Giáo án vật lý 12 - Nâng cao

GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH Chương I. ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN MỤC TIÊU - Hiểu được khái niệm vật rắn và chuyển động của một vật rắn. - Biết cách xác định vị trí của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục cố định. - Hiểu được khái niệm: tốc độ góc, gia tốc góc, momen quán tính. - Viết được phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định. Vận dụng được phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định để giải các bài tập đơn giản khi biết momen quán tính của vật. - Hiểu được khái niệm momen động lượng của một vật rắn và viết được hệ thức của định luật này. Vận dụng được định luật bào toàn momen động lượng của một vật rắn đối với một trục. - Viết được công thức tính momen động lượng trong một số trường hợp vật rắn có dạng đặc biệt. Viết được công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định. Ngày soạn: 15-08-2009. Tiết 1-2. Bài 1. CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH. I.Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được các khái niệm: tọa độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc. - Viết được các phương trình của chuyển động quay biến đổi đều. - Nắm vững công thức liên hệ giữa tốc độ góc, tốc độ dài, gia tốc góc, gia tốc dài của một điểm trên vật rắn. 2) Kĩ năng: - Biết vận dụng các công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều để lập các phương trình động học của chuyển động quay. - Giải được các bài toán áp dụng nội dung bài học. II. Chuẩn bị: 1) GV: - Vẽ trước hình vẽ của SGK. - Một mô hình vật rắn quay quanh một trục cố định. 2) HS: - Có đủ SGK. - Ôn tập phần: Động học chất điểm lớp 10. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Tiết 1. Hoạt động 1: (5’) TÌNH HUỐNG HỌC TẬP. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nêu hai câu hỏi gợi ý, xây dựng nội dung cần thực hiện của bài. H 1 . Có thể khảo sát chuyển động tịnh tiến của một vật thế nào? Vì sao? Cho HS quan sát mô hình một vật rắn quay quanh một trục cố định. H 2 . Khảo sát chuyển động quay của vật rắn bằng cách nào? Giới thiệu nội dung cần tìm hiểu. Thảo luận, trả lời nội dung câu hỏi: + Chỉ cần khảo sát chuyển động tịnh tiến của một điểm bất kì trên vật. Vì khi vật chuyển động tịnh tiến, mọi điểm trên vật có quỹ đạo giống hệt nhau. + Trao đổi và trả lời: - Xác định các đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay. - Qui luật của chuyển động và liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động. Hoạt động 2. (10’) TÌM HIỂU KHÁI NIỆM TỌA ĐỘ GÓC. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Sau khi cho HS xem mô hình vật rắn quay quanh một trục, nêu và phân tích khi HS trả lời + Quan sát thêm hình (1.1)- SGK. Trả lời câu hỏi. 1) Tọa độ góc: Chuyển động quay quanh một trục bất kì cố định của một vật rắn có hai đặc Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 1 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung bằng câu hỏi gợi ý: H 1 (hình 1.1) Khi vật quay quanh trục Az thì các điểm M, N trên vật sẽ chuyển động thế nào? H 2 Trong cùng một khoảng thời gian, góc quay của các điểm M, N khác nhau trên vật có giá trị thế nào? H 3 Khi quay, vị trí của vật có thể xác định bằng đại lượng nào? Giảng nội dung: Khái niệm tọa độ góc ϕ với điều kiện phải chọn một chiều dương và một mp mốc (P o ), một mp(P) gắn liền với vật chuyển động quay. H 4 Khi vật rắn quay quanh trục cố định? Sự biến thiên của góc ϕ theo thời gian cho ta biết gì về chuyển động quay của vật? → giới thiệu tọa độ góc ϕ. -Nội dung trả lời phải trùng với nội dung SGK trình bày. -Phải phát hiện 2 đặc điểm của chuyển động. + Tìm hiểu vị trí góc ϕ giữa hai mp(P o ) cố định và mp(P) di động. -Thảo luận, tìm hiểu được: + ϕ thay đổi theo thời gian khi vật quay. + Dùng góc ϕ để xác định vị trí của vật vào một thời điểm bất kì. điểm: -Mỗi điểm trên vật vạch nên một đường tròn nằm trong mp vuông góc với trục quay, tâm trên trục quay, bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay. -Mọi điểm trên vật đều quay được cùng một góc trong cùng một khoảng thời gian. -Vị trí của vật tại mỗi thời điểm được xác định bằng góc ϕ tạo bởi một mp động (P) và mp(P o ) cố định (gọi là toạ độ góc) -Sự biến thiên của góc ϕ theo thời gian cho ta biết qui luật chuyển động quay của vật. Hoạt động 3. (10’) Tìm hiểu khái niệm TỐC ĐỘ GÓC. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Câu hỏi gợi ý: H 1 Để đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động tính tiến, ta dùng khái niệm gì? Mức độ nhanh, chậm của chuyển động quay dùng khái niệm gì đặc trưng? H 2 Thế nào là tốc độ góc trung bình? Tốc độ góc tức thời? -Hướng dẫn HS xây dựng từ tốc độ trung bình, tức thời của chuyển động thẳng. -Nêu câu hỏi C 2 SGK. H 3 Hãy so sánh tốc độ góc của các điểm A, B … trên vật cách trục quay khoảng r 1 , r 2 … (câu hỏi này nêu sau khi HS trả lời câu hỏi C 2 SGK) -Thảo luận nhóm. +Với chuyển động tịnh tiến: dùng tốc độ dài ↔ tọa độ dài x. → Chuyển động quay có vị trí xác định bằng tọa độ góc. → Dùng tốc độ góc để đặc trưng. -Xây dựng ω tb ; ω tt theo SGK. -Phát biểu định nghĩa: SGK. +Thảo luận nhóm, trả lời câu hỏi C2. -Tìm góc quay ứng với 450 vòng: ∆ϕ = 2π.450 -Tìm thời gian quay 450 vòng: ∆t = 1’ = 60” -Tìm 47 /rad s t ϕ ω π ∆ = = ∆ -Xác định ω A = ω B = … Vì ∆ϕ A = ∆ϕ B = … ∆t A = ∆t B = … 2) Tốc độ góc: Đại lượng đặc trưng cho mức độ quay nhanh, chậm của vật rắn. Thời điểm t ↔ góc ϕ. Thời điểm t + ∆t ↔ góc ϕ + ⇒ góc quay được trong thời gian ∆t là ∆ϕ a) Tốc độ góc trung bình: tb t ϕ ω ∆ = ∆ b) Tốc độ góc tức thời: 0 lim t d t dt ϕ ϕ ω ∆ → ∆ = = ∆ c) Định nghĩa tốc độ góc tức thời: là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của toạ độ góc theo thời gian. d) Đơn vị: rad/s Hoạt động 4. (15’) Tìm hiểu KHÁI NIỆM GIA TỐC GÓC. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Câu hỏi gợi ý: H 1 Khi vật rắn quay không đều, tốc độ góc thay đổi. Để đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của tốc độ góc, ta đưa ra khái niệm gì? H 2 Thế nào là gia tốc góc trung bình? Gia tốc góc tức -Trả lời câu hỏi theo gợi ý: +Cơ sở gia tốc a tb , a tt của chuyển động thẳng → gia tốc góc trung bình, gia tốc góc tức thời. -Thảo luận nhóm, trả lời C 3 . Phân tích: ω o = 0. Sau ∆t = 2s: ω = 10rad/s 3) Gia tốc góc: +Thời điểm t, vận tốc góc ω o +Thời điểm t + ∆ϕ vận tốc góc là ω o +∆ω a) Gia tốc góc trung bình: tb t ω γ ∆ = ∆ b) Gia tốc góc tức thời: Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 2 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH thời? Có phải dấu của gia tốc góc cho ta biết vật rắn quay nhanh dần hay chậm dần không? -Nêu câu hỏi C 3 (SGK) Tìm 2 0 5 / tb rad s t ω ω γ − = = ∆ 0 lim t d t dt ω ω γ ∆ → ∆ = = ∆ -Định nghĩa: là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian -Đơn vị: rad/s 2 Hoạt động 5. (5’) Củng cố: GV nêu câu hỏi để HS vận dụng nội dung bài học: H 1 . Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định xác định bằng đại lượng nào? H 2 . Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức: - Tốc độ góc trung bình, tốc độ góc tức thời. - Gia tốc góc trung bình, gia tốc góc tức thời. H 3 . Nêu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và các đại lượng dài trong chuyển động thẳng. IV. Rút kinh nghiệm. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… …… Tiết 2. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (15’) Thông tin về: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG QUAY. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Hướng dẫn HS tìm hiểu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và đại lượng dài trong chuyển động thẳng thông qua bảng 1.1-SGK. -Nêu câu hỏi gợi ý: H 1 Xét hai dạng chuyển động quay của vật rắn có: -Tốc độ góc không đổi. -Gia tốc góc không đổi. Nêu tính chất của hai loại chuyển động trên. H 2 Trong hai trường hợp của chuyển động thẳng đều, thẳng biến đổi đều, các pt có dạng thế nào? Hãy suy ra các pt chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. H 3 So sánh dấu của γ trong hai trường hợp: -Quay nhanh dần. -Quay chậm dần. *Cần lưu ý: xét dấu của ω và γ mới xác định tính chất của chuyển động. -Tìm hiểu nội dung của bảng 1.1 Thảo luận nhóm. -Trả lời câu hỏi H 1 : + ω không đổi: vật chuyển động quay đều. + γ không đổi: chuyển động quay không đều, quay biến đổi đều. -Thảo luận nhóm, nhớ lại: +Thẳng đều: v = hằng số. x = x o + vt +Thẳng biến đổi đều: a =hằng số. v = v o + at 2 0 0 2 2 0 2 2 at x x v t v v as = + + − = → Các phương trình cho chuyển động quay. -Trả lời H 3 . 