GA 12 NC

Mục tiêu: - Hiểu được các khái niệm : vật rắn, chuyển động tịnh tiến của một vật rắn, toạ độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc của một điểm trên vật rắn.. - Nắm vững các công thức liên hệ giữ

GIÁO ÁN SỐ 1

BÀI 1: CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

I Mục tiêu:

- Hiểu được các khái niệm : vật rắn, chuyển động tịnh tiến của một vật rắn, toạ độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc của một điểm trên vật rắn

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

- Vận dụng đựơc các công thức của chuyển động quay đều, quay biến đổi đều để giải các bài tập đơn giản

II Chuẩn bị:

- Chuẩn bị các hình vẽ, tranh ảnh, đoạn phim minh hoạ về chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến của vật rắn để minh hoạ cho phần mở đầu và phần bài dạy

- Soạn phần minh hoạ Powerpoint : hình vẽ số 1.1 (với các hiệu ứng xuất hiện cho phù hợp với trình tự giảng phần 1, soạn các câu hỏi củng cố trên máy để chiếu cho HS làm sau bài học lý thuyết

- Oân tập phần Động học ở lớp 10: phương trình chuyển động thẳng đều, chuyển thẳng biến đổi đều, các công thức về chuyển động tròn, khái niệm chuyển động tịnh tiến

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

1) Tọa độ góc:

- Vật rắn chỉ chuyển động quay quanh trục Oz có đặc điểm sau:

 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, tâm nằm trên trục quay

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

- Vị trí của vật tại mỗi thời điểm xác định bằng tọa độ góc ϕ xác định bởi mặt

phẳng động P gắn với vật và mặt phẳng cố định Po Đơn vị của tọa độ góc là radian (rad)

- Chú ý: ta chỉ xét vật quay theo một chiều, chọn chiều dương là chiều quay của vật, khi đó ϕ>0

Xét vật rắn chuyển động quay:

 Tại thời điểm t, tọa độ góc của vật là ϕ

 Tại thời điểm t+∆t, tọa độ góc là ϕ+∆ϕ

Như thế, trong thời gian ∆t, vật quay góc ∆ϕ

a) Tốc độ góc trung bình : tb t

∆

∆

ω b) Tốc độ góc tức thời: ω ϕ ϕt =d dtϕ

∆

∆

=

→

∆lim0 hay ω=ϕ’(t) Tốc độ góc tức thời (tốc độ góc) là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh, chậm của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục tại thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của tọa độ góc theo thời gian

Đơn vị : rad/s

3) Gia tốc góc:

Xét vật chuyển động quay:

 Tại thời điểm t, vật có tốc độ góc ω

 Tại thời điểm t+∆t, vật có tốc độ góc ω+∆t

Như thế, sau thời gian t, tốc độ góc biến thiên một lượng ∆ω

a) Gia tốc góc trung bình : tb t

∆

∆

γ b) Gia tốc góc tức thời: γ t ωt =d dtω

∆

∆

=

→

∆ 0 lim hay γ =ω' t( )

Gia tốc góc tức thời (gia tốc góc) của vật rắn chuyển động 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

Đơn vị: rad/s2

4) Các phương trình động học của chuyển động quay :

a) Chuyển động quay đều:

Tốc độ quay: ω=const

Phương trình chuyển động: ϕ=ϕo+ωt

Trong đó: ϕo là tốc độ góc ban đầu khi t=0

b) Chuyển động quay biến đổi đều:

Gia tốc góc: γ=const

Các phương trình chuyển động quay biến đổi:

 PT tốc độ quay: ω=ωo+γt

 PT tọa độ góc: ϕ=ϕo+ωot+ 2

2

1

t

γ

 Công thức liên hệ tọa độ góc và tọa độ góc: ω2−ωo2 =2γ(ϕ−ϕo)

Chú ý: với quy ước chọn chiều quay là chiều dương, ϕ>0, ω>0:

 Chuyển động quay là nhanh dần: γ>0

 Chuyển động quay là chậm dần: γ<0

5) Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay :

- Nếu vật rắn quay đều: mỗi điểm trên vật có gia tốc hướng tâm độ lớn xác định

r r

v

2

ω

=

=

- Nếu vật rắn quay không đều: vecto gia tốc của mỗi điểm có hai thành phần:

 Gia tốc hướng tâm an đặc trưng cho sự thay đổi về hướng của vận tốc

 Gia tốc tiếp tuyến at đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của vận tốc:

v dt

dv

a t = = ' = ' ⇒ t =

Gia tốc của vật rắn: a=at +an với độ lớn: 2 2

t

a

a= +

II Các hoạt động tổ chức dạy học tại lớp:

HOẠT ĐỘNG 1: ỔN ĐỊNH TỔ CHỨC LỚP, DẪN DẮT VÀO CHƯƠNG, VÀO BÀI MỚI

• Đặt vấn đề, khơi gợi hứng thú học tập, tìm hiểu vấn đề của HS

• Hiểu khái niệm vật rắn, chuyển động tịnh tiến

- Cán bộ lớp báo cáo

- Lớp tiến hành chia nhóm theo

hướng dẫn của GV và cán bộ lớp

- HS nêu đặc điểm chuyển động

tịnh tiến

- HS trả lời : khảo sát các đại

lượng đặc trưng cho vật chuyển

động như: xác định vị trí, vận tốc,

gia tốc, quỹ đạo, xác định các

phương trình chuyển động…

- HS lắng nghe để thấy mục tiêu

của bài

- Yêu cầu cán bộ lớp giới thiệu lớp

- Hướng dẫn HS phân chia nhóm học tập (chia 6 nhóm, theo vị trí ngồi thuận lợi) để tiến hành các hoạt động nhóm trong suốt năm học

- Cho HS xem hình ảnh, phim về chuyển động của vật rắn (đu quay, cáp treo…) để giới thiệu chương

- Yêu cầu HS thử định nghĩa: Thế nào là vật rắn?

- Yêu cầu HS nhắc lại về đặc điểm chuyển động tịnh tiến (đã học ở lớp 10) Từ đó, GV dẫn dắt, giới thiệu vào khảo sát chương: khảo sát chuyển động quay của vật rắn

- Hỏi: khi khảo sát một chuyển động ta cần khảo sát những đại lượng nào? (có thể tùy mức độ để gợi ý, dẫn dắt HS)

- GV dẫn dắt vào bài: để khảo sát chuyển động quay của vật rắn, ta cũng

đi vào khảo sát các đại lượng đặc trưng cho chuyển động (tọa độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc) và thiết lập các phương trình đặc trưng cho chuyển động của vật

HOẠT ĐỘNG 2: TỌA ĐỘ GÓC

• Hiểu khái niệm Tọa độ góc

- HS quan sát và trả lời:

 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, tâm nằm trên trục quay

 Mọi điểm của vật đều quay được cùng

một góc trong cùng một khoảng thời

gian

- HS quan sát, ghi chép:

 Vị trí của vật tại mỗi thời điểm xác

định bằng tọa độ góc ϕ xác định bởi

mặt phẳng động P gắn với vật và mặt

phẳng cố định Po Đơn vị của tọa độ

góc là radian (rad)

 Chú ý: ta chỉ xét vật quay theo một

chiều, chọn chiều dương là chiều quay

của vật, khi đó ϕ>0

- GV cho HS xem lại hình ảnh về chuyển động quay của vật rắn, kết hợp làm thí nghiệm thật tại lớp: cho quyển sách quay quanh trục cố định đi qua gáy quyển sách, cánh cửa quay quanh bản lề Từ đó yêu cầu HS đưa ra nhận xét đặc điểm của chuyển động quay

- GV dùng hình ảnh bằng powerpoint để minh họa hình vẽ 1.1, từ đó giới thiệu các nội dụng về tọa độ góc

HOẠT ĐỘNG 3: TỐC ĐỘ GÓC

• Hiểu khái niệm Tốc độ góc

- HS trả lời:

t

x

v tb

∆

∆

∆

∆

= (∆t rất nhỏ)

- HS nghe hiểu và ghi chép:

 Tốc độ góc trung bình : tb t

∆

∆

ω

 Tốc độ góc tức thời:

dt

d t

ϕ ϕ

∆

∆

=

→

∆lim0 hay ω=ϕ’(t)

Tốc độ góc tức thời (tốc độ góc) là đại

lượng đặc trưng cho mức độ nhanh, chậm

của chuyển động quay của vật rắn quanh

một trục tại thời điểm t và được xác định

bằng đạo hàm của tọa độ góc theo thời

gian

- HS trả lời: Đơn vị : rad/s

- GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm, công thức vận tốc trung bình, vận tốc tức thời đã học ở lớp 10

