giáo án về động lực học vật rắn vât lí 12

Học sinh : Ôn các phương trình động học của chuyển động tịnh tiến III.. Tạo tình huống học tập Khi vật rắn chuyển động tịnh tiến thì mọi điểm của vật có quỹ đạo như nha

Trang 1

Ngày soạn : 5/8/2009

Tiết : 1

I MỤC TIÊU :

1 Kiến thức:

- Nêu được vật rắn và chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là gì

- Nêu được đặc điểm chuyển động của vật rắn quay quanh một trục cố định

- Nêu được khái niệm toạ độ góc, tốc độ góc

- Viết được biểu thức của tốc độ góc, gia tốc góc và nêu được đơn vị đo tốc độ góc, gia tốc góc

- Viết được các phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định.

- Viết được các công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn

2 Kỹ năng:

- Vận dụng các công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một

điểm trên vật rắn

- Áp dụng giải các bài tập đơn giản

3 Thái độ:

II CHUẨN BỊ :

1 Giáo viên : Các tranh vẽ 1.1; 1.2; 1.3

2 Học sinh : Ôn các phương trình động học của chuyển động tịnh tiến

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức

2 Giới thiệu chương I: (5/)

3 Tạo tình huống học tập Khi vật rắn chuyển động tịnh tiến thì mọi điểm của vật có quỹ đạo như

nhau Vì thế muốn khảo sát chuyển động tịnh tiến của vật rắn chỉ cần xét chuyển động của một điểm bất kì của nó Vậy đối với chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định thì quy luật chuyển động và mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng như thế nào?

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC

HĐ 1: Hình thành các khái niệm các đại lượng đặc trưng của vật rắn quay quanh một trục

15

+ Trả lời câu C1

+ Dựa vào hình vẽ Nêu hai

đặc điểm của chuyển động của

vật rắn quay quanh một trục cố

định

+ Vị trí của một vật rắn tại mỗi

thời điểm được xác định bằng

góc ϕ giữa một mp động P gắn

với vật và mp cố định Po

+ Xét một vật rắn quay quanh một trục (HV 1.1)

+ Câu C1 + Chuyển động này có đặc điểm gì ?

+ Trong chuyển động tròn tọa độ

của điểm M được xác định như thế nào?

Khi nào thì tọa độ dương?

Khi nào thì tọa độ âm?

+ Vị trí của một vật rắn tại mỗi thời điểm được xác định như thế

nào ? (Dựa vào HV 1.1)

1 Tọa độ góc Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mỗi điểm trên vật vạch một

đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay, có bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay,

có tâm ở trên trục quay

+ Mọi điểm của vật đều quay được cùng một góc trong cùng một khoảng thời gian

Tọa độ góc

+ Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được

xác định bằng tọa độ góc ϕ của

vật: góc giữa một mp động P gắn với vật và mp cố định Po Qui ước chọn chiều dương sao

CHƯƠNG I ĐÔÔNG LỰC HỌC VÂÔT RẮN BÀI 1: CHUYỂN ĐÔÔNG CỦA VÂÔT RẮN QUAY QUANH MÔÔT TRỤC CỐ ĐỊNH

Trang 2

+ tb

t

∆ϕ

ω =

∆

+ Phát biểu định nghĩa tốc độ

góc tức thời bằng đạo hàm

theo thời gian của tọa độ góc

+ atb

t

∆ω

=

∆

+ Phát biểu định nghĩa gia tốc

góc tức thời bằng đạo hàm

theo thời gian của tốc độ góc

+ Chọn chiều dương là chiều quay của vật

Ở thời điểm t, tọa độ góc của vật rắn là ϕ, ở thời điểm t + t∆ có tọa độ góc ϕ +∆ϕ

+ Tốc độ góc trung bình của vật rắn sau khoảng thời gian t∆ ? Hướng dẫn

- Góc quay của vật sau khoảng thời gian ∆t?

- Công thức tính tốc độ góc trong chuyển động tròn?

+ Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến

0 thì tốc độ góc trung bình trở

thành tốc độ góc tức thời

t 0

d lim

t dt

∆ →

∆ = ϕ,(t)

Hãy phát biểu định nghĩa tốc độ

góc tức thời Ở thời điểm t, tốc độ góc của vật rắn là ω, ở thời điểm t + t∆ có tốc độ góc ω +∆ω

+ Gia tốc góc trung bình của vật rắn sau khoảng thời gian t∆ ? + Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến

0 thì gia tốc góc trung bình trở

thành gia tốc góc tức thời

t 0

d lim

t dt

∆ →

∆ = ω,(t)

Hãy phát biểu định nghĩa tốc độ

góc tức thời

cho ϕ >0

+ Nếu vật chỉ quay theo một chiều và chọn chiều dương là chiều quay của vật thì khi đó ϕ

> 0

2 Tốc độ góc :

+ Tốc độ góc tức thời (gọi tắt là tốc độ góc) là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm bậc nhất của tọa độ góc theo thời gian

t 0

d lim

t dt

∆ →

∆ = ϕ, (t) + Đơn vị của tốc độ góc là rad/s

3 Gia tốc góc

+ Gia tốc góc tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó và được xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian

t 0

d lim

t dt

∆ →

∆ = ω,(t) + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s2

HĐ2: Viết các phương trình động học của chuyển động quay và công thức liên hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay

20

HS thảo luận nhóm và trình

bày

+ x = x0 + v.t

+ x = xo + vot + 1

2a.t

2

+ v = vo + a.t

+ v2 – vo = 2as

+ Viết phương trình chuyển động của chuyển động thẳng đều và suy ra phương trình chuyển động của chuyển động quay đều?

+ Viết các phương trình động học trong chuyển thẳng biến đổi đều suy ra phương trình chuyển động của chuyển động quay biến đổi đều?

+ Nếu vật quay theo một chiều

4 Các phương trình động học của chuyển động quay

a) Chuyển động quay với tốc độ góc không đổi (ω = hằng số): chuyển động quay đều Chọn t = 0 lúc ϕ = ϕo

⇒ ϕ = ϕo + ωt b) Chuyển động quay với gia tốc góc không đổi (γ = const): chuyển động quay biến đổi đều + Chọn t = 0 lúc ϕ = ϕo và

Trang 3

+ Khi vật rắn quay thì mỗi

điểm của vật có cùng ϕ, ω, γ

+ v = ω.r

+ an = v2 2r

r = ω

nhất định và chọn làm chiều dương thì với gia tốc góc như thế

nào thì chuyển động quay đều, quay biến đổi đều, quay nhanh dần, quay chậm dần

+ Tổng quát:

* γ=0: chuyển động quay đều

* γ= hằng số: chuyển động quay biến đổi đều

* ω γ>0: chuyển động quay nhanh dần

* ω γ<0: chuyển động quay chậm dần

+ Khi vật rắn quay thì mỗi điểm của vật ( trừ trên trục quay) có ϕ,

ω, γ như thế nào?

+ Nêu công thức liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc trong chuyển động tròn có bán kính r?

+ Nêu công thức liên hệ giữa gia tốc hướng tâm và vận tốc trong chuyển động tròn đều

+ Nếu vật rắn quay đều thì mỗi điểm trên vật rắn có gia tốc hướng tâm liên hệ với vận tốc dài và vận tốc góc như thế nào?

+ Nếu vật rắn quay không đều thì

mỗi điểm trên vật rắn có gia tốc liên hệ với vận tốc dài và vận tốc góc như thế nào?

- Hướng dẫn học sinh phân tích thành hai thành phần: vuông góc v

r và tiếp tuyến vr

ω = ωo Ta có

ω = ωo + γt

ϕ = ϕo + ωot + 1

2 γt

2

ω2 - ωo2 = 2 γ(ϕ - ϕo) + Khi γ=0, ta có phương trình của chuyển động quay đều + Nếu vật quay theo một chiều nhất định và ω tăng theo thời gian (γ>0): chuyển động quay nhanh dần Nếu ω giảm theo thời gian (γ<0): chuyển động quay chậm dần

5 Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật rắn chuyển động quay :

Gia tốc của một điểm chuyển động tròn bao gồm gia tốc hướng tâm arn

và gia tốc tiếp tuyến art

+ Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho biến đổi vận tốc về phương

+ Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho biến đổi vận tốc về độ lớn

ar

= arn +art Với :

at = dv

dt = r

d dt

ω = r γ

an = an = v2 2r

r = ω

a = a2n +a2t

ar hợp với bán kính r góc α:

n 2 t

a tan

a

γ

ω

C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

4 Củng cố kiến thức: Câu C5, C6 Các bài tập 1,2,3 trong SGK (5/)

Bài tập về nhà: 4,5,6,7 trong SGK Ôn lại kiến thức lớp 10 (mômen lực, phương trình động lực học

của chất điểm, ý nghĩa khối lượng)

IV: RÚT KINH NGHIỆM

………

Trang 4

Ngày soạn : 6/8/2009

Tiết : 2&3

I MỤC TIÊU :

- Nêu được mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục

- Nêu được momen quán tính đối với một trục của một chất điểm và của vật rắn và viết công thức

- Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục và viết được phương trình M = I.γ.

2 Kỹ năng:

- Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lý liên quan đến

chuyển động quay của vật rắn

- Giải các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK Nếu có thể, chuẩn bị một số tranh ảnh thực tế về chuyển động quay

có liên quan bài học

2 Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (momen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý

nghĩa khối lượng)

1 Ổn định tổ chức (2/)

2 Kiểm tra bài cũ: (8/)

1 Nêu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và các đại lượng dài trong chuyển động thẳng

2 Viết các phương trình chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn quanh một trục cố định

3 Viết công thức gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng tâm của một điểm chuyển động tròn không đều

3 Tạo tình huống học tập: Trong chuyển động của chất điểm phương trình động lực học a F

m

=

r r Vậy trong chuyển động quay của vật rắn phương trình như thế nào?

Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng?

HĐ 1: Xây dựng mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

10 + Đối với vật rắn quay quanhtrục cố định: lực chỉ có tác

dụng làm vật quay khi giá của

lực không đi qua trục quay

hoặc không song song với trục

quay

+ C1: độ lớn của Fur, phương

của Fur, vị trí của điểm đặt

+ Momen lực là đại lượng đặc

trưng cho tác dụng làm quay

vật của lực

M = F.d

M>0 khi lực có xu hướng làm

vật quay theo chiều (+) quy

+ Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ

có tác dụng làm vật quay khi nào?

+ C1 Tác dụng của 1 lực lên vật rắn có trục quay cố định không chỉ phụ

thuộc vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào vị trí của điểm đặt và phương tác dụng của lực đối với trục quay

+ Momen lực là đại lượng như thế nào? Khi nào M>0, M<0

1 Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

a) Momen lực đối với trục quay

+ Momen của lực Fur ( Furnằm trong mp vuông góc với trục ∆) đối với trục quay ∆ có độ lớn bằng:

M = F.d

Với:

F: độ lớn lực tác dụng lên vật (N)

d : cánh tay đòn của lực Fur, là khoảng cách từ trục quay ∆ đến giá (đường tác dụng) của

BÀI 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐÔÔNG LỰC HỌC CỦA VÂÔT RẮN QUAY QUANH MÔÔT TRỤC

CỐ ĐỊNH

Trang 5

ước, M<0 khi lực có xu hướng

làm vật quay theo chiều ngược

lại

- HS thảo luận nhóm và trình

bày

+ M = Ft.r

+ Ft = m.at

+ at = r γ

⇒ M = (mr2)γ

- Lực pháp tuyến chỉ làm vật

chuyển động trên đường tròn

chứ không làm thay đổi tốc độ

góc

+ Mi = (mi ri2)γ.

Dùng HV2.1 để minh họa:

- Tác dụng lên quả cầu một lực

t

Fr theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tròn của quả cầu Hãy tìm mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực?

Hướng dẫn:

+ Momen của Frt

đối với trục quay qua O?

+ Phương trình định luật II Niu tơn?

+ Mối liên hệ giữa gia tốc tiếp tuyến và gia tốc góc?

- C2: Vì sao không quan tâm đến lực pháp tuyến?

+ Momen lực tác dụng lên chất điểm thứ i?

+ Tổng momen lực tác dụng lên vật rắn?

lực Fur (m)

M : momen của lực Fur(N.m) + Momen lực là một đại lượng đại số (momen còn đặc trưng cho chiều tác dụng của lực) : momen lực có giá trị dương khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều (+) và ngược lại

b) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

+ Trường hợp vật rắn gồm quả cầu nhỏ có khối lượng m (chất điểm) gắn vào thanh nhẹ có độ dài r, vật chỉ có thể quay trên

mp nằm ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua đầu O của thanh

M = (mr2)γ + Trường hợp vật rắn gồm nhiều chất điểm có khối lượng

mi, mj…ở cách trục quay những khoảng cách ri, rj…

Mi = (mi ri2)γ.

Vì các chất điểm có cùng gia tốc góc nên:

i

M

i

m r

γ

HĐ2: Hình thành khái niệm momen quán tính của vật rắn đối với một trục và phương trình động

lực học của vật rắn quay quanh một trục

10

+ Cùng M tác dụng i i. 2

i

m r

∑

lớn thì γ nhỏ, nghĩa là trong

chuyển động quay vật đó có

quán tính (sức ì) lớn

+ Hs xem SGK ghi

HS thảo luận nhóm và trình

bày

+ Momen quán tính của vật rắn

là đại lượng vô hướng, có tính

cộng được, phụ thuộc vào hình

dạng, kích thước, phân bố khối

lượng của vật và tùy thuộc trục

quay

+ Từ phương trình M=

2

i i i

m r

γ

∑  có thể rút ra nhận xét gì về ý nghĩa vật lí của đại lượng i i. 2

i

m r

+ So sánh các đại lượng chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến bảng 2.1?

+ Nêu khái niệm momem quán tính? Đơn vị?

+ Cho hs nắm các công thức momen quán tính của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng HV2.3

+ Momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào các yếu tố nào?

+ RTĐ=6400km; mTĐ= 6,0.1024kg

ITĐ đối với trục đi qua tâm?

2 Momen quán tính

+ Momen quán tính I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy

I = i i. 2 i

m r

∑

+ Đơn vị của I là: kg.m2

+ Momen quán tính của vật rắn là đại lượng vô hướng, có tính cộng được, không chỉ phụ thuộc vào khối lượng mà còn phụ thuộc phân bố khối lượng

xa hay gần trục quay

Trang 6

+ I = 2

5mR

2 = 9,8.1037kg.m2

+ M = Iγ + Với khái niệm momen quántính Hãy viết lại phương trình

M= i i2

i

m r

γ

3 P hương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định

M = Iγ Là phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và là phương trình

cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

HĐ 3: Vận dụng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục

25 + Thùng nước chuyển động tịnh tiến

mg – T = ma (1)

+ Hình trụ chuyển động quay

M = T.R = Iγ (2)

+ a = Rγ (3)

+ Khi I có giá trị rất lớn thì giá

trị của a rất nhỏ

+ Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá

trị của a ≈ g

Hướng dẫn hs phân tích bài toán Biểu diễn các lực tác dụng lên mỗi vật trong hệ

- Chuyển động của thùng nước là

chuyển động gì? Viết phương trình động lực học

- Chuyển động của hình trụ là

chuyển động gì? Viết phương trình động lực học

- Gia tốc tịnh tiến của thùng nước và gia tốc góc của hình trụ liên hệ như thế nào?

Nhận xét:

+ Khi I có giá trị rất lớn thì giá trị

của a như thế nào?

+ Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá trị của a như thế nào?

Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng?

