Giáo án môn Vật lý 10 - Tiết 28: Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định, mômen lực

Ngày soạn: 26/11/09 Ngày giảng: 5&8/12/09-10D,A Tiết 28: Cân Bằng Của Vật Rắn Có Trục Quay Cố Định. Mômen Lực. I/ Mục tiêu: 1. Kiến thức - Phát biểu được định nghĩa và viết biểu thức Mômen lực - Phát biểu quy tắc Mômen lực: Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. 2. Kĩ năng: - Vận dụng khái niệm mômen lực và quy tắc mômen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thừng gặp trong đời sống kĩ thuật cũng như để giải các bài tập trong SHK và SBT. - Vận dụng phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản. 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 18.1 SGK : + Một đĩa mômen, 1 hộp gia trọng, Dây chỉ tốt, (dai không dãn) + 2 giá đỡ, Bút dạ, Thước thẳng - Tiến hành TN nhiều lần trước khi dạy để thu được các số liệu thích hợp 2. Học sinh: - Ôn lại các kiến thức về đòn bẩy ở THCS. III/ Tổ chức các hoạt động dạy học : Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Đặt câu hỏi cho học sinh trả lời - Nêu điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song? - Nêu quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy? Nhận xét và cho điểm Cá nhân suy nghĩ và trả lời câu hỏi Nhận xét câu trả lời của bạn Tiếp thu các chỉnh sửa của GV Hoạt động 2: Xét tác dụng của lực với vật có trục quay cố định Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản *ĐVĐ: Ta biết rằng khi tác dụng lực lên một vật có thể làm cho vật thay đổi vận tốc (chuyển động có gia tốc). Xét trường hợp vật chỉ có thể quay xung quanh một trục cố định như cánh cửa, bánh xe ... Khi có một lực tác dụng lên vật thì vật sẽ chuyển động như thế nào? - GV giới thiệu bộ TN đĩa Mômen chỉ rõ trục quay của đĩa đi qua trọng tâm G nên trọng lực bị khử bởi phản lực của trục quay và do đó đĩa luôn cân bằng ở tại mọi vị trí. ? Hãy nêu phương án TN và tiến hành TN xét xem lực tác dụng vào đĩa có tác dụng làm cho đĩa NTN? - Nhận xét gì về kết quả thu được? - Khi nào thì vật có tác dụng làm vật quay? *Nêu vấn đề: Ta thấy rằng tác dụng làm quay của các lực ,đố với đĩa là ngược nhau. Vậy ta có thể tác dụng đồng thời vào đĩa để vật không thể quay được không? - Hãy tìm vị trí điểm đặt, giá và độ lớn của ,để đĩa đứng yên, giải thích sự cân bằng của đĩa khi đó? Cá nhân tiếp thu các vấn đề cần nghiên cứu -Học sinh thảo luôn để đưa ra các phương án TN *Có thể là: Lần lượt treo các quả cân về hai phía của đĩa để tạo ra các lực , rồi thả nhẹ tay và nhận xét tác dụng của từng lực. đại diện các nhóm tiến hành TN theo SGK =>NX: Lực làm đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ - Cá nhân tiếp thu và thực hiện các yêu cầu của GV GT: Đĩa đứng yên là do tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực I- Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Mômen lực. 1. Thí nghiệm - Dụng cụ: - Bố trí: - Tiến hành: Kết luận: Trường hợp vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm vật quay. * Vật đứng yên là do tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực Hoạt động 3: Xây dựng khái niêm mômen lực Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Đại lượng vật lí nào đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực? Đại lượng vật lí này có giá trị như thế nào đối với 2 lực và trong TN trên? Gợi ý: - Xét xem tác dụng làm quay có phụ thuộc vào độ lớn của lực và vị trí giá của lực không? ? Đo khoảng cách từ trục quay đến giá của lực? - Hãy đưa ra phương án TN để kiểm tra dự đoán trên. - Khoảng cách từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực GV đưa ra khái niệm mômen lực. Thảo luận nhóm để tìm câu trả lời - So sánh: F1= 3F2; d2=3d1 - Nếu lập tích F.d thì ta có F1.d1=F2.d2 Dự đoán: Tích của lực và khảng cách từ trục quay đến giá của lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực. Thảo luận nhóm làm TN để kiểm chứng Có thể: Thay đổi phương của các lực nhưng giữ nguyên độ lớn và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực thì đĩa vẫn cân bằng - Thay đổi đồng thời độ lớn của các lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực sao cho tích của chúng không đổi thì đĩa vẫn cân bằng. - Thay đổi tích của lực và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực: + Nếu F1d1> F2d2 thì đĩa quay theo chiều kim đồng hồ + Nếu F1d1< F2d2 thì đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. * Học sinh tiếp thu và ghi nhớ 2. Mô men lực: a) Định nghĩa: Mômen lực đối với trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó b) Biểu thức: M= F.d (1) Đơn vị: (N.m) Hoạt động 4: Tìm hiểu quy tắc Mômen lực Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hãy sử dụng khái niệm mômen lực để phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định? Nếu trong trường hợp vật chịu tác dụng của 3 lực trở lên thì điều kiện cân bằng của vật được phát biểu NTN? GV bố trí TN với hai lực ,có tác dụng làm đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. Yêu cầu học sinh xác định lực F3 và mô men lực - Thông báo quy tắc mômen lực. - Phạm vị ứng dụng của quy tắc mômen lực còn được mở rộng trong cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời xuất hiện trong một tình huống cụ thể nào đó VD minh hoạ: Cá nhân đọc SGK và phát biểu quy tắc mômen lực Học sinh thảo luận dựa vào quy tắc mômen lực, xác định phải có mômen thoả mãn điều kiện: M3= M1+M2 Hay: F3d3= F1d1+F2d2 Trả lời câu hỏi C1 II. Điều kiện cân bằng ủa một vật có trục quay cố định (hay quy tắc mômen lực) 1. Quy tắc: (SGK) 2. Chú ý: - Phạm vị ứng dụng của quy tắc mômen lực còn được mở rộng trong cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời xuất hiện trong một tình huống cụ thể nào đó Trả lời câu hỏi C1: Viết quy tắc mômen lực cho chiếc cuốc chim đứng cân bằng. Hoạt động 5 (5’) Vận dụng củng cố Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Mômen lực đối với trục quay là gì? - Khi nào lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định làm cho vật quay? - Viết biểu thức tính mômen lực? Giải thích các đại lượng có mặt trong biểu thức - Phát biểu điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định (quy tắc mômen lực) Cá nhân thực hiện theo yêu cầu của GV, trả lời câu hỏi. Hoạt động 6 ( 2’) giao nhiệm vụ về nhà Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Giao nhiệm vụ ở nhà cho học sinh: - Làm các bài tập: 4,5 trong SGK - Đọc trước bài: Quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều Nhận NV về nhà - Nắm toàn bộ bài - Làm các bài tập: 4,5 trong SGK - Đọc trước bài: Quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều