Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC I. Mục tiêu Học sinh phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực. Học sinh phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực). Học sinh vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải bài tập SGK và các bài tập tương tự. II. Chuẩn bị 1. Giáo viên Các dụng cụ thí nghiệm: − Các quả cân − Ròng rọc − Đĩa tròn có trục quay qua tâm − Thước đo có ĐCNN đến mm. − Dây chỉ không dãn. − Hai giá đỡ (một cái có kết hợp bảng dính). Chuẩn bị kiến thức liên quan. Làm thí nghiệm trước đề tránh sai sót có thề xảy ra. 2. Học sinh Đọc trước bài cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực. Xem lại kiến thức về đòn bẩy đã được học ở THCS. III. Tiến trình dạy học Hướng dẫn của giáo viên Dự kiến hoạt động của học sinh
Trang 1Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH
MOMEN LỰC
I. Mục tiêu
- Học sinh phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực
- Học sinh phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay
cố định (hay quy tắc momen lực)
- Học sinh vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực
để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải bài tập SGK và các bài tập tương tự
II. Chuẩn bị
1. Giáo viên
Các dụng cụ thí nghiệm:
− Các quả cân
− Ròng rọc
− Đĩa tròn có trục quay qua tâm
− Thước đo có ĐCNN đến mm
− Dây chỉ không dãn
− Hai giá đỡ (một cái có kết hợp bảng dính)
Chuẩn bị kiến thức liên quan
Làm thí nghiệm trước đề tránh sai sót có thề xảy ra
2. Học sinh
Đọc trước bài cân bằng của một vật có trục quay cố định Momen lực
Xem lại kiến thức về đòn bẩy đã được học ở THCS
III. Tiến trình dạy học
Hướng dẫn của giáo viên Dự kiến hoạt động của học sinh
Hoạt động 1: Xét tác dụng của lực với có trục quay cố định
− Đặt vấn đề: yêu cầu một học sinh cùng
lên đẩy cánh cửa về hai phía, đặt lần
lượt ở các vị trí khác nhau, yêu cầu học
sinh nhận xét cánh cửa chuyển động thế
nào khi tác động một lực, hai lực và
nhiều lực?
− Để làm rõ chuyển động này của cách
cửa, ta sẽ xét một ví dụ khác để gián tiếp
− Quay quanh bản lề của cửa
− Khi hai lực thì tùy vị trí đặt mà có thể không chuyển động
− Nhiều lực thì bên nào lực lớn hơn thì đẩy ngược về phía còn lại
Trang 2kiểm chứng giả thuyết về chuyển động
cánh cửa ta đã đặt ra
− GV giới thiệu bộ thí nghiệm với “đĩa
momen”, chỉ rõ trục quay của đĩa đi qua
trọng tâm nên trọng lực bị khử bởi phản
lực của trục quay và do đó đĩa luôn cân
bằng tại mọi vị trí
+ Nêu phương án và tiến hành thí
nghiệm biểu diễn để HS xem, rút ra
nhận xét lực tác dụng vào đĩa có tác
dụng như thế nào đối với đĩa
+Lần lượt tiến hành các thí nghiệm 1
lực, 2 lực và yêu cầu HS nhận xét về
kết quả thu được?
+Khi nào lực có tác dụng làm quay vật?
-Đặt vấn đề: Ta thấy rằng tác dụng làm
quay của các lực F1 và F2 đối với đĩa là
ngược nha Vậy ta có thể tác dụng đồng
thời vào đĩa hai lực để vật không quay
được không?
+ yêu cầu HS tìm vị trí điểm đặt, giá và
độ lớn của F2 để đĩa đứng yên (chọn
những cặp lực cho HS dễ nắm bắt và
tưởng tượng) Tại sao đĩa lại cân bằng
được?
-GV nhận xét, hoàn thiện kiến thức
Hoạt động 2: Xây dựng khái niệm momen
lực
− Đại lượng vật lí nào đặc trưng cho tác
dụng làm quay của lực? Đại lượng này
phải có giá trị như thế nào đối với hai
lực F1, F2 trong thí nghiệm trên?
+Xét xem tác dụng làm quay có phụ
thuộc vào độ lớn của lực và vị trí giá
của lực không?
+Các vòng tròn vẽ trên đĩa có thể cho
biết khoảng cách từ trục quay đến giá
-Lực F1 làm đĩa quay theo chiều kim đồng
hồ, lực F2 làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ
-Trường hợp vật có trục quay cố định thì lực
có tác dụng làm quay vật
-Đĩa đứng yên là do tác dụng làm quay của lực F1 đã cân bằng với tác dụng làm quay của lực F2
Trang 3của lực (thể hiện bằng dây treo và
thước đo)
+Xét khoảng cách từ trục quay đến giá
của các lực
+Gợi ý HS kiểm chứng các cặp lực
bằng cách:
• Thay đổi phương của các lực,
giữ nguyên độ lớn, khoảng cách
từ trục quay đến giá của lực (thí nghiệm 3)
• Thay đổi đồng thời độ lớn và
khoảng cách từ trục quay đến giá của lực sao cho tích của chúng không đổi
− Đưa ra khái niệm cánh tay đòn của lực
và momen của lực
Hoạt động 3: Tìm hiểu quy tắc momen lực
− Yêu cầu HS: hày sử dụng khái niệm
momen lực để phát biểu điều kiện cân
bằng của một vật có trục quay cố định?
− Đặt vấn đề: Nếu trong trường hợp vật
chịu tác dụng của ba lực trở lên thì điều
kiện cân bằng được phát biểu như thế
nào?
+Bố trí thí nghiệm 4, kiếm tra dự đoán
của HS
− GV nhắc lại quy tắc momen lực, ghi
bài
− GV mở rộng kiến thức: phạm vi ứng
dụng của quy tắc momen lực còn mở
rộng cho cả trường hợp vật không có
trục quay cố định mà có trục quay tức
thời xuất hiện trong một tình huống cụ
thể nào đó: ghế tựa, cái cuốc trong
C1…
Chú ý: Trong quá trình dạy có thể kết
hợp với việc lấy dẫn chứng thực tế từ
cách cửa, đồng thời tạo tính liên kết
-Tham gia thay đổi các giá trị của cặp lực, rút ra kết luận: Tích của lực và khoảng cách
từ trục quay đến giá của lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực Tích không đổi, thì tác dụng làm quay không đổi
-Phát biểu quy tắc
-Thỏa: M1+M2=M3 => F1d1+F2d2=F3d3
-Tham gia giải thích các ví dụ cùng GV
Trang 4cho bài giảng từ vấn đề đầu tiên đến
cuối bài.
Hoạt động 4: vận dụng và cũng cố
− Liên hệ đến các hiện tượng vật lý trong
cuộc sống
− Đặt câu hỏi và các bài tập vận dụng
− Trả lời câu hỏi và làm bài tập
Hoạt động 5: Giao nhiệm vụ về nhà
− Nhắc nhở học sinh về học bài
− Xem bài mới
− Học bài cũ
− Xem trước bài mới
B.THÍ NGHIỆM
I Cơ sở lý thuyết
− Momen lực đối với một trục quay
− quy tắc momen lực
II Tiến hành thí nghiệm
1) Thí nghiệm 1: một vật có trục quay cố định, chịu tác dụng của một lực (lực
là trọng lượng của quả cân)
− Treo quả cân 50g vào đĩa tròn cách tâm 6cm
− Tiến hành thay đổi khối lượng quả nặng 100g, 150g hoặc thay đổi độ dài cánh tay đòn 2cm,8cm
− Nhận xét: Khi có một lực tác dụng lên một vật có trục quay cố định,thì vật
sẽ chuyển động quanh trục (theo chiều hoăc ngược chiều kim đồng hồ) Đĩa tròn sẽ đứng yên khi lực có giá đi qua trục quay cố định (vật ở vị trí cân
bằng ),đĩa ở vị trí cân bằng.
2) Thí nghiệm 2: Cân bằng của một vật có trục quay cố định, chịu tác dụng của
nhiều lực ( 2 lực )
− Treo quả cân m1=50g cách tâm đĩa tròn d1=2cm
− Treo tiếp quả cân m2=100g ở vị trí d2 sau cho đĩa tròn cân bằng
Lần 1 m 1=50g d 1=8 cm
m 2= 100g d 2= 4 cm Lần 2 m 1=100g d 2= 6 cm
m 1=200g d 2= 3 cm
− Nhận xét: hai lực khác nhau làm cho hai vật quay hai chiều ngược nhau
=>làm cho đĩa đứng yên khi
F1 d1= F2d2
Trang 53) Thí nghiệm 3: Hai lực tác dụng vào vật có giá không song song.
− Giử nguyên P1 (m1=50g) cách trục d1 =2cm nhưng thay đổi giá P2 (100g) bằng cách dùng ròng rọc Tìm d2
− Thay đổi d1= 7,5 cm và tìm d2
Lần 1 m 1=50g d 1=2 cm
m 2= 100g d 2= 3,8 cm Lần 2 m 1=50g d 2= 7,5 cm
m 1=100g d 2= 3,5 cm
− Nhận xét: quan sát thí nghiệm thì d2= d1/2
− Điều kiện cân bằng đúng cho mọi trường hợp lực có độ lớn và giá khác nhau F1 d1= F2 d2
( Cánh tay đỏn phải vuông góc với giá của lực)
4) Thí nghiệm 4: Vật có tục quay cố định chịu tác dụng của ba lực (song
song)
− Treo m1=100g cách tấm đĩa tròn d1=2cm ; m2=100g cách tâm đĩa tròn
d2=4cm cùng một phía đĩa tròn (cùng làm đĩa quay cùng chiều kim đồng hồ)
− Treo quả cân m3=200g ở vị trí làm đĩa cân cân bằng
− Ta xác định được d3=6cm
Quy tắc momen lực ứng với ba lực trở lên