Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC I. Mục tiêu Học sinh phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực. Học sinh phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực). Học sinh vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải bài tập SGK và các bài tập tương tự. II. Chuẩn bị 1. Giáo viên Các dụng cụ thí nghiệm: − Các quả cân − Ròng rọc − Đĩa tròn có trục quay qua tâm − Thước đo có ĐCNN đến mm. − Dây chỉ không dãn. − Hai giá đỡ (một cái có kết hợp bảng dính). Chuẩn bị kiến thức liên quan. Làm thí nghiệm trước đề tránh sai sót có thề xảy ra. 2. Học sinh Đọc trước bài cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực. Xem lại kiến thức về đòn bẩy đã được học ở THCS. III. Tiến trình dạy học Hướng dẫn của giáo viên Dự kiến hoạt động của học sinh
Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC I II − − − − − − Mục tiêu - Học sinh phát biểu định nghĩa viết biểu thức momen lực - Học sinh phát biểu điều kiện cân vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực) - Học sinh vận dụng khái niệm momen lực quy tắc momen lực để giải thích số tượng vật lí thường gặp đời sống kĩ thuật để giải tập SGK tập tương tự Chuẩn bị Giáo viên Các dụng cụ thí nghiệm: Các cân Ròng rọc Đĩa tròn có trục quay qua tâm Thước đo có ĐCNN đến mm Dây khơng dãn Hai giá đỡ (một có kết hợp bảng dính) Chuẩn bị kiến thức liên quan Làm thí nghiệm trước đề tránh sai sót có thề xảy III Học sinh Đọc trước cân vật có trục quay cố định Momen lực Xem lại kiến thức đòn bẩy học THCS Tiến trình dạy học Hướng dẫn giáo viên Dự kiến hoạt động học sinh Hoạt động 1: Xét tác dụng lực với có trục quay cố định − Đặt vấn đề: yêu cầu học sinh − Quay quanh lề cửa − Khi hai lực tùy vị trí đặt mà lên đẩy cánh cửa hai phía, đặt lần khơng chuyển động lượt vị trí khác nhau, yêu cầu học sinh nhận xét cánh cửa chuyển động − Nhiều lực bên lực lớn đẩy ngược phía lại tác động lực, hai lực nhiều lực? − Để làm rõ chuyển động cách cửa, ta xét ví dụ khác để gián tiếp − kiểm chứng giả thuyết chuyển động cánh cửa ta đặt GV giới thiệu thí nghiệm với “đĩa momen”, rõ trục quay đĩa qua trọng tâm nên trọng lực bị khử phản lực trục quay đĩa ln cân vị trí + Nêu phương án tiến hành thí nghiệm biểu diễn để HS xem, rút nhận xét lực tác dụng vào đĩa có tác dụng đĩa +Lần lượt tiến hành thí nghiệm lực, lực yêu cầu HS nhận xét kết thu được? +Khi lực có tác dụng làm quay vật? -Đặt vấn đề: Ta thấy tác dụng làm quay lực F1 F2 đĩa ngược nha Vậy ta tác dụng đồng thời vào đĩa hai lực để vật không quay khơng? + u cầu HS tìm vị trí điểm đặt, giá độ lớn F2 để đĩa đứng yên (chọn cặp lực cho HS dễ nắm bắt tưởng tượng) Tại đĩa lại cân được? -GV nhận xét, hoàn thiện kiến thức Hoạt động 2: Xây dựng khái niệm momen lực − Đại lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng làm quay lực? Đại lượng phải có giá trị hai lực F1, F2 thí nghiệm trên? +Xét xem tác dụng làm quay có phụ thuộc vào độ lớn lực vị trí giá lực khơng? +Các vòng tròn vẽ đĩa cho biết khoảng cách từ trục quay đến giá -Lực F1 làm đĩa quay theo chiều kim đồng hồ, lực F2 làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ -Trường hợp vật có trục quay cố định lực có tác dụng làm quay vật -Đĩa đứng yên tác dụng làm quay lực F1 cân với tác dụng làm quay lực F2 của lực (thể dây treo thước đo) +Xét khoảng cách từ trục quay đến giá lực +Gợi ý HS kiểm chứng cặp lực cách: • Thay đổi phương lực, giữ nguyên độ lớn, khoảng cách từ trục quay đến giá lực (thí nghiệm 3) • Thay đổi đồng thời độ lớn khoảng cách từ trục quay đến giá lực cho tích chúng khơng đổi − Đưa khái niệm cánh tay đòn lực momen lực Hoạt động 3: Tìm hiểu quy tắc momen lực − Yêu cầu HS: hày sử dụng khái niệm momen lực để phát biểu điều kiện cân vật có trục quay cố định? − Đặt vấn đề: Nếu trường hợp vật chịu tác dụng ba lực trở lên điều kiện cân phát biểu nào? +Bố trí thí nghiệm 4, kiếm tra dự đoán HS − GV nhắc lại quy tắc momen lực, ghi − GV mở rộng kiến thức: phạm vi ứng dụng quy tắc momen lực mở rộng cho trường hợp vật khơng có trục quay cố định mà có trục quay tức thời xuất tình cụ thể đó: ghế tựa, cuốc C1… Chú ý: Trong q trình dạy kết hợp với việc lấy dẫn chứng thực tế từ cách cửa, đồng thời tạo tính liên kết -Tham gia thay đổi giá trị cặp lực, rút kết luận: Tích lực khoảng cách từ trục quay đến giá lực đặc trưng cho tác dụng làm quay lực Tích khơng đổi, tác dụng làm quay khơng đổi -Phát biểu quy tắc -Thỏa: M1+M2=M3 => F1d1+F2d2=F3d3 -Tham gia giải thích ví dụ GV cho giảng từ vấn đề đến cuối Hoạt động 4: vận dụng cố − Liên hệ đến tượng vật lý sống − Đặt câu hỏi tập vận dụng Hoạt động 5: Giao nhiệm vụ nhà − Nhắc nhở học sinh học − Xem − Trả lời câu hỏi làm tập Học cũ Xem trước B.THÍ NGHIỆM − − I Cơ sở lý thuyết − − Momen lực trục quay quy tắc momen lực II Tiến hành thí nghiệm 1) − − − 2) − − Thí nghiệm 1: vật có trục quay cố định, chịu tác dụng lực (lực trọng lượng cân) Treo cân 50g vào đĩa tròn cách tâm 6cm Tiến hành thay đổi khối lượng nặng 100g, 150g thay đổi độ dài cánh tay đòn 2cm,8cm Nhận xét: Khi có lực tác dụng lên vật có trục quay cố định,thì vật chuyển động quanh trục (theo chiều hoăc ngược chiều kim đồng hồ) Đĩa tròn đứng n lực có giá qua trục quay cố định (vật vị trí cân ),đĩa vị trí cân Thí nghiệm 2: Cân vật có trục quay cố định, chịu tác dụng nhiều lực ( lực ) Treo cân m1=50g cách tâm đĩa tròn d1=2cm Treo tiếp cân m2=100g vị trí d2 sau cho đĩa tròn cân Lần − m 1=50g d 1=8 cm m 2= 100g d 2= cm Lần m 1=100g d 2= cm m 1=200g d 2= cm Nhận xét: hai lực khác làm cho hai vật quay hai chiều ngược =>làm cho đĩa đứng yên F1 d1= F2d2 3) − − Thí nghiệm 3: Hai lực tác dụng vào vật có giá không song song Giử nguyên P1 (m1=50g) cách trục d1 =2cm thay đổi giá P2 (100g) cách dùng ròng rọc Tìm d2 Thay đổi d1= 7,5 cm tìm d2 Lần Lần − − m 1=50g m 2= 100g m 1=50g m 1=100g d 1=2 cm d 2= 3,8 cm d 2= 7,5 cm d 2= 3,5 cm Nhận xét: quan sát thí nghiệm d2= d1/2 Điều kiện cân cho trường hợp lực có độ lớn giá khác F1 d1= F2 d2 ( Cánh tay đỏn phải vng góc với giá lực) 4) − − − Thí nghiệm 4: Vật có tục quay cố định chịu tác dụng ba lực (song song) Treo m1=100g cách đĩa tròn d1=2cm ; m2=100g cách tâm đĩa tròn d2=4cm phía đĩa tròn (cùng làm đĩa quay chiều kim đồng hồ) Treo cân m3=200g vị trí làm đĩa cân cân Ta xác định d3=6cm Quy tắc momen lực ứng với ba lực trở lên ... xét: Khi có lực tác dụng lên vật có trục quay cố định, thì vật chuyển động quanh trục (theo chiều hoăc ngược chiều kim đồng hồ) Đĩa tròn đứng yên lực có giá qua trục quay cố định (vật vị trí cân ),đĩa... hợp vật có trục quay cố định lực có tác dụng làm quay vật -Đĩa đứng yên tác dụng làm quay lực F1 cân với tác dụng làm quay lực F2 của lực (thể dây treo thước đo) +Xét khoảng cách từ trục quay. .. ),đĩa vị trí cân Thí nghiệm 2: Cân vật có trục quay cố định, chịu tác dụng nhiều lực ( lực ) Treo cân m1=50g cách tâm đĩa tròn d1=2cm Treo tiếp cân m2=100g vị trí d2 sau cho đĩa tròn cân Lần − m