giao an 12 co ban vật lý 12 lê văn thêm thư viện tài nguyên dạy học tỉnh thanh hóa

-Biết được các khái niệm về tọa độ góc, gia tốc góc, phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định2. - Biết cách xây dựng và vẽ đồ thị các phương trình ch[r]

Chương I: CƠ HỌC VẬT RẮN.

Bài1: CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH.

I.Mục tiêu:

1 Kiến thức:

-Biết khái niệm tọa độ góc, gia tốc góc, phương trình động học chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định

- Biết cách xây dựng vẽ đồ thị phương trình chuyển động quay quay biến đổi hệ tọa độ ( ,t)

-Nắm vững cơng thức liên hệ vận tốc góc vận tốc dài, gia tốc góc gia tốc dài điểm vật rắn

2 Kĩ năng:Vận dụng giải tập đơn giản

3.Liên hệ thực tế: Vai trò kiến kiến thức khoa học đời sống

II Chuẩn bị: 1 Giáo viện:

 Chuẩn bị hình vẽ: 1.1,1.2,1.3,14, 1.5 SGK  Các hình vẽ tranh ảnh sưu tầm có liên quan 2 Học sinh:

 Ôn lại phần chuyển động trịn lớp 10 III.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY

H Đ Đặc m c a v t r n quay quanh m t tr c c đ nhể ủ ậ ắ ộ ụ ố ị

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Hỏi : Khi vật rắn quay quanh trục cố định, góc quay điểm vật rắn có quan hệ nào?

Vì điểm vật rắn quay góc giống

 cần lấy tọa độ góc  M vật rắn làm tọa

độ góc vật rắn thơng báo cơng thức tọa độ góc qui ước dấu?

Hỏi : Tọa độ góc điểm sai khác 2k

(2k +1) vị trí véc tơ tia chúng nào?

Trả lời câu hỏi C1

Nêu hai đặc điểm chuyển động

+ OM > + OM <

+ Giá trị dương góc thực cách quay trục Ox đến tia OM ngược chiều kim đồng hồ

+ Giá trị âm góc thực cách quay trục Ox đến tia OM thuận chiều kim đồng hồ

H 2.V n t c gócĐ ậ ố

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Hỏi : Phát biểu định nghĩa vận tốc góc

Vận tốc góc đại lượng đại số Vận tốc góc có giá trị dương vật rắn quay theo chiều dương qui ước âm ngược lại

Hỏi : Lập công thức tính vận tốc góc trung bình tức thời vật rắn?

Khi t nhỏ dần tiến tới đến tốc độ trung bình trở

thành vận tốc tức thời

Phát biểuđịnh nghĩa tốc độ góc tức thời đạo hàm theo thời gian tọa độ góc

Tự nhìn sách ghi

Trả lời câu hỏi C2 H 3.Gia t c gócĐ ố

Hoạt động thầy Hoạt động trị

Hỏi : Khi vật rắn quay khơng lúc vận tốc góc thay đổi Để đặc trưng cho biến thiên nhanh hay chậm vận tốc tốc góc ta đưa khái niệm gia tốc góc

Hỏi :Định nghĩa gia tốc góc

Tự hình thành định nghĩa gia tốc trung bình

Khi t nhỏ dần tiến tới đến gia tốc trung bình

Gọi  0 vận tốc góc vật rắn thời

điểm t t0

Hỏi : Lập cơng thức tính gia tốc góc trung bình tức thời vật rắn?

Có phải dấu gia tốc cho ta biết vật rắn quay nhanh dần hay chậm dần không?

Hỏi : +. > 0: quay nhanh dần,

+. < 0: quay chậm dần

Phát biểuđịnh nghĩa gia tốc góc tức thời đạo hàm theo thời gian vận tốc góc

Tự nhìn sách ghi

Trả lời câu hỏi C3 H 4.Các ph ng trình đ ng l c h c c a chuy n đ ng quayĐ ươ ộ ự ọ ủ ể ộ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Hướng dẫn hoạt động Hs thông qua câu hỏi:

H1: Dựa Sgk định nghĩa chuyển động quay đều?

H2: Trong công thức (1) chọn t0=0  phương trình

chuyển động vật rắn quay quanh trục cố định.?

H3: Phương trình (3) có dạng tương tự phương trình học lớp 10?

H Chuy n đ ng quay bi n đ i đ uĐ ể ộ ế ổ ề

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Tiết 2:

Hỏi :Định nghĩa chuyển động quay biến đổi đều?