4 Bài tập ví dụ SGK

mg – T = ma (1)

M = T.R = Iγ (2) ⇒ T = I

R γ

a = Rγ (3) ⇒ γ = a

R Thế vào (1)

mg - I R

γ

= m a R

2

mg I m R

2

1 g I 1 mR

4 Củng cố kiến thức: (10/)

- Viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển động quay

I = i i. 2

i

m r

∑ đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay

- Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

M = Iγ Biết M, I suy ra γ tức là xác định được tính chất của chuyển động quay vì thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

Bài tập về nhà: 1 đến 8 trong SGK/14 Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn

động lượng)

IV: RÚT KINH NGHIỆM

………

Trang 7

Ngày soạn: 6/8/2009

Tiết thứ: 4

I MỤC TIÊU:

1 Kiến thức:

- Viết được các công thức động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định

2 Kĩ năng:

- Vận dụng các công thức động học và động lực học của vật rắn đã học

- Phương pháp giải một bài toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục

3 Thái độ:

- Tình cảm: có hứng thú với bộ môn

II CHUẨN BỊ:

1 Chuẩn bị của thầy: Phiếu học tập

2 Chuẩn bị của trò: Ôn lại kiến thức chương I

2 Kiểm tra bài cũ :

3 Tạo tình huống học tập

HĐ 1: Hệ thống kiến thức

13

Dùng phiếu học tập để hệ thống kiến thức

1) Tọa độ góc? Đơn vị? Khi ϕ>0, ϕ<0 vật rắn quay theo chiều

như thế nào?

2) Tốc độ góc? Đơn vị?

3) Gia tốc góc? Đơn vị? Khi γ như thế nào thì vật rắn quay đều,

nhanh dần, chậm dần, quay biến đổi đều

4) Viết các phương trình động học của vật rắn quay biến đổi đều và

so sánh các đại lượng góc và các đại lượng dài trong chuyển động

tịnh tiến thẳng

5) Viết công thức tính momen lực đối với trục quay Đơn vị của

momen lực? Khi nào M>0, M<0?

6) Viết công thức tính momen quán tính đối với trục quay Đơn vị

và nêu ý nghĩa vật lý của nó? I phụ thuộc những yếu tố nào?

7) Viết phương trình động lực học của vật rắn và vì sao nó được

gọi là phương trình cơ bản

9) So sánh các đại lượng trong các phương trình động lực học

chuyển động quay và chuyển động thẳng:

M = Iγ và F = ma

HĐ2: Phương pháp giải toán về chuyển động quay của vật rắn

10 Bài 2:

+ Đĩa tròn đồng chất có m =

1kg, R = 20cm

+ Quay chậm dần đều với ωo

=10rad/s, góc quay là ϕ

=10rad

+ I = 1

2mR

2

+ ω − ω = γϕ2 02 2

Bài 2:

Phân tích bài toán

- Vật , hệ vật cần khảo sát?

- Qui luật chuyển động của bánh xe?

- Viết biểu thức momen quán tính của đĩa tròn đối với trục đối xứng

- Viết công thức liên hệ giữa tốc

Bài 2

Chọn chiều quay làm chiều dương

a) Momen quán tính của đĩa tròn đối với trục quay

I = 1

2mR

2 =1

2.1.(0,2)

2

= 0,02kg.m2

Gia tốc góc:

BÀI 5: BÀI TÂÔP VỀ ĐÔÔNG LỰC HỌC

VÂÔT RẮN

Trang 8

+ Hệ vật : vật A có m = 1kg;

vật B có m = 1kg; ròng rọc có I

= 0,05kg.m2

+ Hai vật chuyển động thẳng

nhanh dần đều; ròng rọc quay

nhanh dần đều

+ Dây không dãn nên gia tốc

của hai vật như nhau

+ Dây không trượt trên ròng

rọc nên gia tốc dài ở vành ròng

rọc = gia tốc của hai vật

độ góc, gia tốc góc và góc quay

- Từ phương trình động lực học tìm momen hãm Nhận xét

Bài 3:

Phân tích bài toán:

- Vật, hệ vật cần khảo sát?

- Qui luật chuyển động của vật,

hệ vật?

- Nhận xét gia tốc của hai vật và

gia tốc tiếp tuyến ở vành ròng rọc?

- Lực và momen lực tác dụng lên vật, hệ vật như thế nào? Biểu diễn hình vẽ

- TA, TB có như nhau không vì

sao?

- Phương trình động lực học cho vật A?

- Phương trình động lực học cho ròng rọc?

- Nhận xét giữa B và sàn có ma sát không?

- Phương trình động lực học cho vật B?

