Bài 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH ppt

PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I.. Mục tiêu: 1 Kiến thức: - Viết được công thức tính momen quán tính của một vật rắn đối với một trục quay và nêu đư

Bài 2 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN

QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

I Mục tiêu:

1) Kiến thức:

- Viết được công thức tính momen quán tính của một vật rắn đối với một trục quay và nêu được ý nghĩa của đại lượng này

- Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục

cố định và viết được phương trình M = I.

2) Kĩ năng:

- Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải một số hiện tượng vật lí liên quan đến chuyển động quay của vật rắn

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

II Chuẩn bị:

1) Giáo viên: Dùng các VD trong thực tế thông qua các hình vẽ, tranh ảnh minh họa về chuyển động quay của vật rắn để khai thác kiến thức có liên quan đến bài học

2) Học sinh: Ôn tập kiến thức vật lí lớp 10: momen lực, khối lượng, phương trình động lực học của chất điểm

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (5’) Kiểm tra

GV nêu nội dung kiểm tra:

H1 Viết các pt của chuyển động quay Bàiến đổi đều của vật rắn quanh một trục

cố định

Áp dụng: Giải bài tập số 5, SGK trang 9

H2 Viết pt động lực học của chất điểm Nêu ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình

HS trả lời và giải bài toán trên bảng Cả lớp theo dõi và nhận xét

Hoạt động 2 (25’) Tìm hiểu Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

- Nêu vấn đề: Trong chuyển

động của chất điểm, gia tốc

của chất điểm và lực tác

dụng có mối liên hệ được

diễn tả bằng định luật II

Niutơn

F

a

m



ur

r

Trong chuyển

động quay của vật rắn, giữa

gia tốc góc và momen lực

có mối liện hệ thế nào?

- Nêu các câu hỏi gợi ý để

-Phân tích tìm hiểu lại nội

dung phương trình: a F

m



ur r

1) Momen lực đối với một trục quay

M = F.d d(m): tay đòn của lực

F(N): lực tác dụng

M (N.m)

M > 0: nếu có tác dụng làm vật quay theo chiều (+)

HS phát hiện vấn đề

H1 Tác dụng lực lên vật rắn

để vật quay quanh một trục

cố định, ta có thể thay đổi

các yếu tố nào để vật quay

càng mạnh?

GV hướng dẫn HS trả lời

câu hỏi C1 (bằng nội dung

câu hỏi H1)

- Cho HS xem mô hình theo

hình 2.1 Giới thiệu chi tiết

và cho quả cầu quay để HS

quan sát Nêu câu hỏi gợi ý:

H2 Vì sao không quan tâm

đến lực pháp tuyến Fuurn

trong chuyển động của quả

cầu?

- Hướng dẫn HS lập luận,

xây dựng hệ thức:

i

i

- Thảo luận nhóm, trả lời

H1:

Để vật quay càng mạnh:

+ Tăng dần độ lớn của lực

+ Thay đổi sao cho phương của lực không qua trục quay và có giá càng xa trục quay

- Khảo sát chuyển động quay của vật trên mp ngang theo hình 2.1 Trả lời câu hỏi H2

+ Thành phần pháp tuyến

n

F

uur

làm vật chuyển động trên đường tròn nhưng không làm thay đổi tốc độ góc

t

F

uur

thành phần này gây nên gia tốc tiếp tuyến, tức là có Bàiến đổi tốc độ góc

- Thảo luận nhóm, xây dựng phương trình (2.6)

M < 0:… ngược lại

2) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực:

M : tổng các momen lực tác dụng lên toàn bộ vật rắn (ngoại lực)

M M  m r 

Lưu ý:

Mô men của các nội lực bằng không

Hoạt động 3 (30’) Tìm hiểu:

- Momen quán tính

- Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục

- Nêu câu hỏi gợi ý:

H1 Phương trình:

 2

Rút ra nhận xét gì về ý nghĩa

vật lí của đại lượng 2

i i i

m r

H2 Đại lượng dùng đặc trưng

cho vật rắn về phương diện

gì?

-Nêu vài VD để HS hiểu tính

i của vật đối với chuyển động

quay quanh một trục, từ đó

giới thiệu i i2

i

I m r :

momen quán tính của vật

quay

H3 Nhận xét gì về độ lớn

của momen quán tính của một

vật rắn? Nêu đơn vị của

momen quán tính

-Thảo luận nhóm, tìm hiểu

ý nghĩa vật lí đại lượng

2

i i i

m r

 Trả lời câu hỏi H1, H2

+Có ý nghĩa tương tự khối lượng m trong phương trình F = ma

+Đặc trưng cho mức quán tính của vật quay

-Tiếp nhận khái niệm mo- men quán tính 2

i i i

-Thảo luận, trả lời H3

Dự kiến HS không phát

1) Momen quán tính:

a) Định nghĩa: Mô men quán tính

I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy

b) Biểu thức: 2

i i i

c) Công thức tính momen quán tính của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng (trục qua khối tâm vật)

+ Thanh có tiết diện nhỏ, độ dài l:

2

1 12

I ml

+ Vành tròn, bán kính R:I = mR 2

+ Đĩa tròn mỏng: 1 2

2

I  mR

-Giới thiệu công thức tính I

của một số vật đồng chất đối

với trục đối xứng (trục qua

khối tâm G)

H4 Với khái niệm momen

quán tính hãy viết lại dạng

khác của phương trình:

 2

i i

i

Nhận xét:

-Giới thiệu pt: M = I.

hiện được, GV trình bày

+Độ lớn I phụ thuộc khối lượng của vật rắn; sự phân

bố khối lượng gần hay xa trục quay

-Thảo luận nhóm:

+Viết pt: M = I.

+Nhận xét: giống dạng pt:

F = ma

+ Khối cầu đặc: 2 2

5

I mR

+ Khối cầu rỗng 2

3

2

mR

I 

+ Chất điểm cách trục quay r

I = mr 2

2)Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định:

Hoạt động 4 (30’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà

*GV giới thiệu bài toán VD

Nêu câu hỏi gợi ý:

H1 Hình trụ và thùng nước chuyển động

thế nào? Viết pt chuyển động

H2 Gia tốc tịnh tiến của thùng và gia tốc

-Đọc nội dung bài toán

Thảo luận nhóm, phân tích chuyển động của hình trụ và thùng nước

-Trả lời câu hỏi gợi ý

+ Thùng nước chuyển động tính tiến

chuyển động quay của hình trụ liên hệ thế

nào?

-GV hướng dẫn HS cách vận dụng phương

pháp động lực học, các công thức và

phương trình động lực học của chuyển

động quay để giải các bài toán Lưu ý cách

vận dụng tốt các pt và cách giải để tìm kết

quả

*Yêu cầu chuẩn bị ở nhà:

-Giải bài tập SGK trang 14

-Ôn tập bài: Định luật bào toàn động lượng

ở lớp 10

+ Hình trụ chuyển động quay quanh một trục cố định

-Các phương trình:

mg – T = ma (1)

M = T.R = I (2)

a R

  (3)

-HS Bàiến đổi để tìm kết quả:

2

mg I

I m R





-Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà

IV Rút kinh nghiệm – Bổ sung: