giáo án vật lý 12 NC cực hay ba cột

Chương I. ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN Tiết: 1. Ngày soạn: 15-08-2008. 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: 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 bài học Sau khi cho HS xem mô hình vật rắn quay quanh một trục, nêu và phân tích khi HS trả lời 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, vật rắn thế nào? Sự biến thiên của góc ϕ + Quan sát thêm hình (1.1)- SGK. Trả lời câu hỏi. -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 1) Tọa độ góc: Chuyển động quay quanh một trục bất kì cố định của một vật rắn có hai đặc 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. 1 theo thời gian cho ta biết gì về chuyển động quay của vật? → giới thiệu tọa độ góc ϕ. vị trí của vật vào một thời điểm bất kì. Hoạt động 3. (10’) Tìm hiểu khái niệm TỐC ĐỘ GÓC. 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 ↔ ϕ + ∆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. -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 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) -Trả lời câu hỏi 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 Tìm 2 0 5 / tb rad s t ω ω γ − = = ∆ 3) Gia tốc góc: +Thời điểm t, vận tốc gócω o +Thời điểm t + ∆ϕ…ω o +∆ω a) Gia tốc góc trung bình: tb t ω γ ∆ = ∆ b) Gia tốc góc tức thời: 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. Tiết: 2. Ngày soạn: 15-08-2008. 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 họcHoạt 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 = hs. x = x o + vt +Thẳng biến đổi đều: a = hs. 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 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 -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 = = = 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 3 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? -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. 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 p 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 : 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. Tiết 3 Ngày soạn: 20-08-2008 BÀI TẬP BÀI TẬP I.Mục tiêu: 1) K iến thức: - Vận dụng kiến thức: Các phương trình chuyển động của vật rắn, momen quán tính, momen động lượng của vật rắn quay quanh một trục cố định để giải một số bài toán cơ bản. - Từ phương trình ĐLH có thể tính được những đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. 2) Kĩ năng: Luyện tập cho HS kĩ năng phân tích, suy luận logic và tổng hợp kiến thức. II. Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Chọn bài tập với nội dung cần luyện tập và phương pháp chung để giải bài tập. - Dự kiến những sai lầm HS có thể mắc phải, biện pháp khắc phục. 2) Học sinh: - Ôn tập lại phương pháp ĐLH ở lớp 10. - Ôn tập kiến thức, công thức, phương trình ĐLH. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10ph) Ôn tập kiến thức cần vận dụng: GV giới thiệu cho HS bảng tổng hợp kiến thức, sự tương ứng giữa các đại lượng của chuyển động quay và chuyển động thẳng. 4 HS phân tích, tổng hợp và ghi nhớ kiến thức trong bảng tổng kết chương I. Hoạt động 2. (70’) Giải bài tập. Tiết 1. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Giới thiệu bài toán số 1: (20ph) Nhấn mạnh cho HS nội dung bài: Tìm I khi biết γ và M tác dụng lên vật. -Hướng dẫn HS phân tích và giải bài toán bằng gợi ý: H 1 : phân tích các giai đoạn chuyển động cùa bánh xe. Trong mỗi giai đoạn, bánh xe chuyển động thế nào? H 2 : Trong mỗi giai đoạn, hãy viết công thức, phương trình thích hợp cho chuyển động. -Cần lưu ý HS: giá trị đại số của M cho từng giai đoạn chuyển động. H 3 : Trong suốt quá trình chuyển động, những momen lực nào tác dụng? Nhận xét. -Hướng dẫn HS tìm I có thể dùng momen lực tổng hợp M hoặc momen của lực Fms, chú ý γ của từng giai đoạn. H 4 : Hãy viết công thức tính động năng của bánh xe quay quanh trục. Ở đây tốc độ góc có giá trị nào? -Giới thiệu bài toán 2 (15’) Nêu câu hỏi gợi ý H 1 : Momen hãm tính bằng công thức nào? H 2 : Momen quán tính đĩa tròn tính bằng công thức nào? H 3 : Giả thiết nào của bài toán cho phép xác định được gia tốc góc? -Phân tích phần trình bày và cách giải của HS. Cho HS nhận xét kết quả. -Hướng dẫn HS giải bài toán bằng cách áp dụng định lí động năng. +Một HS đọc bài toán 1 (SGK) +HS phân tích, tóm tắt nội dung bài toán. -Thảo luận nhóm, cử đại diện trình bày kết quả câu a) -Phân tích, tính toán theo yêu cầu. -Ghi nhận đóng góp của bạn, nhận xét, đánh giá của GV. -Xác định tổng momen lực tác dụng vào bánh xe. (HS sẽ sai lầm khi tính M ms = 0,25 M i > 0 ) -Thảo luận, chọn giá trị tốc độ góc ω thích hợp. ω = ω I = 15rad/s -HS đọc và phân tích đề. Đĩa tròn đồng chất: M = 1kg; R = 20cm. -Thảo luận, chọn công thức giải bài toán. -Cá nhân luyện tập và trình bày kết quả. -Ghi nhận cách giải bằng định lí động năng. ∆W đ = A 2 0 1 0 2 c I F S ω − = với S = R.ϕ 2 0 2 0 2 0 1 . 2 1 . 2 1 2 c I F S I M I M ω ϕ ω ϕ ω ϕ − = − = ⇒ = − a) Gia tốc góc của bánh xe: -Giai đoạn quay nhanh dần đều: ω o = 0; ∆t 1 = 10s ω 1 = 15 rad/s 2 1 0 1 1 1,5 /rad s t ω ω γ − ⇒ = = ∆ -Giai đoạn quay chậm dần đều: ω 1 = 15 rad/s ω 2 = 0; ∆t 2 = 30s 2 2 1 2 2 0,5 /rad s t ω ω γ − ⇒ = = − ∆ b) Momen quán tính của bánh xe: M = I.γ (1) M I γ ⇒ = * Nếu M = M 1 + M ms Với M ms = -0,25M 1 Thì γ = γ 1 = 1,5 rad/s 2 ⇒ I = 10 kg.m 2 * Nếu M = M ms = -5 Nm γ = γ 2 ⇒ I = 10 kg.m 2 c) Động năng quay của bánh xe (đầu giai đoạn quay chậm dần đều) W đ 2 1 1 1,125 2 I J ω = = a)Momen hãm. M = I.γ với 2 2 2 0 5 / 2 rad s ω ω γ ϕ − = = − Trong đó 0 0 10 / 10 rad s rad ω ω ϕ =   =   =  2 2 1 0,02 . 2 I mR kg m = = ⇒ M = -0,1 N.m b)Thời gian: từ ω = 0; ω 0 = 10 rad/s γ = -5 rad/s Tìm 0 2t s ω ω γ − = = Tiết: 4. Ngày soạn: 17-08-2008 5 Bài 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN 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: 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. 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. (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 liện 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) 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. Tiết: 5. Ngày soạn: 17-08-2008 Bài 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN 6 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: 3) 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. 4) 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: Hoạt động 3. (30’) Tìm hiểu: - Momen quán tính. - Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục. - Nêu câu hỏi gợi ý: 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 i 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) H 4 . Với khái niệm momen quán tính hãy viết lại dạng khác của phương trình: ( ) 2 i i i M m r γ = ∑ Nhận xét: -Giới thiệu pt: M = I.γ -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. -Thảo luận nhóm: +Viết pt: M = I.γ +Nhận xét: giống dạng pt: F = ma. 1) Momen quán tính: 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 . 2)Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định: .M I γ = Hoạt động 4. (30’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà. *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? -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. -Các phương trình: 7 -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. mg – T = ma. (1) M = T.R = I γ (2) a R γ = (3) -HS biến đổi để tìm kết quả: 2 mg I I m R = + -Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà. Tiết: 6 Ngày soạn: 20-08-2008 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. - 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: GV nêu câu hỏi: - Câu số 2 và 5 của SGK trang 14. - Nêu một bài tập, cho HS được kiểm tra giải trên bảng. Một bánh xe có momen quán tính đối với trục cố định là 6 kgm 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 tới 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: -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 pt động lực học của vật rắn quay quanh một trục 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 (3) dL M dt ⇔ = 8 ( )dv d mv dp F ma m dt dt dt = = = = Hướng dẫn HS tìm hiểu L = Iω 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 -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: -Giới thiệu bài toán 2, 3 của SGK trang 17. Nêu gợi ý: H 1 : Viết biểu thức momen động lượng của hệ trong hai trường hợp. H 2 : Bỏ qua ma sát, trong hai trường hợp momen động lượng của hệ thế nào? Suy ra tốc độ góc của hệ theo yêu cầu bài toán. -Thảo luận nhóm, giải hai bài toán. -Đại diện nhóm, trình bày kết quả. Bài 2. hình 3.3 L 1 = I 1 ω 1 + I 2 ω 2 L 1 = I 1 ω + I 2 ω = (I 1 +I 2 )ω Vì L1 = L2 ⇔ (I 1 +I 2 )ω = I 1 ω 1 + I 2 ω 2 ⇒ Đáp án B. Bài 3. -Người dang tay L 1 = I 1 ω 1 -Người co tay L 2 = I 2 ω 2 Luôn có: I 1 ω 1 = I 2 ω 2 I 2 < I 1 → ω 2 > ω 1 . Chọn A. Hoạt động 5. (5’) Hướng dẫn về nhà. - Hướng dẫn HS ôn tập 3 bài bằng bảng tóm tắt chương trang 26. - Ôn tập lại: ĐỘNG NĂNG ở Vật lí 10. - Chuẩn bị bài học số 4. Tiết: 7 Ngày soạn: 18-08-2008 Bài 4 Bài 4 . ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN . ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I. Mục tiêu: 1) K iến thức: - Biết được khi vật rắn quay (quanh một trục) thì nó có động năng. Hiểu và thuộc công thức tính động năng của vật rắn là tổng động năng của các phần tử của nó. - Hiểu được động năng của vật rắn bằng tổng động năng của chuyển động tịnh tiến và động năng quay quanh một trục cố định. - Biết so sánh các đại lượng tương ứng trong biểu thức động năng quay và động năng torng chuyển động tịnh tiến. 2) Kĩ năng: - Giải được các bài toán đơn giản về động năng của vật rắn trong chuyển động quay. - Vận dụng giải thích một số hiện tượng trong thực tế, biết các ứng dụng của động năng quay trong kĩ thuật. II. Chuẩn bị: 1) Giáo viên: 9 - Dùng các ví dụ, tư liệu, các ví dụ trong thực tế thông qua tranh vẽ, mô hình về chuyển động quay của vật rắn để khai thác kiến thức có liên quan đến bài học. 2) Học sinh: - Sưu tầm hình ảnh về bánh đà, động cơ đốt trong 4 kì… trên