• 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.. Toạ độ góc: Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định :
Trang 1Tiết CT: Ngày dạy:
Bài 1 CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
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
- 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.
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
Trang 2cùng 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
∆
∆
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)
dtϕ 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
∆
∆
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/s2
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 t1 có toạ độ góc ϕ1 , ở thời điểm t2 có toạ độ góc
ϕ2 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 t1 có vận tốc góc ω1 ,
ở thời điểm t2 có toạ độ góc ω2 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
4 Các phương trình động học - Yêu cầu HS đọc bảng 1.1 γ = const.
Trang 3của chuyển động quay:
- Phương trình chuyển động của
vật rắn quay đều quanh một trục
cố định:
t
o ω ϕ
- Các phương trình chuyển động
quay biến đổi của vật rắn quay
quanh một trục cố định:
γ = const.
ω = ωo + γ t
ϕ = ϕo + ωot + 1
2 γ .t2
ω2 - 2
o
ω = 2γ (ϕ - ϕo)
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 = ωo + γ t
ϕ = ϕo + ωot + 1
2 γ .t2
ω2 - 2
o
ω = 2γ (ϕ - ϕo)
Hoạt động 4: Tìm hiểu về mối quan hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay.
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 (arn
) 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 ar r= +ar
Với :
at = r.γ
an = r.ω2 =
2
v r
- Độ lớn của gia tốc a:
2 2
n
t a a
- Vectơ gia tốc hợp với bán
kính OM góc α với:
2 tan
ω
γ
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
- 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
Trang 4- 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: