Bài 22. Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng tài liệu, giáo án, bài giảng , luậ...
Bài 22: LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƯỢNG 1. MỤC TIÊU 1.1. Kiến thức: - Hiểu rõ khái niệm, biểu thức của lực hướng tâm, lực quán tính li tâm - Hiểu hiện tượng tăng giảm và mất trọng lượng. 1.2. Kĩ năng: - Biết vận dụng các khái niệm để giải thích hiện tượng tăng,giảm và mất trọng lượng - Biết vận dụng các kiến thức để giải các bài toán động lực học về chuyển động tròn đều. 1.3. Thái độ (nếu có): 2. CHUẨN BỊ 2.1. Giáo viên: - Thí nghiệm ở các hình 22.1, 22.3, 22.4 2.2. Học sinh: - Ôn tập về trọng lực lực quán tính. - Ôn tập về gia tốc chuyển động tròn đều. 3. TIẾN TRÌNH DẠY, HỌC Hoạt động 1 ( phút): Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Hệ qui chiếu phi quán tính, lực quán tính là gì? - Trình bày câu trả lời… - Gia tốc trong chuyển động tròn - Nêu câu hỏi cho Hệ qui chiếu phi quán tính, lực quán tính và các đặc điểm của nó. - Nhận xét câu trả lời. đều? - Trả lời câu hỏi. - Nêu câu hỏi về gia tốc trong chuyển động tròn đều - Nhận xét câu trả lời Hoạt động 2 ( phút): Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Đọc SGK, phần 1. Tìm hiểu: … - Trả lời câu hỏi C1 - Trả lời câu hỏi C2 - Yêu cầu HS đọc phần 1 SGK - Gợi ý cho HS nhận biết về lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. - Nêu câu hỏi C1 SGK - Nhận xét câu trả lời - Nêu câu hỏi C2 SGK - Nhận xét câu trả lời Hoạt động 3 ( phút): Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Đọc SGK phần 2 - Trình bày hiểu biết cảu mình về trọng lực, trọng lượng và trọng lượng biểu kiến. - Trả lời câu hỏi C3 - Trình bày câu trả lời - Yêu cầu HS đọc SGK - Nêu câu hỏi đánh giá hiểu biết của HS về trọng lực, trọng lượng và trọng lượng biểu kiến. - Nhận xét câu trả lời của HS - Nêu câu hỏi C3 - Nhận xét câu trả lời - Nêu câu hỏi yêu cầu HS chỉ rõ hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Nhận xét câu trả lời Hoạt động 4 ( phút): Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Trả lời câu hỏi trắc nghiệm theo nội dung câu1-4 SGK - Giải bài tập 1 SGK - Trình bày câu trả lời - Ghi tóm tắt các kiến thức cơ bản… - Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 1-4 SGK - Nhận xét câu trả lời của HS - Nêu bài tập 1 SGK - Nhận xét câu trả lời của HS - Đánh giá, nhận xét kết quả giờ dạy Hoạt động 5 ( phút): Hoạt động của Học sinh Trợ giúp của Giáo viên - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà - Những sự chuẩn bị cho bài sau - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà - Xét vật có khối lượng m chuyển động tròn đường tròn tâm O, bán kính r: m O O r Đặc điểm gia tốc vật chuyển động tròn đều? Fht aht Lực gây gia tốc hướng tâm có hướng nào? Độ lớn? Gia tốc vật chuyển động tròn đều: a : hướng vào tâm quỹ đạo ht v aht = = rω r Theo định luật II Newton: Fht= maht : lực hướng tâm, gây gia tốc hướng tâm cho vật mv Fht= maht = r = mω 2r (1) Ví dụ lực hướng tâm Ví dụ 1: Fđh Mặt phẳng ngang Fht = Fđh Ví dụ 2: N Fmsn Fmsn P Fht = Fmsn Ví dụ 3: Ví dụ 3: Fht = Fhd Fhd Ví dụ 4: T Fht = P + T O Fht P Kết luận: Khi vật chuyển động tròn đều, hợp lực lực tác dụng lên vật lực hướng tâm XétTrong hệvíquy dụchiếu 2, gắn với bàn xétvật hệchịu quythêm chiếutác N dụng gắn với bànlực quán tính quay, xác Fq = -maht định Fq Fmsn lực tác dụng : lực quán tính li vào tâmvật? P mv2 Fq = r = mω 2r (2) Fq Fmsn Trong thí nghiệm trên, vật lại trượt xa tâm? Nếu tốc độ góc bàn đủ lớn, lực quán tính li tâm thắng lực ma sát nghỉ cực đại khiến vật trượt xa tâm Fq ω FM rr Fq = mω r > FM Lực quán tính li tâm có lợi hay có hại? Máy giặt Tại mặt đường thường làm nghiêng phía tâm đường cong N Fq Fmsn P N Fq Fht P Fmsn Tại vận động viên lại có động tác nghiêng người qua đoạn đường cong? Tại cầu thường làm vồng lên? LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƯỢNG A. MỤC TIÊU 1. kiến thức - Hiểu rừ khái niệm, biểu thức của lực hướng tâm, lực quỏn tớnh li tõm. - Hiểu hiện tượng tăng giảm và mất trọng lượng. 2. Kỹ năng - Biết vận dụng các khái niệm để giải thích được hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Biết vận dụng các kiến thức để giải các bài toán động lực học về chuyển động trũn đều. B. CHUẨN BỊ 1. Giỏo viờn - Thớ nghiệm ở cỏc hỡnh H22.1, H22.3, H22.4 2. Học sinh - ễn tập về trọng lực, lực quỏn tớnh. - Ôn tập về gia tốc trong chuyển động trũn đề. 3. Gợi ý dụng CNTT - Chuyển một số cõu hỏi trong SGK thành cõu hỏi trắc nghiệm. - Chuẩn bị một số đoạn video về chuyển động của các vật trong hệ quy chiếu phi quán tính chuyển động trũn. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1(5 phỳt): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của học sinh Sự trợ giỳp của giỏo viờn - Hệ quy chiếu phi quỏn tớnh, lực quỏn tớnh là gỡ? - Trình bày cõu trả lời - Gia tốc trong chuyển động trũn đều? - Trình bày cõu trả lời - Nờu cõu hỏi về hệ quy chiếu phi quỏn tớnh, lực quỏn tớnh và các đặc điểm của nó. - Nhận xột cõu trả lời. - Nêu câu hỏi về gia tốc trong chuyển động trũn đều. - Nhận xột cõu trả lời. Hoạt động 2 (10.phỳt): Tỡm hiểu về lực hướng tâm, lực quỏn tớnh li tõm. Hoạt động của học sinh Sự trợ giỳp của giỏo viờn - Đọc SGK, phần 1. Tỡm hiểu: Thế nào là lực hướng tâm? Thế nào là lực quỏn tớnh li tõm. - Trả lời cõu hỏi C1 - Trả lời cõu hỏi C2 - Yêu cầu HS đọc phần 1 SGK - Gợi ý cho HS nhận biết về lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. - Nờu cõu hỏi C1 SGK - Nhận xột cõu trả lời. - Nờu cõu hỏi C2 SGK. - Nhận xột cõu trả lời. Hoạt động 3 (15.phỳt): Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. Hoạt động của học sinh Sự trợ giỳp của giỏo viờn - Đọc SGK, phần 2 - Trình bày hiểu biết về mỡnh về trọng lực, trọng lượng biểu kiến. - Trả lời cõu hỏi C3. - Trình bày cõu hỏi trả lời. - Yêu cầu HS đọc SGK. - Nêu câu hỏi đánh giá hiểu biết của HS về trọng lực, trọng lương và trọng lượng biểu kiến. - Nhận xột cõu trả lời của HS. - Nờu cõu hỏi C3. - Nhận xột cõu trả lời. - Nờu cõu hỏi yờu cầu HS chỉ rừ hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Nhận xột cõu trả lời. Hoạt động 4 (5.phỳt): Vận dụng, củng cố. Hoạt động của học sinh Sự trợ giỳp của giỏo viờn - Trả lời cõu hỏi trắc nghiệm theo nội dung cõu 1-4 (SGK). - Giải bài tập 1 SGK. - Trình bày cõu trả lời. - Ghi tóm tắc các kiến thức cơ bản: Lực hướng tâm, lực quỏn tớnh li tõm, hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Yờu cầu HS trả lời cỏc cõu hỏi 1, 2, 3và 4 trong SGK. - Nhận xột cõu