Hỏi : Phương trình (6) có dạng tương tự phương trình học lớp 10?

Hỏi : Viết phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x0 +v0t + 0,5at2

Dựa vào tương tự:

x , x00, v00, a  để suy phương trình

(7)

Đồ thị mô tả phụ thuộc  vào t đường gì? Dạng

của đồ thị phụ thuộc vào dấu ?

Định nghĩa chuyển động quay biến đổi Tự nhìn sách ghi

= const.  = o + t

 = o + ot + t2 2 -

2 o

 = 2( - 

o)

Trả lời câu hỏi C4 H 6.V n t c gia t c c a m t m c a v t r n chuy n đ ng quayĐ ậ ố ố ủ ộ ể ủ ậ ắ ể ộ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

HĐ6:

Khi vật rắn quay xung quanh trục quay cố định điểm vật rắn cách trục quay đoạn r chuyển động tròn Dựa vào vật lý 10 Hs cho biết mối quan hệ vận tốc góc với vận tốc dài gia tốc hướng tâm điểm đó?

Hỏi :+ v = r,

+ an = r.2 = v

r

Nhấn mạnh gia tốc hướng tâm chỉ biến thiên phương chiều vận tốcdài mà gây ra!

Nếu vật rắn quay khơng đều, điểm vật rắn chuyển động trịn khơng Trong chuyển động ngồi biến thiên phương, chiều vận tốc cịn có biến thiên độ lớn vận tốc Biến thiên độ lớn vận tốc gây nên gia tốc tiếp tuyến at

Thay đổi hướng , không thay đổi độ lớn

Hỏi : Viết cơng thức tính gia tốc tiếp tuyến?

Các điểm vật rắn xa trục quay gia tốc góc nào?

+ Gia tốc pháp tuyến + Gia tốc tiếp tuyến

Trả lời câu hỏi C5

Trả lời câu hỏi C6 Củng cố dặn dò:

1.Thường để đơn giản việc xác định dấu   ta nên chọn chiều quay dương chiều quay vật rắn Khi ta

ln có  > vật quay

+ nhanh dần  > 0,

+ chậm dần  < 2 HD trả lời câu hỏi:

1/8(Sgk): Câu a vì: Các điểm khác vẽ thành đường trịn khác 2/8(Sgk):

3/8sgk: Câu B vì: chuyển động quay nhanh dần thì. >0 ( dấu) 3Bài tập nhà: Làm tập: 1,2,3,4,5,6,7 trang 8,9 Sgk

 Rút kinh nghiệm:

Bài 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH.

I.Mục tiêu:

1.Kiến thức:

+Biết cách xây dựng phương trình động lực học vật rắn

+Hiểu khái niệm momen đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay vật quanh trục

+Thuộc hiểu công thức momen động lượng vật rắn đại lượng chứa công thức Định luật bảo tồn momen động lượng

2 Kĩ năng:Biết sử phương trình động lực học vật rắn để giải số tập đơn giản

3.Liên hệ thực tế:Vận dụng định luật bảo tồn mơmen để giải thích số tượng sống

II Chuẩn bị: 1 Giáo viện:

 Có thể chuẩn bị hình ảnh có liên quan đến học  Các hình động máy

2 Học sinh:

Ôn lại phương trình động lực học chất điểm chuyển động quay quanh trục

III.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY

H Đ I : Mối liên hệ gia tốc góc momen lực

Đặc điểm chuyển động Chuyển động quay vật rắn

quanh trục cố định

Chuyển động thẳng chất điểm

Đều  số v = số

Biến đổi 

 = 0 +0t + 21 t2 x = x0 +v0t +

2 at2

 =0 + t v =v0 + at

2 –02 = 2 (  –0) v2 –v02 = 2a( x –x0)

t = 2



Hoạt động thầy Hoạt động trò Mômen lực M của lực F đối với

vật rắn có trục quay cố định đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật rắn quanh trục cố định lực F, đo bằng tích số lực cánh tay đòn.

Hs Quan sát h 3.1 để thảo luận câu hỏi sau:

a. Với lực phương tác dụng vào vật rắn, tác dụng làm quay vật phụ thuộc vào điểm đặt lực?

b. Nếu lực có phương cắt trục quay, song với trục

quay có tác dụng làm quay vật rắn khơng? Vì sao?

 Tác dụng làm quay vật lớn phương lực

quan hệ với phương trục quay?

