Giáo án môn Vật lý 10 - Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định momen lực

Tiết CT: 29 BÀI 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY Ngày soạn: 26/11/2008 CỐ ĐỊNH. MOMEN LỰC Ngày dạy: I. Mục tiêu 1. Kiến thức - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực. - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (quy tắc momen lực) 2. Kĩ năng Vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải các bài tập vận dụng đơn giản. Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản. 3. Thái độ - Nghiêm túc, tích cực. - Yêu thích môn học. II. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Bộ thí nghiệm nghiên cứu tác dụng làm quay của lực như hình 18.1 SGK. 2. Học sinh - Ôn lại kiến thức về đòn bẩy đã được học ở THCS. III. Tổ chức hoạt động dạy học 1. Hoạt động 1. Kiểm tra bài cũ. Nhận thức vấn đề mới. TL Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - GV kiểm tra sĩ số lớp. - GV đặt câu hỏi kiểm tra bài cũ: + Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy. + Nêu điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song. - Ta đã biết khi tác dụng lên vật một vật có thể làm thay đổi vận tốc của vật. Xét trường hợp vật chỉ có thể quay quanh một trục cố định như bánh xe, cánh cửa, Vậy khi đó vật sẽ chuyển động như thế nào? điều kiện để vật đứng yên như thế nào? - HS ổn định. - HS trả lời các câu hỏi của GV. - HS nhận thức vấn đề mới. 2. Hoạt động 2. Tìm hiểu thí nghiệm cân bằng của một vật có trục quay cố định. TL Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh I. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực 1. Thí nghiệm NX: Lực có tác dụng làm đĩa quay theo chiều KĐH; có tác dụng làm đĩa quay ngược chiều KĐH. Đĩa đứng yên tác dụng làm quay của lực cân bằng với lực - Dùng bộ thí nghiệm giới thiệu đĩa mômen. Đĩa có thể quay quanh trục cố định. - Có nhận xét gì về vị trí trục quay của đĩa mômen? - Xét một vị trí cân bằng bất kì của đĩa, các em hãy chỉ ra các lực tác dụng lên đĩa và liên hệ giữa các lực đó? - Do đó tác dụng của trọng lực và phản lực của trục quay đĩa luôn cân bằng ở mọi vị trí. - Các lực khác tác dụng vào đĩa sẽ gây ra kết quả như thế nào? + Lực có tác dụng gì ? + Lực có tác dụng gì ? - Khi có 1 lực tác dụng lên 1 vật có trục quay cố định thì vật sẽ chuyển động như thế nào? + Lực tác dụng thế nào thì vật sẽ đứng yên? - Ta có thể tác dụng đồng thời vào đĩa 2 lực và nằm trong mặt phẳng của đĩa, sao cho đĩa vẫn đứng yên được không? Khi đó giải thích sự cân bằng của đĩa như thế nào? Đối với những vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay. Vật cân bằng khi tác dụng làm quay theo chiều KĐH của lực này bằng tác dụng làm quay ngược chiều KĐH của lực kia. - Chúng ta hãy tìm một đại lượng vật lí có thể đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực. Địa lượng này có giá trị như thế nào đối với 2 lực và trong TN trên? - Chú ý GV giới thiệu - Trục quay đi qua trọng tâm của đĩa. - Trọng lực cân bằng với phản lực của trục quay. - HS quan sát và trả lời các câu hỏi của GV. + Làm đĩa quay theo chiều kim dồng hồ. + .Làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. - Lực tác dụng làm quay đĩa quanh trục cố định đó. Đĩa có thể quay theo 2 chiều ngược nhau. + Lực có giá đi qua trục quay. - Lực có tác dụng làm đĩa quay theo chiều KĐH; có tác dụng làm đĩa quay ngược chiều KĐH. Đĩa đứng yên tác dụng làm quay của lực cân bằng với lực 3. Hoạt động 3. Xây dựng khái niệm momen lực. TL Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh 2. Momen lực Momen lực đối với một trục quay là địa lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Đơn vị là N.m Khoảng các d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực. - Ví dụ khi ta đẩy cánh cửa quay quanh bản lề, so sánh 2 trường hợp đạt tay ở 2 vị trí gần và xa trục quay thì trường hợp nào ta cảm thấy nhẹ hơn tức tác dụng làm quay lớn hơn? - Tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào yếu tố nào? Có phụ thuộc vào độ lớn của lực và vị trí giá của lực không ? - Nhận xét độ lớn của lực và . Xác định khoảng cách từ trục quay đến giá của và . - Thay đổi phương & độ lớn của để thấy được nếu vẫn giữ thì đĩa vẫn đứng yên. - Hiện tượng gì xảy ra khi và ngược lại? Làm TN kiểm chứng. - Ta có thể nhận xét gì về ý nghĩa vật lý của tích F.d? - Tích F.d gọi là mômen lực, kí hiệu là M. khoảng các d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực. - Hãy nêu định nghĩa mômen lực? Đơn vị mômen lực là gì? - Trường hợp tay đặt xa trục quay thì cửa quay dễ hơn. - Học sinh thảo luận: Phụ thuộc vào độ lớn và giá của lực. - Lực có độ lớn khác nhau. Nhận thấy: - Đĩa quay theo chiều tác dụng làm quay lớn hơn. - Tích F.d đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực - Momen lực đối với một trục quay là địa lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Đơn vị là N.m 4. Hoạt động 4. Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định. TL Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh II. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực) 1. Quy tắc Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. 2. Chú ý Quy tắc momen lực còn áp dụng cho cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời. - Từ thí nghiệm ta đã thấy để vật cân bằng thì tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ của lực này phải bằng tác dụng làm quay ngựơc chiều kim đồng hồ của lực kia. Hãy vận dụng khái niệm momen lực để phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định? - Các em phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định? - Quy tắc momen lực còn áp dụng cho cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời. - VD: Kéo nghiêng chiếc ghế và giữ nó ở tư thế đó. Trong tình huống này chiếc ghế ở trạng thái cân bằng của một vật có trục quay. Các em hãy chỉ ra trục quay và giải thích sự cân bằng của ghế? - Trường hợp: Kéo nghiêng ghế về phía khác để HS thấy trục quay cũ mất đi và xuất hiện trục quay mới. Đó là trục quay tức thời xuất hiện trogn các trường hợp cụ thể. Với các trục quay tức thời, vật cân bằng khi tác dụng của các lực thỏa mãn quy tắc momen lực - Yêu cầu HS hoàn thành yêu cầu C1. - Thảo luận nhóm rồi cử đại diện trả lời: ĐKCB của 1 vật có trục quay cố định là momen của lực làm cho vật quay theo chiều KĐH bằng với momen của lực làm cho vật quay ngược chiều KĐH. - HS phát biểu. - Quan sát VD, suy nghĩ rồi trả lời câu hỏi. Trục quay qua chân ghế tiếp xúc với mặt sàn. Momen lực của tay cân bằng với momen của trọng lực tác dụng vào ghế. - HS hoàn thành yêu cầu C1. 5. Hoạt động 5. Củng cố. Dặn dò TL Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - GV yêu cầu HS nhắc lại: Khái niệm momen, qui tắc momen. Cách xác định cánh tay đòn (cho vài ví dụ). - GV dặn dò HS: + Học bài, làm bài tập 3, 4, 5 SGK và SBT. + Chuẩn bị bài: "Qui tắc hợp lực song song cùng chiều" + Ôn lại phép chia trong và chia ngoài khoảng cách giữa hai điểm. - HS hoàn thành các yêu cầu của GV. - HS nhận nhiệm vụ học tập. IV. Rút kinh nghiệm. GVHD Duyệt Ngày ./11/2008