γ = 2 o2

2

ω − ω

0 10 2.10

−

= -5rad/s2

Momen hãm

M = I.γ= 0,02.(-5) = -0,1N.m Dấu (-) chứng tỏ momen hãm

có tác dụng làm giảm tốc độ quay của đĩa

Bài 3:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của mỗi vật Gốc thời gian là lúc thả ra a) Gia tốc của ròng rọc

Ta có 1 t2

2

t

ϕ

γ = Thay số γ = 6,28rad/s2

b) Gia tốc của hai vật

a = Rγ = 0,1.6,28 = 0,628m/s2

c) Lực căng dây treo ở hai bên ròng rọc

- Xét vật A: P – TA = ma

⇒TA = P – ma = m(g-a) Thay số TA ≈9,17N

- Xét ròng rọc (TA – TB).R = I.γ

⇒TB = TA - I

R

γ = 6,03N d) Hệ số ma sát

Vì TB = 6,03N > ma = 0,63 nên giữa B và sàn có ma sát

TB - µmg = ma

⇒ µ = TB ma

mg

0,55

Củng cố kiến thức: Phương pháp giải bài toán động lực học vật rắn (5/)

Bước 1: Xác định đối tượng cần khảo sát

Bước 2: Xác định lực (momen lực) tác dụng lên vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 3: Viết phương trình đông lực học của vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 4: Từ phương trình động lực học có thể tính được một (vài) đại lượng liên quan (gia tốc, gia tốc góc, khối lượng, momen quán tính, lực, momen lực)

Ngoài ra có thể sử dụng được các công thức động học để tìm các đại lượng chưa biết (phương trình

chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, các công thức liên quan giữa vận tốc, gia tốc, thời gian )

Bài tập về nhà: IV: RÚT KINH NGHIỆM ………

………

Trang 9

Ngày soạn : 7/8/2009

Tiết : 5&6

I MỤC TIÊU :

- Hiểu được khái niệm momen động lượng là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của một vật quanh một trục

- Hiểu định luật bảo toàn momen động lượng và áp dụng để giải thích một số hiện tượng trong đời sống

- Viết được công thức tính momen động lượng, biểu thức định luật bảo toàn momen động lượng

2 Kỹ năng:

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế, biết các ứng dụng của định luật bảo

toàn momen động lượng trong đời sống và kỹ thuật

- Giải các bài toán cơ bản về momen động lượng và ứng dụng định luật bảo toàn momen động lượng

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK Nếu có thể, chuẩn bị một số tranh ảnh thực tế về chuyển động quay

có liên quan bài học (ảnh của diễn viên xiếc nhào lộn, trượt băng nghẹ thuật, nhảy cầu…)

2 Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn động lượng).

- Làm các thí nghiệm đơn giản có liên quan đến bài học

2 Kiểm tra bài cũ: (8/)

1 Phát biểu, viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển động quay

2 Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

3 Tạo tình huống học tập: Vì sao các vận động viên nhảy cầu, khi nhảy từ ván cầu xuống nước,

họ thường thực hiện các động tác gập người và bó gối thật chặt lúc xoay người trên không Sau đó, họ phải làm thế nào để ngừng quay và lao mình vào trong nước?

HĐ 1: Hình thành khái niệm momen động lượng và dạng khác của phương trình động lực học vật

rắn quay quanh một trục cố định.

20

+ M = Iγ

- Momen quán tính I là đại

lượng đặc trưng cho mức quán

tính (sức ì) của vật rắn trong

chuyển động quay quanh trục

ấy Đơn vị là kg.m2

- Gia tốc gócγ là đại lượng

đặc trưng cho sự biến thiên

của tốc độ góc ở thời điểm đó

d

dt

ω

γ = Đơn vị là rad/s2

+ F=ma= mdv

dt =

d(mv)

dt =

dp dt + M + F

+ Phương trình động lực học của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục

+ Ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức

trên ?

+ Hướng dẫn học sinh viết dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn chuyển động quay quanh một trục

1 Momen động lượng

a) Dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định.

M = Iγ = Id

dt ω

Nếu I không đổi: M = d(I )

dt

ω Đặt L = Iω thì ta có dạng khác của phương trình:

M = dL

dt (1)

Chú ý: (1) đúng cho cả trường

hợp I của vật hay hệ vật thay

BÀI 3: MOMEN ĐÔÔNG LƯỢNG.