 Khi véc tơ lực nằm mặt phẳng  với trục quay,

thì lực gọi trực giao với trục quay

 Tổng kết kết luận rút vấn đề thảo luận mục a.; b để dẫn đến kết luận chung phần nội dung

Cho H quan sát hình 3.2 Sgk kết luận rút mục

Lưu ý cho học sinh cách xác định cánh tay đòn (Khoảng cách từ phương lực đến trục quay)

Momen lực đại lượng đại số, dấu momen cho biết mômen lực làm cho vật rắn quay theo chiều

Khái niệm momen lực

Viết công thức tính độ lớn momen lực Nêu qui ước dấu momen

Qui ước dấu momen:

+ Momen lực F làm vật rắn quay theo chiều dương M = +F.d,

+ Momen lực F làm vật

rắn quay ngược chiều

dương M = -F.d

Trả lời câu hỏi C1

Trả lời câu hỏi C2

H II : Momen quán tínhĐ

Hoạt động thầy Hoạt động trị

I = mr2 gọi mơmen qn tính chất điểm đối với

trục 

Từ công thức M = I   = H: M/ I?

Liên hệ công thức a = F/m để khắc sâu kiến thức cho Hs

Đơn vị I: kg.m2

Dựa kiến thức momen quán tính chất điểm Gv thơng báo momen qn tính vật rắn trục tổng momen quán tính phần vật trục quay I = ∑

i

miri

Trong mi, ri

là khối lượng khoảng cách từ phần tử thứ i đến trục quay

Nhấn mạnh:

+Độ lớn momen quán tính phụ thuộc vào phân bố phần vật trục quay Nếu vật đồng chất momen qn tính phụ thuộc vào khối lượng, hình dạng kích thước vật

+ Nếu vật khơng đồng chất có hình dạng momen qn tính xác định thực nghiệm

 Thơng báo momen qn tính số vật đồng chất

đối với trục quay  trục đối xứng vật nội dung

Trả lời câu hỏi C3

Hs phát biểu mối quan hệ, nêu ý nghĩa momen quán tính

Trả lời câu hỏi

Vận dụng tính momen quán tính trái đất?

Thay số: I = 9,8.1027kg.m2. H Đ III : Phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục



A

(+) (+)

F d

O

n

F



t

F



F



d O



m F1

 Dành thời gian cho Hs nhắc lại phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục

 Từ khái quát lên: Nếu vật rắn quay xung trục cố định  có momen qn tính trục I Gọi M tổng đại số momen lực trục quay  tác dụng lên vật rắn phương trình I=M gọi pt động lực học vật rắn quay quanh trục

H Đ IV : Bài tập V DỤ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Củng cố dặn dò: Bài tập nhà:

Làm tập: 1,2,3 trang 18 Sgk  Rút kinh nghiệm:

Bài 3: MOMEN ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG I.Mục tiêu:

1.Kiến thức:

Biết khái niệm momen động lượng đại lượng vật lý, momen động lượng đại lượng đại số-Viết cơng thức tính momen động lượng với trục Biết cách xác định dấu monen - Biết cách xây dựng biểu thức định luật II Niu-tơn dạng khác làm xuất momen lực momen quán tính

2.Kĩ năng: Cách xác định giá trị mômen động lượng

3.Liên hệ thực tế: Vai trò kiến kiến thức khoa học đời sống

III Chuẩn bị:

1 Giáo viện:

Chuẩn bị hình 3.2 hình vẽ có liên quan Học sinh:

Đọc trước nhà

III.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY H Đ Momen đ ng l ng ộ ượ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Gv tổ chức cho Hs dựa vào phương trình I=M để từ dùng phép biến đổi toán học dẫn đến dạng :M= I dω

dt

Đại lượng L=I gọi momen động lượng vật rắn đặc trưng cho vật vật rắn có momen qn tính quay quanh trục

Momen động lượng có phải đại lượng đại số hay khơng?

Cơng thức gọi phương trình động lực học chất điểm chuyển động quay quanh trục

Nêu trường hợp bảo toàn động lượng cho trường hợp làm thí nghiệm hay hình động chuẩn bị máy tính để làm minh họa

Ta biết công thức F=d(mv) dt =

dp

dt cho

Trả lời câu hỏi C1

Khái niệm momen động lượng, đơn vị

Định luật II Niu-tơn cho chất điểm dạng khác: F=d(mv)

dt =

dp

dt So sánh pt với pt

(3) để tìm tương ứng?

