Bài 20 CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN MẶT PHẲNG NGHIÊNG - HỆ VẬT I.. MỤC TIÊU - Biết vận dụng các địh luật Niutơn để khảo sát chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng và chuyển động của h
Trang 1Bài 20
CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT TRÊN
MẶT PHẲNG NGHIÊNG - HỆ VẬT
I MỤC TIÊU
- Biết vận dụng các địh luật Niutơn để khảo sát chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng và chuyển động của hệ vật
- Qua các thí nghiệm kiểm chứng, học sinh thấy rõ và tin tưởng ở tính đúng đắn của địng luật II Niutơn
II CHUẨN BỊ
- Học sinh cần xem lại công thức : 2
τ
Δl
a
- Học sinh cần xem lại phép phân tích lực
III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
1) Kiểm tra bài cũ :
Câu 1/ Lực ma sát nghỉ xuất hiện trong điều kiện nào và có những đặc điểm gì ? Viết công thức tính lực ma sát nghỉ cực đại ?
Câu 2/ Lực ma sát trược xuất hiện trong điều kiện nào và có những đặc điểm gì ? Viết công thức tính lực ma sát trượt ?
2) Giới thiệu bài mới :
Trang 2Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh
I CHUYỂN ĐỘNG CỦA MỘT VẬT TRÊN
MẶT PHẲNG NGHIÊNG
GV : Hôm nay chúng ta cùng nhau tìm hiểu tính chất
chuyển động của một vật trên mặt phẳng nghiêng
GV thực hiện thí nghiệm sau đây : Để một vật
trên một mặt phẳng nằm ngang sau đó cho mặt
phẳng ấy bắt đầu nghiên với góc tăng dần, ban
đầu vật chưa trượt cho đến khi vật bắt đầu trượt
GV : Ta giả sử như ban đầu vật trên đỉnh mặt phẳng
nghiêng , khi vật trượt xuống ta tính gia tốc của vật
Chúng ta lại khảo sát các lực tác dụng lên vật, có
những lực tác dụng lên vật ?
HS : Trọng lực Trái Đất tác dụng lên vật, lực ma sát
tác dụng lên vật và phản lực của mặt phẳng nghiêng
GV : Em hãy biểu diễn các lực lên hình vẽ
( Gọi HS lên biểu diễn các lực trên hình vẽ )
GV : Các em cho biết tại sao vật bị trượt xuống ?
HS : Do trọng lực Trái Đất tác dụng lên vật !
GV : Thế khi mặt phẳng nằm ngang hay có độ
nghiêng bé thì vật có trượt không ?
I CHUYỂN ĐỘNG CỦA
PHẲNG NGHIÊNG
- Đặt một vật trên một mặt phẳng nghiêng , mặt phẳng hợp với mặt đất một góc
- Vật chịu tác dụng của trọng lực P
Trang 3HS : Vật không bị trượt
GV : Lúc ấy Trái Đất có tác dụng trọng lực lên vật
không ?
HS : Trái Đất cũng tác dụng trọng lực lên vật
GV : Như vậy khi mặt phẳng bắt đầu nghiêng, thì
trọng lực P được phân tích thành hai lực PX và Py
như Thầy đang phân tích trên hình vẽ
GV : Ta nhận thấy Px có tác dụng kéo vật trượt
xuống, còn Py có tác dụng ép vật lên mặt phẳng
nghiêng không cho vật bay ra khỏi mặt phẳng
nghiêng Các em cho biết công thức liên hệ giữa Px
và Py đối với P ?
HS : Px = mgsin
Py = mgcos
Gv : Còn lực ma sát được tính như thế nào ?
HS : fms = Py
GV tiến hành nghiêng mặt phẳng nghiêng với góc
nhỏ để vật không trượt xuống
GV : Các em nhận thấy vật có trượt xuống mặt
phẳng nghiêng không ?
HS : Vật không trượt xuống !
GV : Theo em tại sao đã có thành phần Px mà vật
Lực này có thể phân tích thành hai thành phần :
+ Thành phần Py = mgcos vuông góc với mặt phẳng, thành phần này tạo thành áp lực của vật lên mặt phẳng nghiêng Py cân bằng với phản lực pháp tuyến N
của mặt phẳng nghiêng
+ Thành phần Px = mgsin nằm trong mặt phẳng nghiêng hướng xuống dưới, thành phần này có khuynh hướng kéo vật trượt xuống
- Nếu Px Py thì Px chưa thắng được lực ma sát ; Vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều Khi đó :
mgsin mgcos hay tg
- Nếu Px > Py thì Px thắng được lực ma sát ; vật trượt xuống với gia tốc a Khi đó :
Px – Py = ma mgsin - mgcos =
Trang 4vẫn đứng yên ?
HS : Vì lúc ấy vật cân bằng với lực ma sát nghĩ
GV : Nếu Px Py thì Px chưa thắng được lực ma
sát ; Vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều
mgsin mgcos hay tg
GV : Khi Thầy nghiêng mặt phẳng càng nhiều thì vật
trượt như thế nào ?
HS : Khi ấy vật trượt càng nhanh dần
GV : Như vậy Px như thế nào ?
HS : Px càng lớn dần nên vật trượt càng nhanh
GV : Vật có thu gia tốc không ?
HS : Vật thu gia tốc mà chúng ta cần tìm
GV : Sau khi chúng ta bước qua việc khảo sát các lực
tác dụng lên hình vẽ, bước kế tiếp ?
GV gọi HS lên bảng trình bày !
HS : Áp dụng định luật II Newton cho vật
Px – Py = ma
mgsin - mgcos = ma
a = g(sin - cos)
ma
a = g(sin - cos)
II HỆ VẬT
1) Thí dụ :
Hai vật, khối lượng m1 và
m2 nối với nhau bằng sợi dây được đặt trên mặt bàn nằm ngang Hệ số ma sát trượt giữa mặt bàn và mỗi vật là
Khi lực kéo F
đặt vào vật m1
theo phương song song với mặt bàn, hai vật chuyển động theo chiều của lực F
Tính gia tốc mỗi vật và lực căng của dây nối
Bỏ qua khối lượng và độ biến dạng của dây
Bài giải
Trang 5GV : Đây là biểu thức tính gia tốc của vật trên mặt
phẳng nghiêng
GV : Ta nhận thấy gia tốc phụ thuộc vào mặt phẳng
nghiêng nên khi càng lớn thì a càng lớn, vật trượt
xuống càng nhanh
II HỆ VẬT
1) Thí dụ :
GV vẽ hình lên bảng và lần lượt hướng dẫn Hs vẽ
từng lực tác dụng lên vật , nhất là lực căng dây T 1
và T 2
GV : Để giải bài toán hệ vật này trước hết chúng ta
bắt đầu chọn chiều dương và móc thời gian
Mục tiêu chính của bài toàn này là viết biểu thức tính
gia tốc, muốn như vậy chúng ta áp dụng định luật II
Newton : Fhl = ma cho mỗi vật trong hệ
GV : Đối với vật thứ nhất, các em cho biết có bao
nhiêu lực tác dụng ?
HS : Thưa thầy có 5 lực : Fk, T1, P1, N1 và fms1
GV : Như các em đã biết cặp lực P1 và N1cân bằng
nhau nên không ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển
động của vật 1, tương tự vật 2 cũng vậy Dưa vào
định luật II Newton các em hãy lên áp dụng cho mỗi
vật ?
Chọn : + Trục tọa độ Ox như hình
vẽ
+ MTG : Lúc hệ vật bắt đầu chuyển động (t0 = 0)
Áp dụng định luật II Newton : Fhl = ma
F – T – fms1 = m1a1 (1) T’ – fms2 = m2a2 (2) Trong đó : fms1 = m1g fms2 = m2g
Trang 6HS : F – T – fms1 = m1a1 (1)
T’ – fms2 = m2a2 (2)
GV : các em cho biết cách tính fms1 và fms2 ?
HS : fms1 = m1g
fms2 = m2g
GV : Vì sợi dây không giản nên :
a1 = a2 = a ; T = T’
Khi đó ta có hệ phương trình :
F – T – fms1 = m1a (1)
T’ – fms2 = m2a (2)
GV : Muốn tìm gia tốc a ta lấy phương trình (1) +
(2) để tìm a
GV : Gọi HS lên bảng để tìm gia tốc a
m
m
F
a
2 1
GV : Để tính lực căng dây T các em thực hiện như
thế nào ?