trang web. Tìm hiểu động năng quay thông qua con quay đồ chơi, con quay hồi chuyển… III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra: GV Nêu câu hỏi kiểm tra và gọi HS kiểm tra. Yêu cầu cả lớp theo dõi và phân tích kết quả trình bày của HS được kiểm tra. ? Phát biểu định luật bảo toàn momen động lượng. ? Vận dụng giải thích hình ảnh vận động viên nhảy cầu. Giải bài tập 4 SGK trang 17. HS: Giải bài toán và trả lời câu hỏi. Hoạt động 2. (20’) Lập biểu thức: Động năng của vật rắn quay quanh một trục. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Giới yêu 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: H 1 . Động năng của vật rắn quay quanh trục được xác định thế nào? H 2 . Viết biểu thức xác định động năng của vật rắn quay quanh một trục? Kết luận? -Hướng dẫn HS trả lời câu hỏi C 1 , C 2 . -Lưu ý thêm HS hai trường hợp để giải bài toán. +Động năng của vật rắn bao gồm 2 dạng W đq và W đt . +Định lí động năng. -Quan sát hình 4.1. Thảo luận, rút ra nhận xét. + Mỗi phân tử trên vật có một động năng. Cá nhân lập biểu thức tính. i 2 1 2 i W mv = ñ với ( ) 2 2 i i i i m v m r ω = +Chứng minh công thức của định lí động năng theo hướng dẫn của GV. Ta có: A = F.S = F.R.ϕ A = Mϕ = Iγϕ (1) Ta có: 2 2 2 1 2 ω ω γϕ − = (2) Từ (1) và (2) ⇒ 2 2 2 1 1 1 2 2 A I I ω ω = − 1) Biểu thức động năng của vật rắn quay quanh một trục: 2 1 2 W I ω = ñ *Lưu ý: Wđ của vật rắn quay quanh một trục còn tính bằng: 2 2 L W I = ñ -Động năng toàn phần của vật rắn: bao gồm động năng quay và động năng chuyển động tịnh tiến. W W W = + ñ ñq ñt -Định lí động năng: 2 2 2 1 1 1 2 2 A I I ω ω = − A: công của ngoại lực Hoạt động 3. (10’) Giải bài tập áp dụng. * Cho HS đọc SGK, mô tả bài toán và nêu câu hỏi gợi ý H 1 . Khi vận động viên thay đổi tư thế thì momen quán tính của người đối với trục quay thế nào? Vì sao? H 2 . Tốc độ góc của người lúc cuối thế nào? Vì sao? Dùng công thức nào để tính động năng của người? * Cho HS đọc và phân tích nội dung bài tập số 3 SGK trang 21. -Hướng dẫn HS lập biểu thức tính động năng hệ trong hai trường hợp. -Tính tốc độ góc của hai đĩa lúc sau. -So sánh hai động năng. -Đọc đề bài và phân tích nội dung bài toán. -Trả lời câu hỏi gợi ý. -Cá nhân giải bài toán và trình bày kết quả. -Đọc, phân tích nội dung và thảo luận, giải bài toán. Bài giải của SGK. -Động năng hệ ban đầu: 1 2 2 1 0 0 1 1 (1) 2 2 W I I ω ω = = ñ -Tốc độ góc hệ lúc sau: ( ) 0 1 2 0 2 2 I I I I ω ω ω ω ω = + = ⇒ = -Động năng lúc sau: ( ) 2 2 2 1 2 1 (2) 2 W I I I ω ω = + = ñ Từ (1) và (2): 2 1 1 2 W W = ñ ñ Hoạt động 4. (5’) Hướng dẫn ôn tập-chuẩn bị bài mới. - Yêu cầu HS giải các bài tập SGK trang 21. 10 [...]... -3rad/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 đứng n Sau 2s nó đạt tốc độ góc 10rad/s Gia tốc góc của bánh xe là: 12 A) 2,5 rad/s2 B) 5 rad/s2 C) 10 rad/s2 D) 12, 5 rad/s2 2 Câu 5 Một bánh xe có đường kính 4m quay với... vật rắn đối với trục quay lớn thì sức ì của vật trong chuyển động quay quanh trục đó lớn B) Momen qn tính của vật rắn phụ thuộc vào vị trí trục quay và sự phân bố khối lượng đối với trục quay C) Momen lực tác dụng vào vật rắn làm thay đổi tốc độ quay của vật D) Momen lực dương tác dụng vào vật rắn làm cho vật quay nhanh dần Câu 8 Một đĩa tròn, đồng chất có bán kính 2m có thể quay quanh trục đi qua tâm... lò xo mang vật năng m = 4g a) Tính chu kì