1 Bài 2 : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH A. Mục tiêu bài học Kiến thức - Viết được công thức tính mômen quán tính của một vật rắn đối với một trục quay và nêu ý nghóa vật lý của đại lượng này. - Vận dụng kiến thức về mômen quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lý liên quan đến chuyển động quay của vật rắn. - Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố đònh và viết phương trình M I γ = - Giải các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn. Kó năng - Vận dụng được quy tắc mômen lực để giải được các bài tập về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố đònh. - Vận dụng được phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn quay quanh một trục cố đònh để giải các bài tập đơn giản khi biết mômen quán tính của vật. B. Chuẩn bò 1. Giáo viên a) Kiến thức và dụng cụ: Có thể dùng các tư liệu, các ví dụ trong thực tế trông qua các hình vẽ, tranh ảnh minh họa về chuyển động quay của vật rắn để khai thác các kiến thức có liên quan đến bài học. b)Phiếu học tập P1. Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố đònh thì mọi điểm của vật rắn có cùng góc quay. B. Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố đònh thì mọi điểm của vật rắn có cùng chiều quay. C. Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố đònh thì mọi điểm của vật rắn đều chuyển động trên các quỹ đạo tròn. D. Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố đònh thì mọi điểm của vật rắn đều chuyển động trong cùng một mặt phẳng. 2 P2. Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Mômen quán tính của vật rắn đối với một trục quay càng lớn thì sức ì của vật trong chuyển động quay quanh trục đó càng lớn. B. Mômen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào vò trí trục quay và sự phân bố khối lượng đối với trục quay. C. Mômen lực tác dụng vào vật rắn làm thay đổi tốc độ quay của vật. D. Mômen lực dương tác dụng vào vật rắn làm cho vật quay nhanh dần. P3. Một mômen lực không đổi tác dụng vào vật có trục quay cố đònh. Trong các đại lượng sau đại lượng nào không phải là hằng số? A. Gia tốc góc; B. Vận tốc góc; C. Mômen quán tính; D. Khối lượng. c)Đáp án phiếu học tập: 1(D), 2(D), 3(B) d)Dự kiến ghi bảng 3 1. Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực a. Momen lực đối với trục quay M = F.d • Đơn vò: N.m • Quy ước dấu + Momen lực F làm vật rắn quay theo chiều dương thì M = +F.d, + Momen lực F làm vật rắn quay ngược chiều dương thì M = -F.d. b.Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực + Xét vật rắn là quả cầu m nhỏ gắn đầu thanh rất nhẹ, có độ dài r. Vật m chỉ có thể quay trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua đầu O của thanh. •Phân tích: tn FFF  += . • Xét thành phần F t : + F t = ma t = mr γ →M = F t r = (mr 2 ) γ Vậy : 2 M (mr )= γ +Xét trường hợp vật rắn gồm nhiều chất điểm: 2 i i i i i M M (m r ) = = γ ∑ ∑ 2. Momen quán tính Mômen quán tính I của vật rắn đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) của vật rắn đối với chuyển động quay quanh trục ấy. Công thức: I = ∑ i 2 ii rm . I phụ thuôc khối lượng và sự phân bố khối lượng 3.Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố đònh M I= γ +Trong đó: M là tổng đại số các momen các lực đối với trục quay ∆ I: momen quán tính đối với trục ∆ γ : Gia tốc góc vật rắn. 4. Bài tập ví dụ Đề: (SGK) Tóm tắt: cho m: khối lượng của thùng nước I, R: momen quán tính và bán kính của hình trụ. Tính gia tốc của thùng nước Giải: SGK n F u t F u F u d O m 4 2 . Học sinh Ôân lại kiến thức vật lý lớp 10 (momen lực, phương trình động lực học của chất điểm F=ma, ý nghóa của khối lượng). 