HS : Chúng ta thế biểu thức tính gia tốc vào phương
trình (2)
GV gọi HS lên tìm biểu thức tính lực căng dây T
Vì sợi dây không giản nên :
a1 = a2 = a ; T = T’
Khi đó ta có hệ phương trình :
F – T – fms1 = m1a (1) T’ – fms2 = m2a (2) Lấy (1) + (2) ta được :
F – T – fms1 + T’ – fms2 = (m1 + m2).a
2 1
ms2 ms1 2
1
ms2 ms1
m m
f f F m
m
f f F a
.g m
m
F a
2 1
* Lực căng của dây : (2) T’ – fms2 = m2a T’ = m2a + fms2 = m2a + m2g = m2(a + g)
= m2 (
2
1 m m
F
)
Trang 7HS : … T’ =
2 1
2 m m
F m
2) Hệ vật :
GV : Một hệ thống như hình vẽ ở bài toán trên được
gọi là hệ vật, thế hệ vật là gì ?
HS : Hệ vật là tập hợp gồm có nhiều vật
GV : Các vật trong hệ có mối liên hệ gì với nhau ?
HS : Chúng có mối liên hệ rất chặt chẻ nhau
GV : Hệ vật là một tập hợp hai hay nhiều vật mà
giữa chúng có tương tác
3) Nội lực :
GV : Các cặp lực T1 và T2 được gọi là nội lực
Những lực như thế nào gọi là nội lực ?
HS : Lực tương tác giữa các vật tác dụng lên vật
trong hệ gọi là ngoại lực
GV : Nội lực có ảnh hưởng gì đến gia tốc của hệ
không ?
HS : Nội lực không ảnh hưởng đến gia tốc của hệ vật
( GV có thể kể câu chuyện anh chàng kỵ sĩ cưỡi
ngựa bị lún vào bùn, anh ta có thể nắm dây cương
để nhất mình và ngựa ra khỏi bùn không ? )
T’ =
2 1
2 m m
F m
2) Hệ vật :
Hệ vật là một tập hợp hai hay nhiều vật mà giữa chúng có tương tác
3) Nội lực :
Lực tương tác giữa các vật tác dụng lên vật trong hệ gọi là ngoại lực
4) Ngoại lực :
Lực do vật ở ngoài hệ tác dụng lên vật trong hệ gọi là ngoại lực
5) Lưu ý :
Trong trường hợp các vật trong hệ chuyển động với cùng một gia tốc, thì :
m
F
aheä
* Trong đó : + F
: là hợp lực của các ngoại
Trang 84) Ngoại lực :
GV : Các em có thể chỉ ra các ngoại lực ?
HS : Ngọai lực gồm : P, F, fms …
Gv : Những lực như thế nào gọi là ngoại lực ?
HS : Lực do vật ở ngoài hệ tác dụng lên vật trong hệ
gọi là ngoại lực
5) Định luật II Newton :
GV : Một em có thể đọc và viết định luật II Newton ?
GV : Gọi HS lên viết định luật II Newton
GV : Định luật này chỉ áp dụng cho một vật , và
không những vậy, định luật còn áp dụng cho nhiều
vật
GV :Trong trường hợp các vật trong hệ chuyển động
với cùng một gia tốc, thì :
m
F
aheä
* Trong đó :
+ F
: là hợp lực của các ngoại lực
+ m: Là tổng hợp khối lượng của các vật
trong hệ
lực
+ m: Là tổng hợp khối lượng của các vật trong hệ
III THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT II NEWTON
Học sinh xem SGK trang 84
Trang 9GV : Trình bày cho HS việc cộng các vectơ lực
III THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT
II NEWTON
Giáo viên trình bày như trong SGK trang 84
3) Cũng cố
1/ Thế nào là hệ vật ? Nội lực ? Ngoại lực ?
2/ Trong trường hợp nào, ta có thể nói đến gia tốc của hệ vật ? Viết công thức tính gia tốc của hệ vật ?
4) Dặn dò
- Trả lời các câu hỏi : 1, 2, 3
- Làm các bài tập : 1, 2, 3, 4, 5