Giáo án Vật lý 10 - Tiết 29 - Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. mô men lực

Tiết 29 - BÀI 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. MÔ MEN LỰC. Mục tiêu (Sau khi học xong bài này, học sinh phải :) a/ Kiến thức: -Phát biểu được khái niệm cánh tay đòn của lực. -Trình bày được khái niệm momen lực, phân biệt momen với lực. -Phát biểu được quy tắc momen (điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định). -Vận dụng quy tắc mô men, giải thích một số hiện tượng trong đời sống hằng ngày như: cân thăng bằng, dùng búa đinh nhổ đinh, tăng giảm số ở ô tô, xe máy b/Kỹ năng: -Quan sát thí nghiệm, mô tả được thí nghiệm. -Xác định được cánh tay đòn của lực. -Vận dụng quy tắc momen giải đúng bài tập tính toán số liệu. c/ Thái độ: -Tích cực trong giờ học. -Liên hệ kiến thức vật lý với thực tiễn cuộc sống, tích cực tìm hiểu, sáng tạo. II. Chuẩn bị: Giáo viên: - Giáo án -Máy chiếu, dụng cụ thí nghiệm đĩa mô men, mô hình thí nghiệm minh họa, một số hình ảnh về nguyên tắc mô men lực. -Hệ thống bài tập củng cố kiến thức 2. Học sinh: -Máy tính cá nhân -Ôn tập kiến thức về quy tắc đòn bẩy đã được học ở lớp 7, và bài cũ. III. Tổ chức hoạt động dạy và học. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ và mở đầu bài giảng (3 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung CH1: Phát biểu quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy? CH2: Phát biểu điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song? Chiếc xe máy là một phương tiện đi lại rất quen thuộc với chúng ta. Phổ biến trong các gia đình là xe máy số. Ngày xưa chúng ta có các hộp số chỉ có thể tiến hoặc lùi, ngày nay chúng ta đã có hộp số tròn, thậm chí hộp số kép, hộp số vô cấp... để giúp cho chiếc xe hoạt động tốt nhất. ? Tại sao chúng ta lại cần hộp số? Bài hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ hơn về vấn đề này. Hoạt động 2: Tìm hiểu thí ngiệm và mô men lực (25phút). Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung -Giới thiệu và thực hiện thí nghiệm. +Dụng cụ thí nghiệm: Giá đỡ, đặc điểm của đĩa tròn A, thước đo, các quả nặng + Tiến hành: Bố trí lực F1 , F2 (hai lực có phương song song với mặt đĩa) sao cho đĩa tròn A cân bằng. +Yêu cầu học sinh nhìn lên màn hình và trả lời câu các câu hỏi: CH3: Hãy dự đoán: Lực F1 có tác dụng như thế nào đối với đĩa (Nếu chỉ có F1, đĩa sẽ chuyển động như thế nào?) -GV: Làm thí nghiệm nghiệm lại dự đoán của học sinh. CH4: Lực F2 có tác dụng như thế nào đối với đĩa (nếu chỉ có F2 đĩa sẽ chuyển động như thế nào)? GV: Chốt lại: F1 có tác dụng làm quay đĩa theo kim đồng hồ còn F2 có tác dụng làm đĩa quay ngược chiều ngược lại( ngược chiều kim đồng hồ). GV (Lặp lại thí nghiệm): Bố trí lực F1 , F2 (hai lực có phương song song với mặt đĩa) sao cho đĩa tròn A cân bằng. CH5: Vì sao đĩa cân bằng dưới tác dụng của 2 lực F1 và F2? Đĩa đứng yên vì tác dụng làm quay cùng chiều kim đồng hồ của lực F1 cân bằng với tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ của lực F2. Vậy đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng làm quay của các lực này? GV:Lặp lại thí nghiệm cho đĩa cân bằng, yêu cầu học sinh quan sát thí nghiệm trong các trường hợp và trả lời câu hỏi. CH6: So sánh độ lớn giữa F1 với độ lớn F2, và giữa d1 với d2? CH7: So sánh hai tỉ số: F1F2 và d2d1 -GV: Nhân chéo để các thành phần cùng chỉ số về cùng một bên ta có: F1.d1=F2.d2(**) Đĩa đứng cân bằng khi tác dụng làm quay của lực F1 cân bằng với tác dụng làm quay của lực F2. Khi đó F1.d1=F2.d2. CH8: Tích F.d là đại lượng đặc trưng cho tác dụng gì của lực F? Người ta tiến hành nhiều thí nghiệm khác tương tự bằng cách thay đổi độ lớn F1, F2, d1, d2 và nhận thấy Khi đĩa cân bằng thì: F1.d1=F2.d2 -Yêu cầu học sinh về nhà suy nghĩ và xây dựng các phương án thí nghiệm kiểm chứng. Người ta gọi tích số F.d là mômen của lực F đối với trục quay (kí hiệu là M )(hay gọi tắt là momen lực) trong đó: d-cánh tay đòn của lực: bằng khoảng cách từ giá của lực đến trục quay. CH9: Dựa vào SGK và kết luận về tác dụng làm của lực hãy phát biểu định nghĩa momen lực? -Công thức: Đơn vị : [M]=[F].[d]=N.m VD : Chiếu trên powerpoint Trường hợp 1: Lực F vuông góc với đòn bẩy b)Trường hơp hai: Lực F vuông góc với mặt đất.CH10: Cánh tay đòn có phải là khoảng cách từ điểm đặt của lực tới trục quay có phải là một không?. -Lắng nghe, quan sát. -Làm đĩa quay theo chiều kim đồng hồ -Làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ -Tác dụng làm quay của lực F1 và lực F2 là như nhau (cân bằng nhau). -Lắng nghe. F1>F2, F1=2F2 d2>d1, d2=2.d1.(1) F1F2 = d2d1 (*) -Được nghiệm đúng -Lắng nghe, quan sát. -Đặc trưng cho tác dụng làm quay đĩa của vật. -Đáp án A -Đáp án B -Không phải. Thí nghiệm Dụng cụ: b. Bố trí thí ngiệm Tác dụng vào đĩa các lực F1 và F2 nằm song song với mặt phẳng đĩa sao cho đĩa cân bằng. c.Dự đoán: -Lực F1 ⇒ Đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ -Lực F2 ⇒ Đĩa quay cùng chiều kim đồng hồ - F1, F2 làm đĩa cân bằng ⇒ Tác dụng làm quay đĩa của lực F1 cân bằng với tác dụng làm quay của lực F2 d. Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng làm quay đĩa. -Cánh tay đòn là khoảng cách từ giá của lực đến trục quay. -Lực d1: Cánh tay đòn của lực F1 d2: Cánh tay đòn củad1 lực F2 d2 e. Tiến hành thí nghiệm: F1=2F2, đĩa cân bằng, d2=2.d1 F1=F2, đĩa cân bằng, d1=d2 ⇒ F1.d1=F2.d2(1) Thỏa mãn ⇒ đĩa cân bằng (2) Từ (1) và (2) Tích F.d là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay đĩa. Mô men lực: -Định nghĩa: -Biểu thức: M=F.d -Đơn vị: [M]=[F].[d]=N.m Hoạt động 3: Quy tắc momen(5 phút) Giáo viên Học sinh Nội dung CH11: Dựa vào SGK và khái niệm momen lực hãy phát biểu quy tắc momen lực (hay điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định). CH12: Nếu vật chịu tác dụng của 3 lực trờ lên thì điều kiện để đĩa cân bằng là gì? (Cho HS xem hình vẽ Powerpoint) -Cho HS xem hình đĩa chịu tác dụng của 2 lực F1 và F2. Đĩa có xu hướng quay theo chiều nào? -Cho HS xem hình đĩa chịu tác dụng của 2 lực cũng có xu hướng làm đĩa quay chiều ngược lại. ?Điều kiện cân bằng của đĩa -GV: M1+M2=M3 Hay F1.d1+F2.d2=F3.d3 -Cùng chiều kim đồng hồ -Quay ngược chiều kim đồng hồ. -Tổng mô men của lục F1, và F2 cân bằng với momen của lực F3 3. Quy tắc mô men. -Quytắc: Mc= Mn Mc: Mômen làm vật quay theo chiều kim đòng hồ Mn: Momen làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. Hoạt động 4: Củng cố.Vận dụng.(15phút) Giáo viên Học sinh Nội dung -Trình chiếu hình vẽ mô tả hộp số xe máy. -Hộp số gồm 2 trục có các bánh răng có bán kính khác nhau. Gạt số chính là động tác chuyển các bánh răng khác nhau ở hai trục khớp với nhau. ? Dựa vào những kiến thức đã học trong bài, giải thích vai trò của hộp số trong động cơ xe máy? Tại sao khi khởi động hoặc xe lên dốc, cần đi xe ở số thấp? VD1:(Powerpoint vẽ hai người đẩy cửa). Dựa vào nguyên tắc mô men hãy lý giải tình huống đẩy cửa ? VD2: Một người nâng một tấm gỗ đồng chất, tiết diện đều, có trọng lượng P =200. Người ấy tác dụng một lực F vào đầu trên của tấm gỗ để giữ cho nó hợp với mặt đất 1 góc α = . Tính độ lớn của lực trong 2 trường hợp: a/ Lực vuông góc với tấm gỗ. b/ Lực hướng thẳng đứng lên trên GV:Giới thiệu hiện tượng “mâm quay”. VD3: Nguyên nhân làm mâm quay (giải thích) a. Tác động của điện từ trường(điều khiển từ xa) b. Tác động của lực sinh học c. Tác động của mômen lực (do lực có phương tiếp tuyến với mặt mâm) d. Tác động của sức mạnh siêu hình hay cõi giới tâm linh. -Khi khởi động hoặc lên dốc, cần lực mạnh=> Cánh tay đòn của lực nhỏ. Cần dịch chuyển bánh răng của trục nối từ động cơ khớp với bánh răng nhỏ trên trục nối với bánh xe. -Xác định trục quay Lực, các cánh tay đòn So sánh các mômen và rút ra nhận xét, giải thích a/(Xác định các lực, cánh tay đòn của các lực) Áp dụng quy tắ mô men ta có: F.l=P.l/2.cos F=P.√3/4=200.√3/4=86.5(N). b/ Tương tự: F.l.cos =P.l/2.cos F=P/2=100(N). -Đáp án c. -Chú ý: Mô men lực áp dụng đối với cả các vật rắn có trực quay tạm thời. Hoạt động 5: Giao nhiệm vụ về nhà (2 phút) Giáo viên Học sinh Nội dung *Nhiệm vụ về nhà: Làm bài tập Sgk, sách Bài tập, làm thí nghiệm kiểm chứng, tìm hiểu thêm các tài liệu được giới thiệu,và chuẩn bị thực hành bài “Tổng hợp hai lực”. -Ghi chú D. Rút kinh nghiệm sau giờ dạy. ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................