dao động của hệ b) Đưa vật đến vị trí lò xo khơng biến dạng rồi bng nhẹ Chọn gốc thời gian lúc thả vật, gốc tọa độ ở vị trí cân bằng, trục tọa độ thẳng đứng có chiều dương là chiều lúc vật bắt đầu chuyển động Viết pt dao động của vật (Cho g = 10m/s2; π2 = 10) c)Xác định vị trí mà ở đó thế năng của vật bằng với động năng d)Tính lực đàn hồi cực đại và cực tiểu... có độ lớn 30Nm tác dụng vào một bánh xe có momen qn tính đối với trục bánh xe là 2 kgm2 Nếu bánh xe quay nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ thì động năng của bánh xe ở thời điểm t = 10s là: A) Wđ = 18,3KJB) Wđ = 20,2KJ C) Wđ = 22,5KJ D) Wđ = 24,6KJ Câu 15 Một bánh xe có momen qn tính đối với trục quay cố định là 12kgm 2 quay đều với tốc độ góc 30 vòng/phút Động năng của bánh xe là: A) Wđ = 360J B) Wđ =... tốn: Vật có khối lượng m = 100g dđđh theo pt: 1) Xác định biên độ, chu kì, tần số và pha ban đầu của dao động 2) Vào thời điểm nào thì pha dao động đạt giá trị lúc ấy li độ bằng bao nhiêu? 3) Vật qua vị trí x = 1,25cm vào thời điểm nào? Phân biệt thời điểm vật đi qua theo chiều dương, chiều âm? 4) Tìm thời gian vật dao động giữa hai vị trí x1 = -1,25cm và x2 = 2,5cm 5) Tìm tốc độ trung bình của vật. .. thức nào? 7 .12 và 7.13 I +Chu kỳ T = 2π H3 Viết pt ĐLH cho chuyển mgd động quay của CLVL Hoạt động 2 (20’) Tìm hiểu về HỆ DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG TỰ DO -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... t0 = 0 là lúc bánh xe bắt đầu quay Gia tốc hướng tâm của một điểm P trên vành bánh xe ở thời điểm t = 2s là: A) 16 m/s2 B) 32 m/s2 C) 64 m/s2 D) 128 m/s2 Câu 6 Một bánh xe có đường kính 4m quay với gia tốc góc khơng đổi 4rad/s 2 Gia tốc tiếp tuyến của một điểm P trên vành bánh xe là: A) 4 m/s2 B) 8 m/s2 C) 12 m/s2 D) 16 m/s2 Câu 7 Phát biểu nào sau đây khơng đúng? A) Momen qn tính của vật rắn đối với... OM 2 vì ∆OM1M12 đều -GV gọi HS thực hiện những tính tốn độ dài các vec tơ trên giản đồ Nhận xét và rút ra kết luận về những thuận lợi khi tính A, ϕ với các dđđh có biên độ và pha ban đầu đặc biệt H3 Hãy tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp từ giản đồ vec tơ Frenen  A1 = A2  ∆OM 1M 12 đều vì:  2π ∆ 12 = 3  π 2 u ur uu + Vẽ vectơ OM ⇔ x1 + x2 + x3 ⇒ A12 = A1 = A2 = 4cm; 12 = Tính u... tốc độ góc của đĩa thay đổi B) tốc độ góc của đĩa khơng đổi 13 C) góc quay của đĩa là hàm bậc nhất của thời gian D) Gia tốc góc của đĩa bằng 0 Câu 19 Chọn đáp án đúng Hai ròng rọc A và B có khối lượng lần lượt là m và 4m, bán kính của ròng rọc A IA bằng 1/3 bán kính của ròng rọc B Tỉ lệ giữa momen qn tính của ròng rọc A và ròng rọc B bằng: IB A) 4 3 B) 9 C) 1 12 D) 1 36 Câu 20 Một vật rắn quay quanh... theo phương của bán kính (hình vẽ) Sau 2s đĩa dừng lại Tính: a) Số vòng quay của đĩa kể từ lúc hãm b) Độ lớn của lực ép Q, biết hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa là µ = 0,5 Đáp án Phần 1 Trắc nghiệm khách quan: 7đ/20 câu 0,35đ/câu Câu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đáp án: D D A D B B D C B Câu 11 12 13 14 15 16 17 18 Đáp án: A D B C D B C A D Phần 2, Tự luận 3 điểm Đề 1 - Vẽ đúng lực tác dụng vào vật của hệ Chọn . 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. 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. 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) H 4 . Với khái niệm momen quán tính