Giáo án môn Vật lý 10 - Tiết 32: Chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của vật rắn

Ngày soạn:02/12/09 Ngày giảng: 15/12/09-10D 17/12/09-10A TIẾT 32: CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN. CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN I. Mục tiêu: 1. Kiến thức: - Phát biểu định nghĩa về chuyển động tịnh tiến, nêu được VD về chuyển động tịnh tiến thẳng và chuyển động tịnh tiến cong - Viết được công thức định luật II Niu-Tơn về chuyển động tịnh tiến. - Nêu được tác dụng của mômen lực đối với một vật quay quanh một trục cố định - Nêu được những yếu tố ảnh hưởng đến mômen quán tính của vật. 2. Kĩ năng: - Áp dụng định luật II Niu-Tơn cho chuyển động tịnh tiến thẳng, giải được các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự - Vận dụng được khái niệm mômen quán tính để giải thích sự chuyển động quay của vật - Củng cố kĩ năng đo thời gian và kĩ năng rút ra kết luận 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: - Bộ TN theo hình 21.4 SGK 2. Học sinh: - Ôn lại các kiến thức về momen lực. 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 - Có máy dạng cân bằng của vật rắn? - Điều kiện cân bằng của vật rắn có mặt chân đế? - Nêu định nghĩa mômen lực? Viết biểu thức tính mômen lực? - Nêu điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định 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: Làm quen với khái niệm chuyển động tịnh tiến của vật rắn Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến Thức Cơ bản - Thế nào là chuyển động tịnh tiến? Nêu thêm VD về CĐ tịnh tiến? - Người ta chia chuyển động tịnh tiến thành chuyển động tịnh tiến cong (VD chuyển động của bàn đạp V) và chuyển động tịnh tiến thẳng (VD chuyển động của ngăn bàn) - Yêu cầu hoàn thành câu hỏi C1 HS suy nghĩ và trả lời câu hỏi Tiếp thu ghi nhớ định nghĩa về chuyển động tịnh tiến Lấy thêm VD Thực hiện câu hỏi C1: Các chuyển động được mô tả đều là chuyển động tịnh tiến vì thoả mãn điều kiện trong chuyển động đường nối 2 điểm bất kì song song với chính nó. I. Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn 1. Định nghĩa: Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó dường nối hai điểm bất kì song song với chính nó Hoạt động 3: Tìm hiểu gia tốc trong chuyển động tịnh tiến Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến Thức Cơ bản Em có nhận xét gì về tính chất chuyển động của các điểm trên vật chuyển động tịnh tiến? Gia tốc của các điểm trên vật? - Khi xét chuyển động của một vật chuyển động tịnh tiến ta chỉ cần xét chuyển động của một điểm trên vật nói cách khác ta có thể coi vật như một chất điểm Gia tốc mà vật thu được xác định NTN? Học sinh thảo luận nhóm và: khi chuyển động tịnh tiến tất cả mọi điểm đều chuyển động như nhau do đó có cùng một gia tốc Dùng định luật II N để tìm gia tốc của vật 2. Gia tốc trong chuyển động tịnh tiến Coi vật như chất điểm Theo định luật II N hay (1) Trong đó: là hợp lực của các lực tác dụng lên vật m là khối lượng của vật Ta có thể chiếu vật lên hai trục Ox và Oy Ox: (2) Oy: (3) Hoạt động 4: Tìm hiểu về tác dụng của mômen lực đối với một vật quay quanh một trục cố định Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến Thức Cơ bản Đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay của một vật rắn là tốc độ góc , chứ không phải là vận tốc dài v GV giới thiệu bộ TN như hình vẽ SGK. - yêu cầu hoàn thành câu hỏi C2 Cần nêu rõ: - Ròng rọc có khối lượng không đáng kể, có thể quay không ma sát quanh một trục cố định. - Sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể - Hai vật nặng khác nhau P1 > P2 - GV bố trí và tiến hành TN - Nêu nhận xét về chuyển động của hai trọng vật và của ròng rọc? - GV giải thích hiện tượng nói rõ do tác dụng của mô men lực , mà ròng rọc thay đổi tốc độ góc của chuyển động quay - Hãy rút ra kết luận về tác dụng của mô men lực đối với một vật quay quanh một trục cố định - Ghi nhận. - Cá nhân suy nghĩ trả lời Khoảng cách từ trục quay của ròng rọc đến giá của 2 lực , đều bằng R. Khi hai vật có trọng lượng bằng nhau thì hai lực này có độ lớn bằng nhau. Do đó mô men lực bằng mô men lực do đó ròng rọc không quay - Cá nhân quan sát và NX: - Hai vật chuyển động tịnh tiến nhanh dần - Ròng dọc chuyển động quay nhanh dần II. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định 1. Đặc điểm của chuyển động quay. Tốc độ góc - Khi một vật rắn chuyển động quay quanh một trục cố định thì mọi điểm trên vật đều có cùng tốc độ góc gọi là tốc độ góc của vật - Vật quay đều thì = const - Vật quay nhanh dần thì tăng dần - vật quay chậm dần thì giảm dần 2. Tác dụng của mômen lực đối với một vật quay quanh một trục a. Thí nghiệm - Hai vật chuyển động tịnh tiến nhanh dần - Ròng dọc chuyển động quay nhanh dần b. giải thích: do tác dụng của mô men lực , mà ròng rọc thay đổi tốc độ góc của chuyển động quay c. Kết luận: Mômen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật. Hoạt động 5: Tìm hiểu khái niệm mô men quán tính Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến Thức Cơ bản GV đưa ra khái niệm momen quán tính của vật có chuyển động quay. Nói rõ vật có mômen quán tính càng lớn thì vật càng khó thay đổi tốc độ góc và ngược lại - Mômen quán tính phụ thuộc vài các yếu tố nào? Nêu phương án TN để kiểm tra dự đoán? GV NX câu trả lời của học sinh. - GV giới thiệu bộ TN như SGK Cho HS làm TN 1 SGK . yêu cầu HS ghi lại và so sánh các giá trị t1, t0 rồi rút ra kết luận về mô men quán tính của vật? Liệu mômen quán tính có phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay hay không? Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ khái niệm mới. Học sinh thảo luận đưa ra dự đoán có thể là: Mômen quán tính phụ thuộc vào khối lượng của vật. - Mômen quán tính phụ thuộc vào thể tích của vật - Trong TN hình 21.4 ta đo thời gian chuyển động t0 của vật 1 đến khi chạm sàn (C3) sau đó thay đổi khối lượng của ròng rọc còn các yếu tố khác giữ nguyên rồi lại đo thời gian chuyển động t1 của vật 1 đến khi chạm sàn (C4), nếu t1 khác t0 thì dự đoán là đúng Xảy ra hai trường hợp: - Nếu t1 <t0 thì tốc độ góc của ròng rọc tăng nhanh hơn tức là mômen quán tính nhỏ hơn và ngược lại - t1> t0 tức là khối lượng của vật phân bố xa trục quay thì vật có mômen lớn hơn. - Cá nhân trả lời: Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật trong chuyển động tịnh tiến: Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc - Mômen quán tính của vật đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật trong chuyển động quay. Vật có mômen quán tính càng lớn thì càng khó thay đổi tốc độ góc 3. Mức quán tính trong chuyển động quay a. Khi tác dụng cùng một mômen lên các vật khác nhau, tốc độ góc của vật nào tăng chạm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại b. TN c. Kết luận: Mức quán tính của một vật quay quanh một trục cố định phụ thuộc vào khối lượng của vật và vào sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay Hoạt động 6: Vận dụnh củng cố Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Kiến Thức Cơ bản Yêu cầu nhắc lại các kiến thức cơ bản Yêu cầu làm bài tập 5 SGK Học sinh đọc đầu bài và tóm tắt Yêu cầu một học sinh lên bảng - Xác định các lực tác dụng lên vật? - Viết biểu thức định luật II N? - Chiếu phương trình định luật II lên các trục toạ độ - Coi vật là chất điểm áp dụng các phương trình động học để tìm lời giải? Nhắc lại các kiến thức cb. Thảo luận, làm bài tập số 5 SGK Tóm tắt: Cho m= 40kg; F = 200N = 0,25 Tính T: a) gia tốc a b) vận tốc của vật ở cuối giây thứ 3 c) S đoạn đường vật đi được trong 3 giây đầu. Lấy g = 10m/s2 - Các lực tác dụng lên vật là: ,, và . Bài 5 SGK ( trang 114) hd giải: Chuyển động của vật là chuyển động tịnh tiến thẳng do đó có thể coi vật như một chất điểm Áp dụng định luật II N ta có: (1) Chiếu (1) lên Oy: N –P =0 (2) N = P = mg Fmst= N = mg Chiếu C (1) lên Ox: F – Fms = ma = 2,5m/s2= Vận tốc của vật ở cuối giây thứ 3 là: V = a.t = 7,5 m/s - Đoạn đường đi được trong 3 giây: = 11,2 m Hoạt động 7: Giao nhiệm vụ về nhà Hướng dẫn của Giáo viên Hoạt động của HS Giao nhiệm vụ học tập ở nhà cho học sinh Nhận nhiệm vụ học tập Làm các bài tập cuối bài Phiếu học tập Câu 1: Đối với một vật quay quanh một trục cố định câu nào sau đây là đúng: Khi không còn mômen lực tác dụng thì vật đang quay sẽ dừng lại ngay Vật quay được nhờ có mo men lực tác dụng lên nó Khi tốc độ góc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có mômen lực tác dụng lên vật Vật quay được nhờ có lực tác dụng lên nó Câu2: Mômen quán tính của một vật không phụ thuốc vào hình dạng và kích thước của vật vị trí của trục quay khối lượng của vật tốc độ góc của vật