4) Các phương trình động học của chuyển động quay: Hai trường hợp: 1.Chuyển động quay đều: (ω = hằng số) +Chọn t =0 lúc mp(P) lệch mp(P o ) góc ϕ o ϕ o : tọa độ góc lúc t = 0. + Tọa độ góc vào thời điểm t: ϕ = ϕ o + ωt 2.Chuyển động quay biến đổi đều: γ = hằng số. ( ) 0 2 0 2 2 0 0 2 2 t t t ω ω γ γ ϕ ϕ ω ω ω γ ϕ ϕ = + = + + − = − + ω và γ cùng dấu: ω.γ > 0: quay nhanh dần. + ω và γ trái dấu: ω.γ < 0: quay chậm dần. Hoạt động 2. (20’) Thông tin về: VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA ĐIỂM TRÊN VẬT QUAY Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 3 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Nêu câu hỏi gợi ý: H 1 Nhắc lại công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài của một điểm chuyển động trên quỹ đạo tròn bán kính r. H 2 Khi vật rắn quay đều, mỗi điểm trên vật chuyển động với vận tốc, gia tốc có hướng và độ lớn thế nào? H 3 Khi vật rắn quay không đều, vectơ a r của các điểm trên vật có hướng thế nào? H 4 Khi vectơ gia tốc a r của điểm trên vật tạo với bán kính một góc α, tìm độ lớn vectơ a r thế nào? -Hướng dẫn HS phân tích hình 1.6. H 5 Tổng hợp hai thành phần của a r , ta được a r có độ lớn và hướng xác định thế nào? -Trả lời câu hỏi gợi ý. -Từ chuyển động tròn đều, HS nhắc lại các công thức : 2 2 n v r v a r r ω ω = = = -Thảo luận nhóm. Vẽ các vectơ o v uur và v r ở hai thời điểm t o , t bất kì → a r hướng vào bề lõm quỹ đạo. -Phân tích hình 1.6. -Thảo luận nhóm, suy tìm kết quả. 1) Tốc độ dài của một điểm chuyển động trên quỹ đạo tròn: v = ωr. 2) Vật quay đều. v r của mỗi điểm chỉ thay đổi hướng, độ lớn không đổi. Mỗi điểm của vật có gia tốc hướng tâm: 2 2 n v a r r ω = = 3.Vật rắn quay không đều: mỗi điểm chuyển động tròn không đều. a r : hướng vào bề lõm quỹ đạo tạo với bán kính góc α. -Phân tích n t a a a = + r uur ur + n a v⊥ uur r : đặc trưng sự thay đổi về hướng của v r : gia tốc pháp tuyến. 2 2 n v a r r ω = = + t a ur có phương của v r : đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của v r : gia tốc tiếp tuyến. ( ) ' ' ' t a v r r ω ω = = = Hay t a r γ = +Độ lớn gia tốc a: 2 2 n t a a a = + + Hướng của a r : véc tơ a r tạo một góc α với bán kính: 2 tan t n a a γ α ω = = Hoạt động 3. (10’) Củng cố - Dặn dò: 1) Cho HS tự giải bài tập trắc nghiệm số 2 SGK trang 9. 2) Gọi 2 HS lên bảng giải dồng thời hai bài toán: Bài 1. Một cánh quạt dài 20cm. Tốc độ dài của một điểm ở vành cánh quạt bằng 15m/s, nó quay với tốc độ góc bao nhiêu? Bài 2. Một cánh quạt quay với tốc độ góc không đổi bằng 94rad/s. Tốc độ dài của một điểm ở vành cánh quạt bằng 18,8m/s. Cánh quạt có chiều dài bao nhiêu? 3) Chuẩn bị: - Giải bài tập 5, 6, 7, 8 SGK. - Xem lại bài Momen lực SGK lớp 10. IV. Rút kinh nghiệm. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… …… Ngày soạn: 17-08-2009 Tiết 3-4. Bài 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 4 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Viết được công thức tính momen quán tính của một vật rắn đối với một trục quay và nêu được ý nghĩa của đại lượng này. - Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và viết được phương trình M = I.γ 2) Kĩ năng: - Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải một số hiện tượng vật lí liên quan đến chuyển động quay của vật rắn. - Giải tốt các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn. II. Chuẩn bị: 1) Giáo viên: Dùng các VD trong thực tế thông qua các hình vẽ, tranh ảnh minh họa về chuyển động quay của vật rắn để khai thác kiến thức có liên quan đến bài học. 2) Học sinh: Ôn tập kiến thức vật lí lớp 10: momen lực, khối lượng, phương trình động lực học của chất điểm. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: (TIẾT 3) Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra. GV nêu nội dung kiểm tra: H 1 . Viết các pt của chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn quanh một trục cố định. Áp dụng: Giải bài tập số 5, SGK trang 9. HS trả lời và giải bài toán trên bảng. Cả lớp theo dõi và nhận xét. Hoạt động 2. (25’) Tìm hiểu Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung - Nêu vấn đề: Trong chuyển động của chất điểm, gia tốc của chất điểm và lực tác dụng có mối liên hệ được diễn tả bằng định luật II Niutơn F a m = ur r . Trong chuyển động quay của vật rắn, giữa gia tốc góc và momen lực có mối liên hệ thế nào? - Nêu các câu hỏi gợi ý để HS phát hiện vấn đề. H 1 Tác dụng lực lên vật rắn để vật quay quanh một trục cố định, ta có thể thay đổi các yếu tố nào để vật quay càng mạnh? GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi C 1 (bằng nội dung câu hỏi H 1 ) - Cho HS xem mô hình theo hình 2.1. Giới thiệu chi tiết và cho quả cầu quay để HS quan sát. Nêu câu hỏi gợi ý: H 2 . Vì sao không quan tâm đến lực pháp tuyến n F uur trong chuyển động của quả cầu? - Hướng dẫn HS lập luận, xây dựng hệ thức: i i M M = ∑ -Phân tích tìm hiểu lại nội dung phương trình: F a m = ur r - Thảo luận nhóm, trả lời H 1 : Để vật quay càng mạnh: + Tăng dần độ lớn của lực. + Thay đổi sao cho phương của lực không qua trục quay và có giá càng xa trục quay. - Khảo sát chuyển động quay của vật trên mp ngang theo hình 2.1. Trả lời câu hỏi H 2 . + Thành phần pháp tuyến n F uur làm vật chuyển động trên đường tròn nhưng không làm thay đổi tốc độ góc. t F uur thành phần này gây nên gia tốc tiếp tuyến, tức là có biến đổi tốc độ góc. - Thảo luận nhóm, xây dựng phương trình (2.6) 1) Momen lực đối với một trục quay. M = F.d d(m): tay đòn của lực. F(N): lực tác dụng M (N.m) mô men lực M > 0: nếu có tác dụng làm vật quay theo chiều (+). M < 0:… ngược lại. 2) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực: M : tổng các momen lực tác dụng lên toàn bộ vật rắn. (ngoại lực) ( ) 2 i i i i i M M m r γ = = ∑ ∑ Lưu ý: Mô men của các nội lực bằng không. Hoạt động 3. (10’) Tìm hiểu: Momen quán tính. Hoạt động của GV Hoạt động của GV Nội dung - Nêu câu hỏi gợi ý: 3) Momen quán tính: Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 5 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH H 1 . Phương trình: ( ) 2 i i i i i M M m r γ = = ∑ ∑ Rút ra nhận xét gì về ý nghĩa vật lí của đại lượng 2 i i i m r ∑ ? H 2 . Đại lượng dùng đặc trưng cho vật rắn về phương diện gì? -Nêu vài VD để HS hiểu tính ì của vật đối với chuyển động quay quanh một trục, từ đó giới thiệu 2 i i i I m r = ∑ : momen quán tính của vật quay. H 3 . Nhận xét gì về độ lớn của momen quán tính của một vật rắn? Nêu đơn vị của momen quán tính. -Giới thiệu công thức tính I của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng. (trục qua khối tâm G) -Thảo luận nhóm, tìm hiểu ý nghĩa vật lí đại lượng 2 i i i m r ∑ . Trả lời câu hỏi H1, H2. +Có ý nghĩa tương tự khối lượng m trong phương trình F = ma. +Đặc trưng cho mức quán tính của vật quay. -Tiếp nhận khái niệm mo- men quán tính 2 i i i I m r = ∑ -Thảo luận, trả lời H 3 . Dự kiến HS không phát hiện được, GV trình bày. +Độ lớn I phụ thuộc khối lượng của vật rắn; sự phân bố khối lượng gần hay xa trục quay. a) Định nghĩa: Mô men quán tính I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy b) Biểu thức: 2 i i i I m r = ∑ c) Công thức tính momen quán tính của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng (trục qua khối tâm vật) + Thanh có tiết diện nhỏ, độ dài l: 2 1 12 I ml = + Vành tròn, bán kính R:I = mR 2 . + Đĩa tròn mỏng: 2 1 2 I mR= + Khối cầu đặc: 2 2 5 I mR = + Khối cầu rỗng 2 3 2 mRI = + Chất điểm cách trục quay r: I = mr 2 . Hoạt động 4. (5’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà. - Yêu cầu HS giải các bài tập 7,8 SGK trang 14. - Ôn tập kiến thức dạng khác