ĐỊNH LUÂÔT BẢO TOÀN MOMEN ĐÔÔNG

LƯỢNG.

Trang 10

+ ω + v

+ I + m

+ L = Iω + p =mv

⇒ Đại lượng L = Iω trong

chuyển động quay tương ứng

với động lượng p = mv trong

chuyển động tịnh tiến Vì thế L

= Iω được gọi là momen động

lượng

+ Hướng dẫn học sinh so sánh các đại lượng trong phương trình động lực học của chuyển động quay của vật rắn và của chuyển động tịnh tiến của chất điểm ở

bảng 3.1 từ đó rút ra ý nghĩa vật lý của đại lượng L = Iω (Câu C1) và đơn vị

+ C2: vận dụng công thức tính momen động lượng L = Iω

đổi (như do vật thay đổi hình dạng …)

b) Momen động lượng

+ Đại lượng L = Iω trong chuyển động quay được gọi là momen động lượng của vật rắn đối với trục quay

+ Đơn vị của momen động lượng là kg.m2/s

HĐ2: Xây dựng nội dung định luật bảo toàn momen động lượng

20

+ Từ M = dL

dt nếu M = 0 thì

dL

dt = 0⇒ L = hằng số

+ Xem sách

+ L = hằng số Vì vậy vật rắn

không quay (ω =0) hoặc quay

đều (ω không đổi)

+ I1.ω1 = I2.ω2

C3: Lúc đầu ở tư thế dang tay

tốc độ góc của người là ω1, khi

co tay và thu vào sát thân

người khoảng cách giữa các

phần của người và khối tâm

thu hẹp lại nên momen quán

tính đối với trục quay đi qua

khối tâm giảm đi

I1.ω1 = I2.ω2

Kết quả người quay nhanh

hơn trước

+ C4: Khi vận động viên nhảy

+ Đặt vấn đề: Tại sao tốc độ quay của Trái đất hằng tỉ năm nay vẫn không thay đổi?

+ Từ M = dL

dt nếu M = 0 thì L sẽ

như thế nào?

+ Phát biểu nội dung của định luật

+ Nếu I không đổi thì chuyển động vật rắn như thế nào?

Đó cũng chính là lí do vì sao tốc độ quay của Trái đất hằng tỉ năm nay vẫn không thay đổi

+ Nếu I thay đổi hãy viết công thức định luật bảo toàn momen động lượng với I1.ω1 là momen động lượng của vật lúc trước và

I2.ω2 là momen động lượng của vật lúc sau

+ Chú ý điều kiện áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng

M = 0 Nếu M≠0 nhưng trong khoảng thời gian tác dụng t∆ nhỏ đến mức có thể bỏ qua xung của momen lực M∆t, thì trong khoảng thời gian đó L được bảo toàn

+ C3 ? + C4?

2 Định luật bảo toàn momen động lượng

a) Nội dung

Từ M = dL

dt

Nếu M = 0 thì L = hằng số (2)

+ Khi tổng các momen lực tác dụng lên một vật rắn (hay hệ vật) đối với một trục bằng 0 thì tổng momen động lượng của vật rắn (hay hệ vật) đối với trục đó được bảo toàn.

b) Các trường hợp:

+ Trường hợp vật rắn có momen quán tính đối với trục quay không đổi thì vật rắn không quay hoặc quay đều quanh trục đó

+ Trường hợp vật rắn có momen quán tính đối với trục quay thay đổi thì: I1.ω1 = I2.ω2

+ Trường hợp vật rắn có L = 0

I1.ω1 + I2.ω2 = 0 Khi đó một bộ phận của hệ quay theo một chiều thì bộ phận còn lại của

hệ quay theo chiều ngược lại

Chú ý: Momen động lượng

của vật rắn là đại lượng véc tơ

Lur

= I.ωur Khi Muur= 0 thì Lur = hằng số Vì vậy khi nói tổng momen động lượng của hệ được bảo toàn thì

có nghĩa cả độ lớn lẫn về phương, chiều của tổng momen động lượng được bảo

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	576,5 KB