trả lời của HS. - Nờu bài tập 1 SGK. - Nhận xột cõu trả lời của HS. - Đánh giá, nhận xột kết quả giờ dạy. Hoạt động 5 (5.phỳt): Hướng dẫn về nhà. Hoạt động của học sinh Sự trợ giỳp của giỏo viờn - Ghi cõu hỏi và bài tập về nhà - Những sự chuẩn bị cho bài sau - Nờu cõu hỏi Tiết Bài tập 16 BÀI TẬP LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM. HIỆN TƯỢNG TĂNG – GIẢM – MẤT TRỌNG LƯỢNG. I. MỤC TIÊU - Biết vận dụng những khái niệm trên để giải thích được hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Biết vận dụng kiến thức để giải được một số bài tóan động lực học về chuyển động tròn đều. II. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1) Kiểm tra bài cũ : 1/ Trọng lực là gì ? 2/ Trọng lượng là gì ? 3/ Khi nào xảy ra hiện tượng tăng, giảm và mất trọng lượng ? 2) Phần giải các bài tập Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh Bài 3/95 SGK : Một ôtô có khối lượng m = 1200 kg ( coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36 km/h trên chiếc cầu vồng lên coi như cung tròn có bán kính R = 50 cm. a) Tính áp lực của ôtô vào mặt cầu tại điểm cao nhất. b) Nếu cầu võng xuống ( các số liệu vẫn giữ như trên ) thí áp lực của ôtô vào mặt cầu tại điểm thấp nhất là bao nhiêu ? So sánh hai đáp số và nhận xét. Bài giải : Ta chọn hệ quy chiếu gắn vào ôtô. Trong quá trình chuyển động trên mặt cầu, ôtô chịu các lực tác dụng: - Trọng lực P - Lực quán tính li tâm F q - Áp lực tác dụng lên mặt cầu N a) Khi ôtô chuyển động đến vị trí cao nhất trên mặt cầu vồng lên : P = N + Fq N = P – Fq = mg – maht = mg - m R v 2 N = m(g - R v 2 ) = 9360 (N) b) Khi ôtô chuyển động đến vị trí thấp nhất trên mặt cầu võng xuống : N = P + Fq N = P + Fq = mg + maht = mg + m R v 2 N = m(g + R v 2 ) = 14160 > mg * Nhận xét : Từ hai trường hợp trên ta nhận thấy ôtô nén xuống cầu võng xuống một lực lớn hơn trọng lượng của nó . Ví lí do này ( và một số lí do khác) người ta không thể làm cầu vỏng xuống ) Bài 4/95 SGK : Một vật đặt trên một cái bàn quay. , nếu hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,25 và vận tốc góc của mặt bàn là 3 rad/s thì có thể đặt vật ở vùng nào trên mặt bàn để nó không bị trượt đi. Bài giải : Khi mặt bàn quay vật chịu các lực tác dụng : - Lực quán tính li tâm : Fq - Lực ma sát : Fms Để vật không bị trượt thì : Fq Fms m 2 R mg R 2 ω μg = 0,27 m Vậy : Phải đặt vật trên mặt bàn, trong phạm vi một hình tròn tâm nằm trên trục quay, bán kính 0,27 m. Bài 22. LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM HIỆN TƯỢNG TĂNG, GIẢM, MẤT TRỌNG LƯỢNG A - MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Hiểu rõ khái niệm, biểu thức của lực hướng tâm, lực quán tính li tâm. - Hiểu hiện tượng tăng, giảm và mất trọng lượng 2. Kỹ năng - Biết vận dụng các khái niệm để giải thích được hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Biết vận dụng các kiến thức để giải các bài tập toán động lực học về chuyển động tròn đều. B - CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Thí nghiệm ở các hình H 22.1, H 22.3, H 22.4 2. Học sinh - Ôn tập về trọng lực, lực quán tính. - Ôn tập về gia tốc trong chuyển động tròn đều. 3. Gợi ý ứng dụng CNTT - Chuyển một số câu hỏi trong SGK thành câu hỏi trắc nghiệm. - Chuẩn bị một số đoạn video về chuyển động của các vật trong hệ quy chiếu phi quán tính chuyển động tròn. C - TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Hệ quy chiếu phi quán tính, lực quán tính là gì? - Trình bày câu trả lời - Gia tốc trong chuyển động tròn đều? - Trình bày câu trả lời - Nêu câu hỏi về hệ quy chiếu phi quán tính, lực quán tính và các đặc điểm của nó. - Nhận xét câu trả lời. - Nêu câu hỏi về gia tốc trong chuyển động tròn đều. - Nhận xét câu trả lời. Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu về lực hướng tâm, lực quán tính li tâm. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Bi ghi - Đọc SGK, phần 1. Tìm hiểu: Thế nào là lực hướng tâm? Thế nào là lực quán tính li tâm - Trả lời câu hỏi C1 - Trả lời câu hỏi C2 - Yêu cầu HS đọc phần 1 SGK - Gợi ý cho HS nhận biết về lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. - Nêu câu hỏi C1 SGK - Nhận xét câu trả lời - Nêu câu hỏi C2 SGK - Nhận xét câu trả lời. 1. Hệ quy chíêu quay đều và lực quán tính li tâm - Hệ quy chíêu gắn với vật quay đều quanh một trục gọi là hệ quy chíêu quay. - Trong hệ quy chíêu quay đều, ngoài các lực do các vật khác gây ra, mỗi vật cịn chịu thm một lực qun tính li tm, lực ny ngược chiều với lực hướng tâm và có độ lớn bằng lực hướng tâm: htlt FF . Về độ lớn: 2 lt mrF . Trong đó m là khối lượng cảu vật, l vận tốc gĩc của Hoạt động 3 ( phút): Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Bi ghi - Đọc SGK, phần 2. - Trình bày hiểu biết của mình về trọng lực, trọng lượng và trọng lượng biểu kiến. - Trả lời câu hỏi C3 - Trình bày câu trả lời. - Yêu cầu HS đọc SGK - Nêu câu hỏi đánh giá hiểu biết của HS về trọng lực, trọng lượng và trọng lượng biểu kiến. - Nhận xét câu trả lời của HS - Nêu câu hỏi C3 - Nhận xét câu trả lời - Nêu câu hỏi yêu cầu HS chỉ rõ hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. 2. Trọng lực biểu kíên và trọng lượng biểu kiến Xét một vật có không lượng m đặt trên sàn của một thang máy đang chuyển động theo phương thẳng đứng với gia tốc a . Chọn hệ quy chiếu gắn với thang my (hệ quy chíu phi qun tính), ngồi trọng lực P vật cịn chịu tc dụng của một lực qun tính qt F . Hợp lực của trọng lực v lực qun tính tc dụng ln vật gọi l trọng lực biểu kiến của vật: agmFPP qtbk - Nhận xét câu trả lời. Trọng lượng biểu kiến cảu vật được đo bằng lực kế: agmP . - Hiện tượng tăng trọng lượng ứng với trường hợp: PP bk . - Hiện tượng giảm trọng lượng ứng với trường hợp: PP bk . - Hiện tượng hông TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 Bài 22 : LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LI TÂM. HIỆN TƯỢNG TĂNG – GIẢM – MẤT TRỌNG LƯỢNG. I. MỤC TIÊU - Học sinh hiểu rõ khái niệm, biểu thức của lực hướng tâm, lực quán tính li tâm. - Biết vận dụng nhửng khái niệm trên để giải thích được hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng. - Biết vận dụng kiến thức để giải được một số bài tóan động lực học về chuyển động tròn đều. II. CHUẨN BỊ - Sợi dây, quả cầu, viên bi, bàn quay. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1) Kiểm tra bài cũ : Câu 1 : Thế nào là hệ quy chiếu phi quán tính ? Câu 2 : Thế nào là lực quán tính ? Câu 3 : Định nghĩa và tính chất vectơ gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều ? Vẽ hình ? 2) Giới thiệu bài mới : TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 Phần làm việc của giáo viên Phần ghi chép của học sinh I. LỰC HƯỚNG TÂM VÀ LỰC QUÁN TÍNH LY TÂM 1) Lực hướng tâm : GV : Khi vật chuyển động tròn đều thì v ật có thu gia tốc hay không các em ? HS : Vật sẽ thu gia tốc hướng tâm GV : Theo định luật II Newton , vật sẽ thu một lực được gọi là lực hướng tâm GV : các em có thể cho biết phương, chiều và độ lớn lực hướng tâm HS : Lực hướng tâm có phương chiều cùng v ới phương chiều của gia tốc Về mặt độ lớn : Fht = maht = R mv 2 = m 2 R 2) Lực quán tính li tâm GV : Ta giả tỷ như quay tròn một con lắc đơn , đối I. LỰC HƯỚNG TÂM V À LỰC QUÁN TÍNH LY TÂM 1) Lực hướng tâm : Khi một vật chuyển động tr òn đều thì gia tốc hướng vào tâm qu ỹ đạo và có độ lớn là R v 2 . Theo đ ịnh lu ật II Newton, lực gây ra gia tốc này phải hướng vào tâm qu ỹ đạo. Ta gọi đó là lực hư ớng tâm. Biểu thức của lực hướng tâm là : Fht = maht = R mv 2 * Khi một vật chuyển động tr òn đều, hợp lực của các lực đặt l ên vật là lực hướng tâm. 2) Lực quán tính ly tâm : Khi một vật chuyển động tròn đ ều, nếu xét vật trong hệ quy chiếu phi quán tính mà nó đang ở trạng thái cân bằng thì v ật phải chịu thêm tác d ụng của một lực quán tính htq amF , lực n ày có TRƯỜNG THPT MẠC ĐĨNH CHI VẬT LÝ 10 với bản thân người quay, con lắc sẽ chuyển động tròn với gia tốc a ht dưới tác dụng của F ht . Ta thí dụ như có một “chú ong” bay đến và bám sát vào s ợi dây trong khi con lắc đang quay tròn . Nếu ta chọn hệ quy chiếu gắn liền với sợi dây ( chú ong) thì h ệ quy chiếu này thuộc hệ quy chiếu nào ? HS : Hệ quy chiếu phi quán tính GV : Đối với hệ quy chiếu này “hay đ ối với chú ong” thì quả cầu ở trạng thái như thế nào ? HS : Quả cầu ở trạng thái đứng yên GV : Hiện tại các em đã bi ết, quả cầu chịu tác dụng của một lực hướng tâm, đối với hệ quy chiếu n ày, muốn vật đứng yên “chú ong nhìn thấy quả cầu m đứng yên” thì quả cầu phải chịu thêm một lực có phương – chiều – và độ lớn như thế nào ? HS : Lực này cùng phương, cùng độ lớn nh ưng ngược chiều với lực hướng tâm và tác dụng lên quả cầu ! GV : Lực này được gọi là lực quán tính li tâm. GV gọi HS lên bản vẽ F q và viết công thức tính độ lớn lực quán tính li tâm. II. HIÊN TƯỢNG TĂNG VÀ GIẢM TRỌNG LƯỢNG ! chiều hư ớng ra xa tâm O. ta gọi đó là l ực quán tính ly tâm. Biều thức của lực quán tính ly tâm là : R mv F 2 q = m 2 R * Lực quán tính ly tâm có cùng đ ộ lớn với lực hướng tâm. II. HIỆN TƯỢNG TĂNG – GIẢM VÀ M ẤT TRỌNG LƯỢNG 1) Khái niệm về trọng lực : Trọng lực là h ợp lực của lực hấp dẫn tác dụng lên một vật v à lực quán tính ... lực tác dụng : lực quán tính li vào tâmvật? P mv2 Fq = r = mω 2r (2) Fq Fmsn Trong thí nghiệm trên, vật lại trượt xa tâm? Nếu tốc độ góc bàn đủ lớn, lực quán tính li tâm thắng lực ma sát nghỉ... tròn đều: a : hướng vào tâm quỹ đạo ht v aht = = rω r Theo định luật II Newton: Fht= maht : lực hướng tâm, gây gia tốc hướng tâm cho vật mv Fht= maht = r = mω 2r (1) Ví dụ lực hướng tâm Ví dụ... đều, hợp lực lực tác dụng lên vật lực hướng tâm XétTrong hệvíquy dụchiếu 2, gắn với bàn xétvật hệchịu quythêm chiếutác N dụng gắn với bànlực quán tính quay, xác Fq = -maht định Fq Fmsn lực tác