của định luật II Niu tơn ,định luật bảo toàn động lượng - So sánh các đại lượng tương ứng của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… …… Tiết :4 III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra. GV nêu nội dung kiểm tra: H 1 . Mô men quán tính là gì? Nó đặc trưng cho tính chất gì của chuyển động quay? Nó phụ thuộc vào yếu tố nào? H 2 . Viết pt động lực học của chất điểm. Nêu ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình. HS trả lời và giải bài toán trên bảng. Cả lớp theo dõi và nhận xét. Hoạt động 2. (10’) Tìm hiểu: Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung H 1 . Với khái niệm momen quán tính hãy viết lại dạng khác của phương trình: ( ) 2 i i i M mr γ = ∑ Nhận xét: -Giới thiệu pt: M = I.γ -Thảo luận nhóm: +Viết pt: M = I.γ +Nhận xét: giống dạng pt: F = ma. 4)Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định: .M I γ = Hoạt động 3. Bài tập ví dụ (25’): Hoạt động của GV Hoạt động của GV Nội dung Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 6 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH *GV giới thiệu bài toán VD. Nêu câu hỏi gợi ý: H 1 . Hình trụ và thùng nước chuyển động thế nào? Viết pt chuyển động. H 2 . Gia tốc tịnh tiến của thùng và gia tốc chuyển động quay của hình trụ liên hệ thế nào? -GV hướng dẫn HS cách vận dụng phương pháp động lực học, các công thức và phương trình động lực học của chuyển động quay để giải các bài toán. Lưu ý cách vận dụng tốt các pt và cách giải để tìm kết quả. *Yêu cầu chuẩn bị ở nhà: -Giải bài tập SGK trang 14. -Ôn tập bài: Định luật bào toàn động lượng ở lớp 10. -Đọc nội dung bài toán. Thảo luận nhóm, phân tích chuyển động của hình trụ và thùng nước. -Trả lời câu hỏi gợi ý. + Thùng nước chuyển động tính tiến. + Hình trụ chuyển động quay quanh một trục cố định. - Vậy phải áp dụng định luật nào cho các vật đó? Thùng nước chịu tác dụng của trọng lực gm  và lực căng T  của sợi dây. Áp dụng định luật II Newton cho chuyển động tịnh tiến của thùng nước, ta có : maTmg =− (1) Ròng rọc chịu tác dụng của trọng lực gM  , phản lực Q  của trục quay và lực căng 'T  của sợi dây (T’ = T). Lực căng 'T  gây ra chuyển động quay cho ròng rọc. Momen của lực căng dây 'T  đối với trục quay của ròng rọc là : TRRTM == ' . Áp dụng phương trình động lực học cho chuyển động quay của ròng rọc, ta có : γ ITR = (2) Gia tốc tịnh tiến a của thùng nước liên hệ với gia tốc góc γ của ròng rọc theo hệ thức : R a = γ (3) Từ (2) và (3) suy ra : 2 R Ia R I T == γ (4) Thay T từ (4) vào (1), ta được : g m I R I m mg ama R Ia mg       + = + =⇒=− 2 2 2 R 1 1 Hoạt động 4. (5’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà. - Yêu cầu HS giải các bài tập 1,2,3,4,5,6 SGK trang 14. - Ôn tập kiến thức Định luật II Niu tơn để vận dụng giải bài tập ở tiết sau. - So sánh các đại lượng tương ứng của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. Ngày soạn: 19 -08-2009 Tiết 5: BÀI TẬP I.Mục tiêu. 1.Kiến thức - Nắm được công thức tính momen quán tính của một vật rắn đối với một trục quay v - Nắm vững công thức liên hệ giữa tốc độ góc, tốc độ dài, gia tốc góc, gia tốc dài của một điểm trên vật rắn. 2.Kĩ năng. - Viết được phương trình M = I.γ vận dụng để giải bài tập động lực học vật rắn. Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 7 Q  gM  'T  T  gm  Hình 7. Các lực tác dụng vào ròng rọc và thùng nước. GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH - Vận dụng các công thức của chuyển động quay để giải bài tập. - Viết được các phương trình của chuyển động quay biến đổi đều. II. Chuẩn bị. 1. Giáo viên. Soạn một số bài tập cần chữa. Chuẩn bị phiếu học tập 2. Học sinh. Học và làm bài tập vế nhà III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. Bài tập 1 Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Giới thiệu bài toán số 1: -Hướng dẫn HS phân tích và giải bài toán bằng gợi ý: H 1 : Đĩa mài chuyển động như thế nào? H 2 : So sánh phương trình đã cho với phương trình tổng quát để tìm 0 ω và γ -H 3 : Góc quay được là đại lượng nào? Góc quay