Chuyển động của một vật rắn quay quanh trục cố định

Tiết CT: Ngày dạy: Bài 1 CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: • Hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, gia tốc góc. • Hiểu được khái niệm vật rắn và chuyển động tịnh tiến của vật rắn. • Nắm vững các công thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn. 2. Kỹ năng: • Áp dụng các công thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài, gia tốc góc và gia tốc dài giải các bài tập đơn giản. II. CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên : • Chuẩn bị hình 1.1, 1.4. • Chuẩn bị thêm các hình vẽ, tranh ảnh có liên quan đến bài học, v ật rắn quay quanh một trục. 2 . Học sinh : • Đầy đủ SGK và sách bài tập, vở ghi. • Ôn lại phần Động học chất điểm ở SGK lớp 10 về phương trình chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC : Hoạt động 1: Tạo tình huống có vấn đề TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS - Cho HS quan sát một số vật chuyển động quay và đặt vấn đề: + Vật rắn là gì? + Chuyển động tịnh tiến của vật rắn có đặc điểm gì? + Các vật trên chuyển động theo những qui luật nào và mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động trên đây. - Quan sát một số vật chuyển động quay. - Trả lời các câu hỏi của giáo viên. - Thấy được vấn đề đặt ra của bài học. Hoạt động 2: Tìm hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, gia tốc góc. TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS 1. Toạ độ góc:  Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mỗi điểm trên vật vạch ra một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc trục quay, có bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay, có tâm ở trên trục quay. + Mọi điểm của vật đều có  Xét một vật rắn quay quanh một trục, giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : - Chuyển động này có đặc điểm gì ? - Trong chuyển động tròn tọa độ của điểm M,N được xác định như thế nào ? - Gợi ý cho HS nêu hai đặc điểm chuyển động của + Toạ độ góc. + Nêu hai đặc điểm chuyển động của vật rắn. cùng một góc quay trong cùng một khoảng thời gian. - Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được xác định bằng tọa độ góc ϕ của vật. - Góc ϕ đo bằng Radian (rad) - Chiều dương là chiều quay của vật, khi đó ϕ > 0. 2. Tốc độ góc: + Tốc độ góc trung bình: t tb ∆ ∆ = ϕ ω + Tốc độ góc tức thời là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của tọa độ góc và chiều quay của vật rắn quanh một ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của toạ độ góc theo thời gian. d ω= = '(t) dt ϕ ϕ + Đơn vị của vận tốc góc là rad/s. + Tốc độ góc là một đại lượng đại số : ω có giá trị dương khi vật rắn quay theo chiều dương quy ước và ngược lại. 3. Gia tốc góc: + Gia tốc góc trung bình: t tb ∆ ∆ = ω γ + Gia tốc góc là đại lượng đặc trưng cho độ biến đổi nhanh, chậm của vận tốc góc. + Gia tốc góc tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục bằng đạo hàm bậc nhất theo thời gian của vận tốc góc của vật rắn. '( ) d t dt ω β ω = = + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s 2 . vật rắn. - Dựa vào hình 1.1 để gợi ý về toạ độ góc.  Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t 1 có toạ độ góc ϕ 1 , ở thời điểm t 2 có toạ độ góc ϕ 2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : - Vật nào có sự thay đổi toạ độ góc nhanh hơn ? - Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. - Khi nào vận tốc góc có giá trị dương và có giá trị âm ?  Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t 1 có vận tốc góc ω 1 , ở thời điểm t 2 có toạ độ góc ω 2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : - Vật nào có sự thay đổi vận tốc góc nhanh hơn ? - Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. - Ghi nhận vấn đề đặt ra. Khi nào thì tọa độ dương, tọa độ âm ? - Tự hình thành định nghĩa vận tốc trung bình. - Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì vận tốc trung bình trở thành vận tốc tức thời. - Phát biểu định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. - Tự nhìn sách ghi. o Tự hình thành định nghĩa gia tốc trung bình. o Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì gia tốc trung bình trở thành gia tốc tức thời. o Phát biểu định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. o Tự nhìn sách ghi Hoạt động 3: Các phương trình động học của chuyển động quay TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS 4. Các phương trình động học - Yêu cầu HS đọc bảng 1.1 γ = const. của chuyển động quay: - Phương trình chuyển động của vật rắn quay đều quanh một trục cố định: t o ωϕϕ += - Các phương trình chuyển động quay biến đổi của vật rắn quay quanh một trục cố định: γ = const. ω = ω o + γ t ϕ = ϕ o + ω ot + 1 2 γ .t 2 ω 2 - 2 o ω = 2 γ (ϕ - ϕ o ) SGK và gợi ý cho HS tìm ra phương trình chuyển động quay với tốc độ góc không đổi và gia tốc góc không đổi. - Yêu cầu HS nêu các công thức cơ bản trong chuyển thẳng biến đổi đều. - Yêu cầu HS tự suy ra các công thức cơ bản trong chuyển quay biến đổi đều. ω = ω o + γ t ϕ = ϕ o + ω ot + 1 2 γ .t 2 ω 2 - 2 o ω = 2 γ (ϕ - ϕ o ) Hoạt động 4: Tìm hiểu về mối quan hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay. TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS 5. Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay: - Gia tốc của một điểm chuyển động tròn đều bao gồm gia tốc hướng tâm ( n a r ) và gia tốc tiếp tuyến. - Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho biến đổi vận tốc về phương. - Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho biến đổi vận tốc về độ lớn. t n a a a= + r r r Với : a t = r. γ a n = r.ω 2 = 2 v r - Độ lớn của gia tốc a : 22 nt aaâ += - Vectơ gia tốc hợp với bán kính OM góc α với: 2 tan ω γ α == n t a a - Trong chuyển động tròn đều v có đặc điểm gì ? - Trong chuyển động tròn không đều v có đặc điểm gì ? - Hướng dẫn học sinh phân tích thành hai thành phần : vuông góc và trùng với quỹ đạo. - Thay đổi về hướng , không thay đổi về độ lớn. - Thay đổi về hướng và cả độ lớn. - Gia tốc pháp tuyến - Gia tốc tiếp tuyến Hoạt động 5: Củng cố và dăn dò TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS - Phát phiếu học tập cho học sinh. - Yêu cầu các nhóm HS thực hiện các yêu cầu trong phiếu học tập. - HS thực hiện các yêu cầu trong phiếu học tập. - Yêu cầu HS trình bày kết quả trước lớp. - Về nhà làm các câu hỏi trắc nghiệm và các bài tập : 1- 8 trang 9 SGK. - Đọc trước bài 2 và trả lời các câu hỏi 1,2 trang 13 SGK. - Ôn lại phần mômen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý nghĩa của khối lượng. - HS trình bày kết quả trước lớp. - Nhận nhiệm vụ về nhà. V . RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: . const. của chuyển động quay: - Phương trình chuyển động của vật rắn quay đều quanh một trục cố định: t o ωϕϕ += - Các phương trình chuyển động quay biến đổi của vật rắn quay quanh một trục cố định: γ =. đến trục quay, có tâm ở trên trục quay. + Mọi điểm của vật đều có  Xét một vật rắn quay quanh một trục, giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : - Chuyển động này có đặc điểm gì ? - Trong chuyển động. khoảng thời gian. - Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được xác định bằng tọa độ góc ϕ của vật. - Góc ϕ đo bằng Radian (rad) - Chiều dương là chiều quay của vật, khi đó ϕ > 0. 2.