- Dùng suy luận tương tự để đưa ra các công thức định nghĩa tốc độ góc trung bình, tốc độ góc tức thời

- Yêu cầu HS suy luận từ công thức đưa

ra đơn vị của tốc độ góc

HOẠT ĐỘNG 4: GIA TỐC GÓC

• Hiểu khái niệm Gia tốc góc

- HS trả lời:

t

v

a tb

∆

∆

=





; a v t

∆

∆

=





(∆t rất nhỏ)

- HS nghe hiểu và ghi chép:

 Gia tốc góc trung bình : tb t

∆

∆

γ

 Gia tốc góc tức thời:

dt

d t

t

ω ω

∆

∆

=

→

∆ 0

lim hay γ =ω' t( )

Gia tốc góc tức thời (gia tốc góc) của vật

rắn chuyển động 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

- HS trả lời: Đơn vị : rad/s

- GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm, công thức gia tốc đã học ở lớp 10

- Dùng suy luận tương tự để đưa ra các công thức định nghĩa gia tốc góc

- Yêu cầu HS suy luận từ công thức đưa ra đơn vị của gia tốc góc

HOẠT ĐỘNG 5: CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG QUAY

• Hiểu và vận dụng được các công thức của chuyển động quay, chuyển động quay biến đổi

- HS trả lời ra kết quả giống bảng 1.1

(t6_SGK)

- HS trả lời:

 Tốc độ quay: ω=const

 Phương trình chuyển động: ϕ=ϕo+ωt

Trong đó: ϕo là tốc độ góc ban đầu khi t=0

- HS thảo luận nhóm, báo cáo kết quả

Gia tốc góc: γ=const

Các phương trình chuyển động quay biến

đổi:

 PT tốc độ quay: ω=ωo+γt

- GV yêu cầu HS so sánh các đại lượng đặc trưng giữa chuyển động của chất điểm và chuyển động quay của vật rắn quanh trục

- GV yêu cầu HS nhắc lại đặc điểm, phương trình chuyển động thẳng đều, từ đó rút ra phương trình chuyển động quay đều

- Yêu cầu HS làm việc theo nhóm, trả lời câu hỏi C4 (t7_SGK), từ đó rút ra các đặc điểm của chuyển động quay đều

 PT tọa độ góc: ϕ=ϕo+ωot+ 2

2

1

t

γ

 Công thức liên hệ tọa độ góc và tọa độ

góc: ω2−ωo2 =2γ(ϕ−ϕo)

Chú ý: với quy ước chọn chiều quay là

chiều dương, ϕ>0, ω>0:

 Chuyển động quay là nhanh dần: γ>0

 Chuyển động quay là chậm dần: γ<0

HOẠT ĐỘNG 6: VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA CÁC ĐIỂM TRÊN VẬT QUAY

• Nắm vững các công thức liên hệ giữa tốc độ góc, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn

- HS trả lời: v=ω.R

r r

v

2

ω

=

=

- HS nghe, ghi chép:

Nếu vật rắn quay đều: mỗi điểm trên vật

có gia tốc hướng tâm độ lớn xác định

r r

v

2

ω

=

=

- HS nghe, ghi chép:

Nếu vật rắn quay không đều: vecto gia tốc

của mỗi điểm có hai thành phần:

 Gia tốc hướng tâm an đặc trưng cho sự

thay đổi về hướng của vận tốc

 Gia tốc tiếp tuyến at đặc trưng cho sự

thay đổi về độ lớn của vận tốc:

v dt

dv

a t = = ' = ' ⇒ t =

Gia tốc của vật rắn: a=at +an với độ lớn:

2

2

t

a

a= +

- Yêu cầu HS nhắc lại liên hệ giữa gia tốc, vận tốc dài và bán kính trong chuyển động tròn đều

- GV lập luận để HS thấy mỗi điểm trên vật rắn chuyển động tròn đều, từ đó thiết lập công thức quan hệ

- GV phân tích, giảng giải cho trường hợp quay không đều

HOẠT ĐỘNG 7: CỦNG CỐ, ÔN TẬP, DẶN DÒ

• Củng cố kiến thức, dặn dò bài tập về nhà

HS nghe, ghi chép lại yêu cầu GV nhấn mạnh lại những điểm trọng

tâm,cho HS bài tập về nhà (1 đến 8 SGK)