Kỹ năng: - Vận dụng quy tắc momen lực để giải các bài toán và giải thích các hiện tượng về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực.. - Nhận xét,
Trang 1Họ và tên: Mai Văn Cầm
Lớp : Sư phạm Vật Lý K37
BÀI 18 CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH.
MOMEN LỰC
I MỤC TIÊU
1 Kiến thức:
- Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức tính momen của lực và nêu được đơn vị đo momen của lực
- Biết xác định cánh tay đòn của lực trong các trường hợp khác nhau
- Phát biểu, viết được biểu thức điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay
cố định
2 Kỹ năng:
- Vận dụng quy tắc momen lực để giải các bài toán và giải thích các hiện tượng về điều
kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực
- Sử dụng đĩa momen để làm thí nghiệm khảo sát momen lực
3 Thái độ:
- Có tinh thần hợp tác trong học tập.
- Có ý thức vận dụng kiến thức vật lý vào đời sống hàng ngày
II CHUẨN BỊ
1 Giáo viên:
- 5 đĩa mô men lực, 5 bảng từ tính, các quả cân, dây treo, ròng rọc,
2 Học sinh:
III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Hoạt động 1 (8 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ Đặt vấn đề vào bài mới.
- Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số.
- Kiểm tra bài cũ:
+ Câu 1: Phát biểu điều kiện cân bằng của
một vật chịu tác dụng của hai lực
+ Câu 2: Phát biểu điều kiện cân bằng của
một vật chịu tác dụng của ba lực không
song song
- Lớp trưởng báo cáo sĩ số.
- Trả lời câu hỏi của giáo viên:
+ Câu 1: Đi u ki n cân b ng c a m t v tề ệ ằ ủ ộ ậ
ch u tác d ng c a hai l c là hai l c đóị ụ ủ ự ự cùng giá, cùng đ l n và ngộ ớ ược chi u.ề + Câu 2: Ba l c đó ph i có giá đ ngự ả ồ
ph ng và đ ng quy H p l c c a hai l cẳ ồ ợ ự ủ ự
Trang 2- Nhận xét, cho điểm.
- Đặt vấn đề vào bài mới:
+ Yêu cầu học sinh nhắc lại điều gì sẽ xảy
ra khi vật chịu tác dụng của một lực
+ Nhận xét, đặt vấn đề: Vậy đối với các
vật không thể chuyển động tịnh tiến mà chỉ
quay quanh một trục cố định (bánh xe, cánh
quạt, bập bênh, ) thì 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
ph i cân b ng v i l c th ba.ả ằ ớ ự ứ
+ Tr l i: V t sẽ chuy n đ ng có gia t cả ờ ậ ể ộ ố
ho c bi n d ng khi có l c tác d ng.ặ ế ạ ự ụ
Hoạt đông 2 (22 phút): Tìm hiểu momen của lực đối với một trục quay.
- Yêu cầu học sinh quan sát lớp học và
cho biết vật nào là vật rắn có trục quay
cố định, và xác định trục quay của vật
- Nhận xét, đặt câu hỏi: Nếu tác dụng một
lực có giá song song với trục quay hoặc cắt
trục quay của cánh cửa thì có tác dụng làm
quay cánh cửa không?
- Nhận xét và kết luận: Các lực có giá
song song với trục quay hoặc cắt trục quay
thì không có tác dụng làm quay cánh cửa
- Đặt câu hỏi: Nếu tác dụng một lực có
giá vuông góc với trục quay của cánh cửa
thì có tác dụng làm quay cánh cửa không?
- Nhận xét, kết luận: Nếu tác dụng một
lực có giá vuông góc với trục quay của
cánh cửa thì có tác dụng làm quay cánh
cửa
- Đặt câu hỏi: Muốn cánh cửa quay dễ
dàng thì lực tác dụng phải như thế nào?
- Nhận xét, yêu cầu học sinh cho biết nếu
lần lượt tác dụng hai lực có cùng độ lớn và
có giá vuông góc với trục quay nhưng tại
các vị trí khác nhau trên cánh cửa thì cánh
cửa sẽ quay như thế nào trong hai
trường hợp đó
- Đặt câu hỏi: Hãy cho biết tác dụng làm
quay của một lực lên vật rắn có trục quay
cố định phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Hướng dẫn học sinh đưa ra giả
thuyết 1: tác dụng làm quay vật của lực tỉ
- Quan sát vả trả lời: cánh quạt trần, cánh
cửa ra vào,cánh cửa sổ của lớp học là các vật rắn có trục quay cố định Các bản lề của cánh cửa ra vào, cửa sổ tạo thành một trục quay
- Thực hiện tác dụng lực và trả lời: Một lực
có giá song song với trục quay hoặc cắt trục quay không làm quay cánh cửa
- Thực hiện tác dụng lực và trả lời: Một lực
có giá vuông góc với trục quay của cánh cửa thì có tác dụng làm quay cánh cửa
- Trả lời: Lực tác dụng có giá vuông góc với trục quay và có độ lớn càng lớn thì cánh cửa càng quay dễ dàng
- Trả lời: Trường hợp khoảng cách từ điểm đặt của lực đến trục quay lớn thì cánh cửa
sẽ quay dễ dàng
- Trả lời: Phụ thuộc vào độ lớn của lực và phụ thuộc vào khoảng cánh từ điểm đặt lực đến trục quay
Trang 3lệ với tích F.l (trong đó: F là độ lớn của lực,
l là khoảng cách từ điểm đặt của lực đến
trục quay)
- Hướng dẫn học sinh đưa ra hệ quả từ
giả thuyết 1: Điều kiện cân bằng của vật
chịu tác dụng của hai lực là gì?
- Bố trí thí nghiệm kiểm tra:
(thí nghiệm trực diện)
+ Chia lớp thành 4 nhóm, yêu cầu nhóm
trưởng lên nhận dụng cụ thí nghiệm
+ Giới thiệu dụng cụ thí nghiệm:
Đĩa momen có trục quay cố định nằm
ngang xuyên qua tâm của đĩa Trên đĩa có
các vòng tròn đồng tâm có đường kính khác
nhau, trên các vòng tròn có các lỗ nhỏ để
móc các quả cân
+ Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm:
Đầu tiên, dùng dây mềm treo một quả
nặng có trọng lượng P1 = 0,5N vào một
điểm A cách tam đĩa (tức trục quay) một
khoảng l1 = 4cm Sau đó, treo quả nặng thứ
hai có trọng lượng P2 = 1N vào điểm B
cách tâm đĩa một khoảng l2 sao cho đĩa
momen cân bằng
+ Yêu cầu học sinh tìm điểm B trên đĩa
momen và nhận xét
+ Nhận xét kết quả thí nghiệm của học
sinh và đặt vấn đề: Nếu B không nằm trên
đường thẳng OA mà nằm ở các vị trí khác
trên vòng tròn tâm O, bán kính OB thì điều
dự đoán trên có đúng hay không?
- Hướng dẫn học sinh đưa ra giả
thuyết 2:
+ Yêu cầu học sinh tiếp tục làm thí
nghiệm tìm vị trí khác để treo quả nặng P2
mà đĩa vẫn cân bằng
+ Đặt vấn đề: Khi treo P2 ở các vị trí B,
C, D, đĩa vẫn cân bằng, mặc dù các tích số
P2.OB, P2.OC, P2.OD là khác nhau Vậy có
đặc điểm gì chung cho cả ba trường
hợp này?
+ Nhận xét, giới thiệu cánh tay đòn của
lực: Khoảng cách từ trục quay đến giá của
lực gọi là cánh tay đòn của lực, ký hiệu
- Trả lời: Điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực là F1l1 = F2l2
- Nhóm trưởng các nhóm lên nhận dụng cụ thí nghiệm
- Lắng nghe giáo viên giới thiệu dụng cụ, tìm hiểu dụng cụ
- Dựa vào hệ quả của giả thuyết 1 suy ra
l2 = 0,5.l1= 2cm Làm thí nghiệm và thấy điểm B nằm trên đường AO (O là tâm đĩa) Suy ra hệ quả của giả thuyết 1 đúng nên giả thuyết 1 đúng
- Di chuyển cho B ở một chỗ khác trên vòng tròn tâm O, bán kính OB thì đĩa không còn cân bằng nữa mặc dù l2 vẫn bằng 2cm Suy ra giả thuyết 1 không đúng
- Làm thí nghiệm thăm dò, tìm thấy nhiều
vị trí như C, D (C, D nằm trên đường thẳng vuông góc vói OA tại B)
- Suy nghĩ, liên hệ với thí nghiệm và nhận thấy điểm chung của ba trường hợp trên là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực là không đổi, vẫn là OB
Trang 4là d.
+ Đặt câu hỏi: Vậy tác dụng làm quay vật
của lực tỉ lệ với những yếu tố nào?
+ Yêu cầu học sinh đưa ra hệ quả từ giả
thuyết 2
- Bố trí thí nghiệm kiểm tra:
(thí nghiệm biểu diễn)
+ Bố trí thí nghiệm trong đó lực P2 được
truyền theo sợi dây vắt qua một ròng rọc để
đổi phương của lực nhưng không thay đổi
chiều dài tay đòn d2 của lực
+ Yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét
- Kết luận: Tác dụng làm quay vật của
lực tỉ lệ với tích số F.d
- Giới thiệu cho học sinh là tích số F.d có
ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu
tác dụng làm quay của lực, nên được đặt
một tên riêng là momen của lực (ký hiệu
là M): M = F.d Đơn vị momen của lực
trong hệ SI là niutơn mét, kí hiệu là N.m
- Yêu cầu học sinh phát biểu định nghĩa
momen lực
- Trả lời: Tác dụng làm quay vật của lực tỉ
lệ với tích số F.d (giả thuyết 2)
- Hệ quả: Điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực là P1d1 = P2d2 (d1, d2 là cánh tay đòn của lực P1, P2)
- Quan sát, nhận xét: Nếu thay đổi phương của lực nhưng không thay đổi độ dài tay đòn của lực thì đĩa vẫn cân bằng
- Phát biểu định nghĩa momen lực
Hoạt động 3 (8 phút): Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay
cố định (quy tắc momen) Ứng dụng.
- Yêu cầu học sinh từ thí nghiệm trên nêu
điều kiện cân bằng của một vật rắn có
trục quay cố định chịu tác dụng của hai lực
- Yêu cầu học sinh nêu điều kiện cân bằng
của một vật rắn có trục quay cố định chịu
tác dụng của nhiều lực
- Yêu cầu học sinh phát biểu quy tắc
momen, viết biểu thức quy tắc momen lực
- Lưu ý cho học sinh quy ước chọn chiều
dương của momen lực
- Yêu cầu học sinh nêu những hiện tượng
- Trả lời: Muốn cho một vật rắn có trục
quay cố định nằm cân bằng thì momen của lực P1 làm vật (đĩa) quay theo chiều ngược kim đồng hồ bằng với momen của lực P2
làm vật quay theo chiều kim đồng hồ
- Muốn cho một vật rắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổng momen các lực làm vật quay theo một chiều phải bằng với momen các lực làm vật quay theo chiều ngược lại
- Đọc sách giáo khoa và phát biểu, viết biểu thức quy tắc momen
Trang 5trong thực tế có liên quan quy tắc momen.
- Lưu ý với học sinh là quy tắc momen
lực còn được áp dụng cho cả trường hợp
một vận không có trục quay cố định, chẳng
hạn như cuốc chim đẩy tảng đá
- Trả lời: Cân đĩa, bập bênh, đòn gánh khi gánh hàng,
Hoạt động 4 (7 phút): Củng cố, dặn dò.
- Yêu cầu học sinh phát biểu lại định
nghĩa momen lực, quy tắc momen lực
- Yêu cầu học sinh giải thích hoạt động
của chiếc cân đĩa (cân thăng bằng)
- Nhận xét, chỉnh sửa câu trả lời của
học sinh
- Yêu cầu học sinh làm bài tập 4 trang 103
sách giáo khoa
- Nhận xét, nhấn mạnh với học sinh là
phải chỉ ra trục quay cố định của vật rắn,
cánh tay đòn của lực xác định như thế nào
(thể hiện bằng hình vẽ) Lưu ý các lực tác
dụng lên vật rắn phải có giá vuông góc với
trục quay thì mới áp dụng quy tắc momen
đối với lực đó
- Yêu cầu học sinh về nhà làm bài tập và
chuẩn bị trước bài mới
- Thực hiện yêu cầu của giáo viên.
- Trả lời: Đặt vật cần cân lên một đĩa cân,
bỏ các quả nặng lên đĩa cân còn lại Khi cân thăng bằng, trọng lượng của vật bằng trọng lượng của các quả cân (đã biết khối lượng)
Vì hai đòn cân hai bên quay quanh trục cố định, chiều dài của hai đòn cân là như nhau (cánh tay đòn bằng nhau) nên áp dụng quy tắc momen lực thì trọng lượng của vật bằng trọng lượng của các quả cân, suy ra khối lượng của vật cần đo
- Đọc đề và giải: Gọi lực cản của gỗ tác dụng vào đinh là
Theo quy tắc momen: F.d1 = Fc.d2
Suy ra: Fc = = = 1000 (N)
IV RÚT KINH NGHIỆM SAU TIẾT DẠY