Giáo án Vật lý 10 - Tiết: 29: Cân bằng của một vật có trục quay cố định - Momen lực

Tiết: 29 CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH - MOMEN LỰC I. MỤC TIÊU. 1. Về kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức tính momen của lực và nêu được đơn vị đo momen của lực. - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định. 2. Về kĩ năng: - Vận dụng quy tắc momen lực để giải được các bài toán về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực. II. CHUẨN BỊ. GV: Bộ TN nghiên cứu tác dụng làm quay của lực như hình 18.1 SGK. III. HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC. 1. Ổn định lớp 2. Bài cũ. Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng? Phát biểu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy? Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì? 3. Bài mới. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Tổ chức tình huống học tập. - Điều gì sẽ xảy ra khi vật chịu tác dụng của một lực. - Xung quanh chúng ta có rất nhiều vật không thể chuyển động tịnh tiến mà chỉ có thể quay quanh 1 trục; ví dụ: quạt điện, bánh xe, quả lắc đồng hồ, cánh cửa Điều gì sẽ xảy ra với các vật đó khi chịu tác dụng của một lực? Trong điều kiện nào thì các vật đó đứng yên khi có nhiều lực tác dụng? Hoạt động 2: Tìm hiểu thí nghiệm cân bằng của một vật có trục quay cố định. - 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? - Các em tiến hành TN để trả lời câu hỏi: 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 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 trong TN trên? - Nhận xét độ lớn của lực. Xác định khoảng cách từ trục quay đến giá của Hoạt động 3: Mômen lực - 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? - Hãy sử dụng khái niệm momen lực để phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định? - Xét trường hợp vật chịu tác dụng của 3 lực trở lên. Các em hãy đưa ra các dự đoán? Hoạt động 4: Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định - GV tiến hành TN kiểm tra với 3 lực rồi đi đến kết quả: hay - Các em chú ý tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay.. - 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 & 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 & giải thích sự cân bằng của ghế? - TH: Kéo nghiêng ghế về phía khác để hs thấy trục quay cũ mất đi & xuất hiện trục quay mới. Đó là trục quay tức thời xuất hiện trogn các TH cụ thể. Với các trục quay tức thời, vật cân bằng khi tác dụng của các lực thỏa mãn quy tắc momen lực Hoạt động 1: Tổ chức tình huống học tập. - Vật chuyển động có gia tốc - Hs chưa thể trả lời ngay được. Hoạt động 2: Tìm hiểu thí nghiệm cân bằng của một vật có trục quay cố định. - Chú ý gv giới thiệu - Trục quay đi qua trọng tâm của đĩa. - Trọng lực cân bằng với phản lực của trục quay. - Tiến hành TN rồi trả lời: - 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 Hoạt động 3: Mômen lực - Quan sát gv biểu diễn TN. Thảo luận theo nhóm để đưa ra phương án trả lời: () - 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 Hoạt động 4: Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định - TL 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) - Dự đoán: Tổng momen lực làm cho vật quay theo chiều KĐH bằng với tổng momen lực làm cho vật quay ngược chiều KĐH - 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 KĐH phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều KĐH. - 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. Nội dung 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 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. 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 KĐH phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều KĐH. 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. VD: Hoạt động 5:Củng cố, dặn dò. - Các em đọc phần ghi nhớ và làm C1 tại lớp. - Về nhà học bài, làm các bài tập và chuẩn bị bài tếp theo IV. RÚT KINH NGHIỆM.