L = I  Dấu L dấu  L có tính cộng!

khi m thay đổi hệ nhiều vật Một cách tương tự, công thức M = dLdt cho trường hợp:

+Vật có momen qn tính I thay đổi ( thay đổi h/dạng hay kích thước)

Hs dựa vào phương trình M= dL

dt phát biểu Dạng

khác phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục

Trả lời câu hỏi C H Đ Momen động lượng

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Hãy viết phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục : M = I.

Hãy viết công thức xác định gia tốc góc :  = d t

d 

? Hướng dẫn học sinh hình khái niệm moment động lượng ?

Hướng dẫn học sinh viết dạng khác phương trình động lực học vật rắn chuyển động quay quanh trục

Em cho biếtkhi M = d t L d

?

+Ta có :

M = I  + Mà :

 = d t

d

+ Ta có :

M = I d t

d

=

 

t d

I

d 

+ Đặt : L = I  : moment động lượng

Trả lời câu hỏi C2 H nh lu t b o toàn momen đ ng l ngĐ Đị ậ ả ộ ượ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

Em cho biếtkhi d t L d

= moment động lượng có đặc điểm ?

L = const

Học sinh suy nghĩ trả lời

Trả lời câu hỏi C3 H Đ Các ví dụ bảo toàn momen động lượng

Hoạt động thầy Hoạt động trò

+Hệ nhiều vật Trong trường hợp pt cần hiểu M tổng đại số momen ngoại lực tác dụng lên hệ trục quay, L tổng momen động lượng vật hệ với trục quay

Gv cho Hs sinh nhận xét M=0 momen động lượng vật (hay hệ vật) trục quay có thay đổi khơng?

Học sinh nhận xét M=0 momen động lượng vật (hay hệ vật) trục quay

Trả lời câu hỏi C4

 Củng cố dặn dò: Bài tập nhà: 1,2 trang 14 Sgk  Rút kinh nghiệm:

Bài 4: ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC. I.Mục tiêu:

-Biết cơng thức tính động vật rắn tổng động phân tử

-Biết chuyển động vật rắn phân tích thành hai chuyển động thành phần: chuyển động tịnh tiến khối tâm chuyển động quay quanh trục qua khối tâm, từ biết động vật rắn gồm tổng động chuyển động tịnh tiến động chuyển động quay quanh khối tâm

- Biết cách tính động tồn phần khối trụ lăn mặt phẳng

II Chuẩn bị: 1 Giáo viên:

Chuẩn bị quay để làm mẫu c/đ quay quanh trục, tranh ảnh tuabin thuỷ lực nhà máy thuỷ điện

2 Học sinh: .Ôn kĩ học trước

III.Tổ chức hoạt động dạy học:

H Đ I Động năng c a v t r n quay quanh m t tr củ ậ ắ ộ ụ

Hoạt động thầy Hoạt động trò

HĐ1:

Nhắc lại đ vật rắn c động thẳng Đ v đ : Cho I ,, Wđ vật quay ?

Đ v đ :Động vật rắn quay quanh trục có quan hệ với động phần tử vật quay quanh trục đó?

Hướng dãn H xây dựng công thức phần nội dung

Trong chuyển động song phẳng động vật rắn gồm loại động nào?

Hỏi: Nhắc lại công thức động vật rắn quay quanh trục động tịnh tiến?

Nêu mối lại mối quan hệ Vc  khối trụ

lăn không trượt mặt phẳng

Thiết lập

Phát biểu động vật rắn quay quanh trục

Đơn vị động

H III Bài t p ví d Đ ậ ụ

Hoạt động thầy Hoạt động trị

Hướng dẫn : Phân tích đề Nêu hướng làm Góp ý

Tính tốn

Phân tích giả thiết Bt Nêu cách giải

Củng cố dặn dò- Hướng dẫn nhà :

 Chuyển động vật rắn chịu tác dụng lực ngoại lực khơng sinh cơng vật bảo toàn

 Bài tập nhà: Làm tập: 1,2,3 trang 30,31 Sgk

VI: Rút kinh nghiệm:

m1 m2

Bài5: BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH.

