làm thế nào để biết được ba lực tác dụng vào vật rắn có đồng quy hay không ? GV tiến hành thí nghiệm. Hoạt động 4. Tìm điểm đặt của phản lực của mặt phẳng nghiêng tác dụng lên vật HS thảo luận nhóm, sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả. Ta biết một vật đặt và nằm cân bằng trên MPN chịu tác dụng của phản lực của MPN lên vật, điểm đặt của phản lực ở bề mặt tiếp xúc của vật với MPN. – Điểm đặt đó có phải ở tâm của diện tích tiếp xúc không ? – Phân tích : vật chịu tác dụng của trọng lực đặt ở trọng tâm của vật, lực ma sát và phản lực . Vì vật rắn nằm cân bằng nên ba lực này phải đồng phẳng và đồng quy. Từ đó suy ra phản lực phải đặt ở giao điểm của ba lực, không phải là tâm diện tích tiếp xúc, điểm đó lệch về phía dưới của mặt phẳng nghiêng. Gợi ý : Hãy phân tích các lực tác dụng vào vật từ đó tìm điểm đặt của phản lực của MPN tác dụng vào vật ? Hoạt động 5. Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. – Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy. – Nêu điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu ba lực tác dụng không song song. Bài tập về nhà : – Làm các bài tập 1, 2, 3 SGK. – Ôn lại kiến thức về điểm chia (chia trong và chia ngoài) một đoạn thẳng theo tỉ lệ đã cho. Bài 28 Quy tắc hợp lực song song điều kiện cân bằng của một vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song I – Mục tiêu 1. Về kiến thức – Đề xuất được phương án thí nghiệm và nắm được quy tắc để tìm hợp lực của hai lực song song cùng chiều tác dụng lên một vật rắn. – Biết cách phân tích một lực thành hai lực song song trong các trường hợp cụ thể. – Biết cách suy luận dẫn đến điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song. Nắm được hệ quả của điều kiện đó. – Biết cách suy luận để tìm quy tắc hợp hai lực song song trái chiều cùng tác dụng vào vật rắn. – Có khái niệm về ngẫu lực và momen của ngẫu lực. 2. Về kĩ năng – Rèn luyện cho HS kĩ năng bố trí thí nghiệm, quan sát tỉ mỉ, chính xác và xử lí số liệu thu được. – Vận dụng các quy tắc tìm hợp lực, điều kiện cân bằng và các khái niệm để giải quyết một số bài tập đơn giản có liên quan. II – Chuẩn bị Giáo viên – Chuẩn bị bộ thí nghiệm tổng hợp hai lực song song cùng chiều bao gồm : một số quả gia trọng, dây treo, lực kế, giá móc, thước thẳng, bút dạ. – Đối với thí nghiệm ở mục 1 SGK, GV nên làm trước để xác định được số lượng các quả nặng và vị trí treo các quả nặng. Học sinh – Ôn lại kiến thức về điểm chia (chia trong và chia ngoài) một đoạn thẳng theo tỉ lệ đã cho. III – thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề Cá nhân phát biểu quy tắc và nhận thức vấn đề của bài học. – Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy ? – Nếu vật rắn chịu hai lực tác dụng song song thì hợp lực của chúng được xác định thế nào ? Khi nào vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song sẽ cân bằng ? Hoạt động 2. Xây dựng quy tắc hợp lực song song HS thảo luận nhóm và đưa ra dự đoán. Dự kiến các phương án trả lời. Phương án 1 : Hợp lực có giá song song với giá của hai lực thành phần, có độ lớn bằng tổng độ lớn hai lực thành phần. Phương án 2 : Hợp lực có giá song song với giá của hai lực thành phần. – Nếu có thể thay thế hai lực song song tác dụng lên một vật rắn bằng một lực tương đương thì lực này có quan hệ với hai lực ban đầu như thế nào ? Hay nói cách khác : lực thay thế có giá, chiều và độ lớn như thế nào ? HS thảo luận đưa ra phương án thí nghiệm. Có thể là dùng quả nặng treo vào vật rắn hoặc dùng lực kế tác dụng lực vào vật rắn. – Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm tìm hợp lực của hai lực song song tác dụng vào vật rắn ? GV chỉnh sửa, đánh giá các phương án thí nghiệm của các nhóm. GV có thể gợi ý để HS đưa ra phương án thí nghiệm như ở hình 28.1 SGK. Đặt câu hỏi : – Làm thế nào để tạo ra hai lực luôn song song ? Trong các lực đã biết thì lực nào có hướng không thay đổi ? – Dùng quả nặng treo vào hai điểm trên thước có ưu điểm gì so với việc dùng lực kế tác dụng vào thước ? Tại sao khi dùng quả nặng thì ta luôn có các lực song song ? HS quan sát và ghi lại kết quả, sau đó xử lí số liệu. Sau khi thống nhất phương án thí nghiệm, GV tiến hành thí nghiệm như ở hình 28.1 SGK. Trả lời : – Lực tổng hợp có phương và chiều cùng với phương, chiều của hai lực thành phần, độ lớn được xác định bằng biểu thức : P = P1 + P2 ; Câu hỏi định hướng của GV : – Độ lớn của lực tổng hợp quan hệ thế nào với độ lớn của hai lực thành phần ? – Lực tổng hợp có phương, chiều và độ lớn như thế nào ? – Giá của lực tổng hợp được xác định như thế nào ? (chú ý tới vị trí đặt các lực O1, O2, O). – Nếu từ O kẻ đường thẳng vuông góc tới hai giá của hai lực thành phần, gọi d1 và d2 là khoảng cách từ giá của lực tổng hợp đến giá của hai lực thành phần thì các khoảng cách này quan hệ thế nào với độ lớn của các lực thành phần ? Thông báo : Vậy giá của lực tổng hợp P chia trong khoảng cách giữa hai giá của P1 và P2 thành những đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó. Cá nhân suy nghĩ, trả lời. Phát biểu một cách tổng quát cách xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều F1 và F2 tác dụng vào vật rắn ? GV thông báo nội dung quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều. – Ta có thể tìm hợp lực của hai lực song song được một lực, tiếp tục tổng hợp lực đó với các lực khác, cứ như vậy cho đến khi tìm được hợp lực của tất cả các lực. – Hợp lực tìm được sẽ là một lực song song và cùng chiều với các lực thành phần và có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực thành phần. – Nếu vật rắn chịu tác dụng của nhiều lực song song cùng chiều thì hợp lực của chúng được xác định như thế nào ? Hợp lực đó có đặc điểm gì ? – Điểm đặt của trọng lực là điểm đặt của hợp các trọng lực của các phần tử nhỏ. Điểm đặt đó gọi là trọng tâm của vật rắn. O2 O1 O G – Trọng lực P tác dụng vào vật rắn được phân tích thành hai thành phần song song cùng chiều, hai thành phần đó tác dụng lên giá đỡ của vật rắn hai lực , tại hai vị trí O1, O2 (hình vẽ). Vì OO1 F2. – Một vật rắn được liên kết chặt chẽ từ nhiều phần tử nhỏ khác, mỗi phần chịu một trọng lực tác dụng, khi đó trọng tâm của vật rắn được xác định như thế nào ? Gợi ý : Trọng lực của vật rắn là hợp lực của trọng lực nhỏ đó. – Nếu vật rắn chịu tác dụng của một lực thì có thể phân tích thành hai lực song song, cùng chiều được không ? Nếu được hãy phân tích lực tác dụng của vật rắn thành hai lực thành phần song song cùng chiều lên giá đỡ ? Độ lớn của hai lực thành phần có đặc điểm gì ? Theo quy tắc hợp lực song song HS tính được : GV yêu cầu HS làm bài tập vận dụng ở SGK. Thông báo : Có rất nhiều cách phân tích một lực đã cho. Trong từng bài toán, khi có yếu tố đã được xác định, ví dụ như điểm đặt của hai lực thành phần đã cho, thì phải dựa vào đó để chọn cách phân tích thích hợp. Hoạt động 3. Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song. Cá nhân trả lời câu hỏi. d1 d2 – Nhắc lại điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song ? – Nếu vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song (hình vẽ) thì điều kiện cân bằng là gì ? – Thay thế hai lực , bằng một lực có tác dụng giống hệt hai lực , . Lực này nằm trong mặt phẳng của hai lực , . – Để vật rắn cân bằng thì lực thay thế và lực phải là hai lực trực đối. Nghĩa là: ị ị Ba lực phải đồng phẳng. GV định hướng : Có thể thay thế hai lực , bằng một lực như thế nào ? Lực thay thế có nằm trong mặt phẳng của hai lực , không ? – Để vật rắn nằm cân bằng thì lực thay thế phải có quan hệ thế nào với lực ? – Lực có nằm trong mặt phẳng của hai lực , không ? GV thông báo điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song. – Gi