3. Gợi ý ứng dụng công nghệ thông tin - Phim minh họa cho mức quán tính của vật quay, sự quay của vật phụ thuộc vào cấu tạo của vật quay. - Chuẩn bò các hình vẽ có trong bài (nhằm tiết kiệm thời gian vẽ hình trên bảng) và có thể tìm trên internet các hình vẽ, ví dụ khác minh họa thêm. C. Tổ chức các hoạt động dạy học Hoạt động 1 ( 5phút): Ổn đònh tổ chức, kiểm tra bài cũ Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Lớp trưởng báo cáo tình hình lớp. Trả lời câu hỏi kiểm tra bài cũ của giáo viên nêu ra. Yêu cầu lớp trưởng cho biết tình hình lớp. Kiểm tra bài cũ Hoạt động 2( 7phút):: Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên -Khái niệm momen lực: Mômen lực M của lực F đối với vật rắn có trục quay cố đònh là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật rắn quanh trục cố đònh đó của lực F, và đo bằng tích số lực và cánh tay đòn. -Viết được công thức tính độ lớn momen lực: M=Fd -Nêu qui ước dấu của momen + Momen lực F làm vật rắn quay theo chiều dương thì M = +F.d, + Momen lực F làm vật rắn quay ngược chiều dương thì M = -F.d. GV yêu cầu học sinh hãy nhắc lại khái niệm momen lực. GV mở bài bằng cách nêu vấn đề: Trong chuyển động của chất điểm, a và F có mối liên hệ: F a m =   F a m =   . Câu hỏi đặt ra là: trong chuyển động quay của vật rắn giữa γ và M có mối quan hệ như thế nào? 5 - Trả lời câu hỏi C1 - Trả lời câu hỏi C2 -GV nêu câu hỏi C1 nhằm giúp học sinh ôn kiến thức đã học về mômen lực. -Để khích lệ sự tham gia của học sinh vào bài giảng, GV dùng gợi ý C2. -GV tiếp tục hướng dẫn học sinh lập luận như SGK để dẫn đến kiến thức: 2 ( )M mr γ = - Tiếp đó, GV xét trường hợp tổng quát: 2 i i i i i M M (m r ) = = γ ∑ ∑ Hoạt động 3 ( 10phút): Momen quán tính Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên - HS trả lời câu hỏi C3 - GV nêu câu hỏi C3 . - GV nói ý nghóa của đại lượng 2 i i i m r ∑ : đặc trưng cho mức quán tính của vật quay, gọi là momen quán tính I. - GV đưa vài ví dụ minh họa cho tính ì của vatä thể đối với chuyển động quay quanh một trục: con quay có momen quán tính lớn thì quay càng lâu và càng ổn đinh, các bánh đà cần có momen quán tính lớn để khi quay nó dự trữ năng lượng lớn… - GV nhấn mạnh để HS hiểu hệ thức 2 i i i I m r= ∑ : I không chỉ phụ thuộc khối lượng của vật rắn mà còn phụ thuộc cả vào sự phân bố khối lượng xa hay gần trục quay. 6 Hoạt động 4 ( 8phút): Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên - HS cần phải hiểu rõ: M là tổng đại số các momen ngoại lực. GV : từ công thức 2 i i i i i M M (m r ) = = γ ∑ ∑ và 2 i i i I m r= ∑ Suy ra : M I= γ Khẳng đònh: đây là phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố đònh. Hoạt động ( 7phút): Bài tập ví dụ Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên HS đọc đề bài, phân tích và vận dụng kiến thức vừa học để đề xuất cách giải bài toán. Thông qua bài tập này GV hướng dẫn HS cách vận dụng phương pháp động lực học Hoạt động 6 (8phút): Củng cố lại bài học Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên -Đọc phiếu học tập và suy nghó. - Trình bày đáp án. -Đọc các câu hỏi và bài tập trong SGK. Suy nghó và chọn đáp án cho các câu hỏi trắc nghiệm. Giải các bài tập tự luận. - Ghi bài tập về nhà. - Ghi nhớ lời dặn của giáo viên. -Yêu cầu học sinh trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập. -Gợi ý (nếu cần) -Yêu cầu HS: hãy trả lời các câu hỏi và làm các bài tập trong SGK. -Tóm tắt bài học. - Đánh giá tiết dạy. Giao bài tập về nhà cho học sinh: hãy làm các câu hỏi và bài tập còn lại trong phiếu học tập, trong SGK và sách bài tập. 7 - Căn dặn học sinh chuẩn bò bài cho tiết sau: Momen động lượng, đònh luật bảo toàn momen động lượng. D. Một số kinh nghiệm được rút ra từ bài dạy - Ghi lại những nhận xét của giáo viên dự giờ sau khi dạy xong - Gợi ý các câu hỏi kiểm tra đán giá. . γ →M = F t r = (mr 2 ) γ Vậy : 2 M (mr )= γ +Xét trường hợp vật rắn gồm nhiều chất điểm: 2 i i i i i M M (m r ) = = γ ∑ ∑ 2. Momen quán tính Mômen quán. nằm ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua đầu O của thanh. •Phân tích: tn FFF  += . • Xét thành phần F t : + F t = ma t = mr γ →M = F t r = (mr 2 )