trong 4 s và giây thứ 4 xác định như thế nào? - Hs ghi chép và trả lời câu hỏi của Gv: +CĐ quay Nhanh dần đều + srad /4 0 = ω 2 /6 srad= γ + Góc quay được là 0 ϕϕϕ −=∆ + Bài 1: Vị trí góc của một điểm trên mép của một đĩa mài đang quay được cho bởi phương trình: ϕ = 5+4t+3t 2 (rad, s) a)Tính vận tốc góc lúc t=2s và lúc t=4s? b) Tính vận tốc góc trung bình trong khoảng thời gian ∆ t = 2s tính từ thời điểm ứng với t =2s. c) Góc quay của đĩa quay được trong thời gian 4s và trong giây thứ 4? Giải: a)có t64' +== ϕω t=2s thì ω =16ad/s t=4s thì ω =28rad/s b) srad /22 2 21 = + = ωω ϖ vì quay biến đổi đều. c) trong 4s thì srad /69 4 = ϕ trong 3s thì srad /44 3 = ϕ trong giây thứ 4 srad /25 34 =−=∆ ϕϕϕ Hoạt động 2. Bài tập 2 Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Giới thiệu bài toán 2 Nêu câu hỏi gợi ý H 1 : Momen phát động tính bằng công thức nào? H 2 : Momen quán tính của ròng rọc tính bằng công thức nào? H 3 : Giả thiết nào của bài toán cho phép xác định được gia tốc góc? - Tính tốc độ góc sau 3s là tính giá trị nào ? ta phải làm gì? -Phân tích phần trình bày và cách giải của HS. Cho HS nhận xét kết quả. -HS đọc và phân tích đề. Ròng rọc( Đĩa tròn) đồng chất: M = 2kg; R = 20cm. -Thảo luận, chọn công thức giải bài toán. -Cá nhân luyện tập và trình bày kết quả. Bài 2: Một ròng rọc có bán kính R = 20cm, có khối lượng 2kg. . Lúc đầu ròng rọc đang quay đều với vận tốc góc 0 ω = 2(rad/s). quanh trục đối xứng của nó. để tăng tốc độ quay của ròng rọc người ta tác dụng vào ròng rọc một lực không đổi F = 1,2N tiếp tuyến với vành. Bỏ qua mọi sức cản. Tính tốc độ của ròng rọc sau 3s tính từ lúc có lực tác dụng, Giải AD 22 .04,0 2 1 mkgmRI == Có γ IM = 2 ,6 . srad I RF I M ===⇒ γ ADCT sradt /20 0 =+= γωω Hoạt động 3. Bài tập 3 Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 8 m 2 m 1 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH -Giới thiệu bài toán số 2 -Hướng dẫn HS phân tích và giải bài toán bằng gợi ý: H 1 : Có mấy vật chuyển động và chuyển động như thế nào? H 2 : Phân tích các lực tác dụng vào từng vật và cho biết tác dụng của các lực hay mô men lực đó H 3 : Viết phương trình động lực học cho các chuyển động tương ứng đó Hs ghi chép và trả lời câu hỏi của Gv: + Có 3 vật chuyển động + 1 m và 2 m chuyển động thẳng ròng rọc quay + AD Định luật II Niu tơn cho 1 m và 2 m + AD phương trình .M I γ = cho ròng rọc + Kết hợp với điều kiện giữa gia tốc góc và gia tốc tiếp tuyến suy ra lời giải Bài 2: Một ròng rọc có hai rãnh, rãnh ngoài có bán kính R = 20cm, Rãnh trong có bán kính r = 15cm, momen quán tính của vật là I=0,5kgm 2 .Mỗi rãnh có một dây không dãn quấn vào đầu dưới của dây mang vật m 1 =400g và m 2 = 600g, Cho g = 10m/s 2 , bỏ qua mọi ma sát, biết dây không trượt trên ròng rọc. Tính : a) gia tốc chuyển động của vật m 1 và m 2 ? b) Gia tốc góc của ròng rọc? Gợi ý: - Phân tích lực vào từng vật - So sánh mô men của 1 T và 2 T rồi chọn chiều dương. - AD định luật II NIu tơn F=m.a Và .M I γ = cho từng vật. - kết hợp với điều kiện R a r a 21 == γ Tìm kết qủa Hoạt động 4. Củng cố. Hướng dẫn chuẩn bị ở nhà. 1) GV hướng dẫn HS rút ra nhận xét chung qua việc giải bài toán. - Phân tích đúng chuyển động của vật trong một hệ vật. - Xác định đúng các đại lượng đặc trưng cho từng chuyển động. - Viết đúng phương trình ĐLH cho từng chuyển động. - Vận dụng đúng công thức. - Luyện tập tốt kĩ năng phân tích, tổng hợp và tính toán. 2)GV yêu cầu HS học tập ở nhà.Ôn tập kiến thức động lượng và momen lực, định luật bảo toàn momen động lượng. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………… …… Ngày soạn: 21-08-2009 Tiết: 6 Bài 3. MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được khái niệm momen động lượng là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của một vật rắn quay quanh một trục. - Hiểu định luật bảo toàn momen động lượng. 2) Kĩ năng: - Giải các bài toán đơn giản về momen động lượng và ứng dụng định luật bảo toàn momen động lượng. - Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng trong thực tế, biết các ứng dụng của định luật bảo toàn momen động lượng trong đời sống vả kĩ thuật. II. Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Dùng những tư liệu, 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. Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 9 GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM GV: ĐOÀN VĂN DOANH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM ĐỊNH ĐỊNH - Hướng dẫn HS thực hiện những thí nghiệm liên quan đến kiến thức bài học. 2) Học sinh: Ôn tập kiến thức động lượng và momen lực, định luật bảo toàn momen động lượng. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra bài cũ: GV nêu câu hỏi: - Câu số 2 và 5 của SGK trang 14. - Nêu một bài tập:Một bánh xe có momen quán tính đối với trục cố định là 6kgm 2 , đang đứng yên thì chịu tác dụng của một momen lực 30N.m.Bỏ qua mọi lực cản. Sau bao lâu, kể từ lúc bắt đầu quay,bánh xe đạt tốc độ góc 100 rad/s HS được kiểm tra thực hiện trên bảng. GV nhận xét, phê điểm. Hoạt động 2. (10’) Tìm hiểu khái niệm: MOMEN ĐỘNG LƯỢNG Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Hướng dẫn HS lập pt động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định theo momen quán tính và tốc độ góc của vật rắn bằng các câu hỏi gợi ý: H 1 . Viết pt động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định. Biến đổi theo tốc độ góc ω vật đạt được. H 2 . Nhận xét gì về ý nghĩa của đại lượng vật lí L = Iω ? -Viết pt: ( )dv d mv dp F ma m dt dt dt = = = = Hướng dẫn HS tìm hiểu L = Iω -Xây dựng phương trình: ( )d I M I dt ω γ = = như SGK theo hướng dẫn của GV. -Phân tích bảng 3.1 tìm hiểu ý nghĩa vật lí đại lượng L = Iω 1) Momen động lượng: a) Dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn quay M = I.γ (1) I không đổi. d dt ω γ = (2) Từ (1) và (2): ( )d I M dt ω = (3) Đặt L = Iω từ (3) dL M dt ⇔ = b) Đại lượng L =Iω( Đặc trưng cho chuyển động quay về mặt động lực học) gọi là momen động lượng của vật rắn đối với trục quay. Đơn vị: kgm 2 /s Hoạt động 3. (10’) Tìm hiểu ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG Hoạt động của GV Hoạt động của GV Nội dung -Nêu câu hỏi gợi ý. H 1 . Từ pt: dL M dt = Nếu M = 0 thì momen động lượng L có đặc điểm gì? -Giới thiệu định luật bảo toàn momen động lượng. H 2 . Trường hợp vật có I đối với trục quay không đổi, vật chuyển động thế nào? H 3 . Trường hợp I đối với trục quay thay đổi, để L = hs vật rắn quay thế nào? Hướng dẫn trả lời C 3 , C 4 . -Thảo luận, trả lời câu hỏi H1. 0 dL L hs dt = ⇒ = Thảo luận tìm hiểu: a) Nếu I = hs ⇒ ω = hs; ω = 0 L = hs b) Nếu I 1 ≠ I 2 ⇔ L 1 = L 2 ⇒ ω 1 ≠ ω 2 Phân tích C 3 , C 4 2) Định luật bảo toàn momen động lượng: a) Nội dung định luật: Nếu tổng các mô men lực tác dụng lên một vật rắn( hay hệ vật) đối với một trục bằng không thì tổng mô men động lượng của vật rắn ( hay hệ vật) dối với trục đó được bảo toàn. b) Các trường hợp đặc biệt: - Nếu I=const 21 ωω =⇒ vật đứng yên hoặc quay đều - Nếu I thay đổi 2211 ωω II =⇒ - Với hệ vật có thể cả I và ω thay đổi khi đó onstcI ∑ = ω Hoạt động 4. (10’). Vận dụng-Củng cố: Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 10 [...]... ………………………………………………………………………………………………………………… …… Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 12 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM Ngày soạn: 2 5-0 8-2 009 Tiết 8 BÀI TẬP VỀ ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN I.Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Vận dụng kiến thức: Các phương trình chuyển động của vật rắn, momen qn tính, momen động lượng của vật rắn quay quanh một trục cố định để giải một số bài tốn cơ bản - Từ phương trình ĐLH có thể tính được... A) ω = 3rad/s; γ = 0 B) ω = 3rad/s; γ = -0 ,5rad/s2 Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 15 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM C) ω = -3 rad/s; γ = 0,5rad/s2 D) ω = -3 rad/s; γ = -0 ,5rad/s2 Câu 3 Một bánh xe quay đều xung quanh một trục cố định với tần số 3600 vòng/min Tốc độ của bánh xe này là: A) 120 πrad/s B) 160πrad/s C) 180πrad/s D) 240πrad/s Câu 4 Một bánh xe quay nhanh dần đều từ trạng thái... ròng rọc: u ur r u r -Vật A: P + TA = ma Hay P – TA = ma → TA = P - ma = 9,17N -Một HS lên bảng thực hiện tính tốn TA, TB Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 14 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM M TA + M TB = I γ trình chuyển động cho 2 vật, thực hiện những tính tốn theo u cầu -Ròng rọc: ur u ur u Chú ý M của TA và TB ngược chiều nhau H5 TA > TB Nhận xét gì? H6 Viết pt ĐLH cho vật B trường hợp khơng... Động năng của vật rắn quay quanh một trục Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 11 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH Hoạt động của GV -Giới u cầu của bài học: (SGK) -Cho HS xem hình 4.1 để giới thiệu cho HS thấy mỗi phần tử quay có một động năng Nêu câu hỏi gợi ý: H1 Động năng của vật rắn quay quanh trục được xác định thế nào? H2 Viết biểu thức xác định động năng của vật rắn quay quanh một trục? Kết luận? -Hướng dẫn HS... ………………………………………………………………………………………………………………… … Ngày soạn: 0 5-0 9-2 009 Tiết 1 3-1 4 CON LẮC ĐƠN - CON LẮC VẬT LÍ I.Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc vật lí - Củng cố kiến thức về DĐĐH 2) Kĩ năng: - Nắm vững những cơng thức về con lắc và vận dụng trong những bài tốn đơn giản II.Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Chuẩn bị một con lắc đơn và một con lắc vật lí để HS quan sát... của HS Nội dung -Phân tích lại dao động của Thảo luận nhóm, tìm hiểu: 2) Hệ dao động: CLLX; CLĐ (CLVL) cùng với *Với CLLX: -Là hệ vật gồm vật dao động cùng với TĐ u cầu HS tìm hiểu: tác -Vật nặng: dao động quanh vật tác dụng lực kéo về lên vật dao dụng của mỗi vật trong hệ VTCB động -Giới thiệu thế nào là hệ dao -Lò xo: tạo ra lực kéo về gây ra động và dùng câu hỏi gợi ý sau dao động của vật để giới thiệu... ………………………………………………………………………………………………………………… …… Ngày soạn: 0 7-0 9-2 009 Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 26 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM Tiết 15 Bài 8 NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA I Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Biết cách tính tốn và tìm ra biểu thức động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo - Củng cố kiến thức về bảo tồn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác động của lực thế 2) Kĩ năng:... ………………………………………………………………………………………………………………… ……… Ngày soạn: 1 5-0 9-2 009 Tiết 18 Bài 11 DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC- CỘNG HƯỞNG I Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Biết thế nào là dao động cưỡng bức; dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số ngoại lực, có biên độ phụ thuộc vào tần số ngoại lực Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 32 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM - Biết được khi tần số ngoại lực bằng tần số riêng của... kg.m hoặc momen của lực Fms, góc ω thích hợp * Nếu M = Mms = -5 Nm chú ý γ của từng giai đoạn ω = ωI = 15rad/s γ = γ2 ⇒ I = 10 kg.m2 H4: Hãy viết cơng thức tính c) Động năng quay của bánh xe (đầu động năng của bánh xe quay giai đoạn quay chậm dần đều) quanh trục Ở đây tốc độ góc 1 2 có giá trị nào? Wđ = I ω1 = 1 ,125 J 2 Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 13 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM Hoạt... đoạn -Thiết lập pt (7.5a) như SGK thẳng bằng cách thảo luận nhóm và cá Giáo án Vật Lý 12 Nâng Cao 24 GV: ĐỒN VĂN DOANH ĐỊNH Hoạt động của GV TRƯỜNG THPT NAM TRỰC –NAM Hoạt động của HS nhân thực hiện H4 Theo định luật II Niutơn pt chuyển động của vật được viết như thế nào? Hãy thực hiện những biến đổi xác định biểu thức tính độ lớn gia tốc của vật Nội dung α ≤ 1  s = lα với  s ≤ l ¼ OM = OM -Lực . quanh trục của nó là: A) 5,18.10 30 kgm 2 /s. B) 5, 83. 10 31 kgm 2 /s. C) 6,28.10 32 kgm 2 /s. D) 7,15.10 33 kgm 2 /s. Câu 13. Một đĩa đặc có thể quay xung. câu. 0 ,35 đ/câu Câu 12 3 4 5 6 7 8 9 10 Đáp án: D D A D B B D C B C Câu 11 121 3 14 15 16 17 18 19 20 Đáp án: A D B C D B C A D B Phần 2, Tự luận 3 điểm. Đề