Giáo án môn Vật lý 10 - Tiết 27: Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của ba lực không song song

Ngày soạn:26/11/09 Ngày giảng: 03/12/09-10A 05/12/09-10D Chương III: Cân Bằng và Chuyển Động Của Vật Rắn Tiết 27: Cân Bằng Của Một Vật Chịu Tác Dụng Của Hai Lực và Của Ba Lực Không Song Song I/ Mục tiêu: 1. Kiến thức - Nêu được định nghĩa của vật rắn và giá của lực - Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy. - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của 3 lực không song song. - Nêu được phương pháp xác định trong tâm của vật mỏng bằng phương pháp thực nghiệm. 2. Kĩ năng: - Vận dụng được các điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực và của 3 lực không song song để giải các bài tập trong SGK và trong SBT 3. Thái độ - Giáo dục ý thức tự giác, ham học hỏi, khám phá các hiện tượng vật lí cho HS. II / Chuẩn bị: 1. Giáo viên: - Các TN theo hình 17.1 ; 17.3 ; 17.4 SGK - Các tấm mỏng phẳng, (bìa, nhựa cứng ...) theo hình 17.5 SGK 2. Học sinh: - Ôn lại các kiến thức cân bằng của chất điểm, quy tắc hình bình hành. III/ Tổ chức các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Nhận thức vấn đề của bài học Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS * GV đặt vấn đề: - Từ trước tới 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 chịu tác dụng của 2 lực là gì? - Vậy điều kiện cân bằng của một vật rắn là gì? Muốn biết điều đó chúng ta cần tìm hiểu VĐ: Cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của hai lực. Trọng tâm. - HS thảo luận nhóm, đại diện nhóm trả lời. - Cá nhân trả lời 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. Hoạt động 2: Tìm hiểu về định nghĩa về vật rắn, giá của lực Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Nội dung kiến thức Thông báo cho Hs các khái niệm mới: - Vật rắn là gì? Ví dụ? - Giá của lực? - Yêu cầu học sinh lên bảng vẽ giá của lực trong vài trường hợp. ? khi biểu diễn các lực tác dụng lên vật rắn thì có gì khác so với ở chất điểm? * Tác dụng của lực đối với vật rắn sẽ không thay đổi khi ta di chuyển véc tơ lực trên giá của nó. Đối với vật rắn thì điểm đặt của lực không quan trọng bằng giá của lực. Cá nhân tiếp thu ghi nhớ Thực hiện yêu cầu của GV - Nêu k/n vật rắn và lấy ví dụ. - Nêu k/n giá của lực. Lên bảng vẽ hình - Dựa vào khái niệm vật rắn suy nghĩ trả lời: Với vật rắn vì có KT lớn nên các lực tuy tác dụng vào vật nhưng có thể không cùng điểm đặt. I. Vật Rắn 1. Vật rắn: Là những vật có kích thước đáng kể và hầu như không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực 2. Giá của lực Là đường thẳng mang véc tơ lực Hoạt động 3: Tìm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Nội dung kiến thức ? Nhắc lại điều kiện cân bằng của một chất điểm? ĐVĐ: Với vật rắn thì điều kiện cân bằng có gì khác so với một chất điểm. trước tiên ta xét vật rắn chịu tác dụng của hai lực - Giới thiệu bộ TN như trong SGK: + Dụng cụ Tn + Bố trí TN + Cách tiến hành TN + Kết quả * Những lưu ý khi tiến hành TN + Vật phải nhỏ để bỏ qua trọng lực. + Vai trò của dây vừa phải để truyền lực tác dụng vừa để cụ thể hoá giá của lực ? Yêu cầu hoàn thành câu hỏi C1 - Nhận xét gì về phương của hai dây khi vật đứng yên? - Nhận xét độ lớn của hai lực (thông qua độ lớn của hai trọng lực và ) - Yêu cầu HS phát biểu điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực? Cá nhân suy nghĩ trả lời câu hỏi của GV Nhận thức vấn đề cần nghiên cứu - HS quan sát TN và nhận xét - TL C1. * TL: Khi vật đứng yên thì phương của hai dây cùng nằm trên một đường thẳng - Hai lực tác dụng vào vật có độ lớn bằng nhau. - Cá nhân phát biểu ĐKCB II. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực 1. Thí nghiệm - Dụng cụ: - Bố trí TN (như hình vẽ) - Tiến hành: - Kết quả: Vật đứng yên nếu 2 trọng lượng P1 và P2 bằng nhau và nếu 2 dây cùng nằm trên một đường thẳng - Hai dây cụ thể hoá 2 giá của hại lực và 2. Điều kiện cân bằng Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. (1) Hoạt động 4: X/đ trọng tâm của một vật mỏng, phẳng có trọng lượng bằng thực nghiệm Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Nội dung kiến thức *ĐVĐ: Như chúng ta đã biết trọng tâm là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật. Vậy trọng tâm của một vật được xác định NTN? - Định hướng của GV: Vật đã chịu tác dụng của một lực là trọng lực , ta tác dụng thêm một lực sao cho vật cân bằng khi đó giá của hai lực này trùng nhau, trọng tâm của vật phải nằm trên giá đó. - GV giao cho các nhóm các tấm phẳng mỏng (bìa b, nhựa ..) - Yêu cầu dựa vào phương án đã nêu, hãy xác định trong tâm G của vật của các tấm đó. NX vị trí này có gì đặc biệt? ? C2: Trọng tâm của thước dẹt ở đâu? Nhận thức vấn đề cần nghiên cứu. - Thảo luận nhóm và giữa các nhóm tìm phương án thích hợp, khả thi. - Các nhóm tiến hành TN và rút ra NX: với các vật có dạng hình học đối xứng thì trọng tâm nằm ở tâm đối xứng của vật TL C2: trọng tâm đặt vào vị trí ngón tay giữ thước cân bằng. 3. Cách xác định trọng tâm của một vật phẳng mỏng bằng phương pháp thực nghiệm Hoạt động 5: Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 3 lực không song song Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản * Hãy thiết kế một p/án thí nghiệm để kiểm tra điều kiện cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của ba lực không song song? - Đinh 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 trong lực là không đổi? - 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 ? * Ba lực , , phải thoả 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: ++= * Lưu ý: 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 cân bằng 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. - HS quan sát và sử lí số liệu sau đó rút ra kết luận. - Trả lời câu hỏi của GV. + Lực phải là hợp lực của và + khi đó lực và phải là hai lực trực đối. Nghĩa là: = - = + +Hai lực và phải đồng quy +Ba lực , , phải đồng phẳng và đồng quy và cần có điều kiện: -=+ . - Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. III. Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song 1) Thí nghiệm: 2) Điều kiện cân bằng: (Qui tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy) - Ba lực , , phải đồng phẳng và đồng quy và: -=+ *Quy tắc: (sgk) * Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 3 lực không song song + + = 0 Hoạt động 6: vận dụng củng cố Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản VD: Giới thiệu TN SGK Yêu cầu học sinh đọc và tóm tắt vẽ hình - Xác định các lực tác dụng lên vật? - Để tổng hợp 3 lực ta làm NTN? - Nêu điều kiện cân bằng của vật? Bài 6 ( trang 100) Một vật có khối lượng m =2kg được giữ yên trên một mặt phẳng nghiêng bởi một sợi dây song song với đường dốc chính . Biết góc nghiêng , g=9,8m/s2 và ma sát là không đáng kể. Hãy xác định: a) lực căng của dây. b) Phản lực của mặt phẳng lên vật. Xác định các lực tác dụng lên vật? Tìm điều kiện cân bằng của vật? - Đọc tóm tắt và vẽ hình - Vật chịu tác dụng của trọng lực ,, - Để tổng hợp 3 lực ta phải trượt 3 lực trên giá của nó đến điểm đồng quy - Vận dụng quy tắc hình bình hành để tìm hợp lực - Vận dụng điều kiện cân bằng: Xác định N, T, Yêu cầu tóm tắt đầu bài và nêu hướng giải Cho: m=2kg; , g=9,8m/s2 Xác định: a) b) Vẽ hình, xác định các lực tác dụng lên vật Vật đứng yên: VD: Bài 6 ( trang 100) Từ điều kiện cân bằng: T = 9,8N N = 17N. Hoạt động 7: Giao nhiệm vụ về nhà Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Giao nhiệm vụ về nhà - Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực? - Cách xác định trọng tâm G bằng phương pháp thực nghiệm? - Tìm hiểu điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 3 lực không song song? Quy tắc hợp lực đồng quy. - Làm các bài tập trong SGK - Trả lời các câu hỏi trong SGK - Đọc trước bài: Cân bằng của một vật có trục quay cố định Nhận nhiệm vụ về nhà Đọc trước bài sau và làm bài tập cuối bài học.