I.Mục tiêu:

1 Kiến thức:

Sử dụng công thức động học động lực học vật rắn quay quanh trục cố định -Qua hai mẫu, sử dụng điều học để giải tập khác

2.Kĩ năng: Phương pháp giải toán động học động lực học vật rắn quay quanh trục 3.Liên hệ thực tế:Vai trò kiến kiến thức khoa học đời sống

II Chuẩn bị: 1 Giáo viện:

Học sinh: Chuẩn bị tập nhà

III.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY

Phát biểu định luật bảo tồn mơmen động lượng L y ví d đ gi i thích?ấ ụ ể ả

Hoạt động thầy Hoạt động trị Nội dung chính Gv: Gọi Hs đọc đề tập

HS: Gv: gọi Hs lên bảng giải, lớp theo giỏi

Hệ thống câu hỏi dẫn dắt Hs giải:

Câu a.

Viết công thức gia tốc góc, thay 0, , t  

 Thay  vào Pt: M=I  I

Câu b

 Khi khơng có M1

bánh xe quay chậm dần tác dụng momen lực nào?

 Tính gia tốc góc 1 :

1=(0-)/t

 Từ I1= Mms  Mms

 M=M1+Mms  M1

Câu c

 Dựa vào công thức 2 -02=2  góc quay hai

giai đoạn từ số vòng quay hai giai đoạn

Các học sinh cịn lại nghe tóm tắt đề tập vào

Hs giải:

Bài tr 20Sgk. Giả thiết

 Bánh xe chịu: Momen M1= const,

tổng momen 24Nm

 Trong 5s đầu vận tóc góc tăng ÷10rad/s

 sau M1 ngừng tác dụng, bánh xe

quay chậm dần ngừng lại sau 50s

Kết luận

a. Tính mơmen qn tính,

b. Xác định M1,

c. Số vòng quay tổng cộng

Bài giải:

a Tính I: Gia tốc bánh xe:  = (-0)/t

Thay số:  = 2rad/s

Mặt khác: M=I  I=M/=12kg.m2

b. Xác định M1

Gia tốc góc bánh xe khơng có M1: 1=(0-)/t=-0,2rad/s

 Do mơmen lực ma sát: Mms=I1=12.(-0,2) = -2,4N.m

 Vậy: M1=M-Mms=24+2,4= 26,4N.m

c Số vịng quay tổng cộng:

 Góc quay giai đoạn đầu:

2

0

    

 =25rad

 Góc quay giai đoạn sau:

2

0

2

   



=250rad

Vậy số vòng quay: N=(+1)/2 =43,8

vòng

Bài 3: Bài 3

Giả thiết l=1m, m=120g , m=120g, I1

= 13ml2

Một OA đồng chất chiều dài l=1m khối lượng m=120g gắn vng góc với trục quay (D) thẳng đứng Trên có đặt viên bi nhỏ khối lượng m=120g cho mơmen qn tính trục quay O

1 3Ml2

a. Tính mơmen qn tính hệ (thanh+bi) bi vị trí sau:

+ Bi trung điểm thanh,

+ Bi đầu A (hv)

b. Ban đầu bi trung điểm thanh, quay với vận tốc góc 1=120vịng/phút,

có rãnh nhỏ quay bi dịch chuyển theo rãnh nhỏ Khi bi di chuyển đến đầu A vận tốc góc lúc bao nhiêu?

a Tính momen quán tính hệ bi ở: + Trung điểm thanh,

+ đầu A

b 1=120vòng/phút  2 bi A

Bài giải:

a Mơmen qn tính hệ: I = I1 + I2

Với I1=

3ml2 = 0,04kgm2,

I2 = mr2

+Khi bi G: r = l/2= 0,5m  I2=

0,03kgm2

Suy ra: I = 0,07kgm2.

+ Khi bi A: r = l = 1m  I2

=0,12kgm2

Suy ra: I/ = 0,16 kgm2.

b. Momen động lượng hệ bảo toàn: I1 = I/2  2 = I1/I/ = 52,5 (vòng

/phút)

Gọi Hs đọc đề tập gọi Hs lên bảng giải, lớp theo giỏi

Hệ thống câu hỏi gợi ý

 Áp dụng định luật II Niutơn cho chuyển động vật m1 m2

phương trình động lực học vật rắn cho ròng rọc M

 Chiếu lên chiều chuyển động để ba phương trình

 Để ý độ lớn lực căng dây: T1=T1/ ; T2=T2/, độ lớn gia tốc

các vật a1=a2=a;

 Phối hợp phương trình để dẫn cơng thức tính gia tốc hệ

Hỏi: Khi bỏ qua khối lượng rịng rọc ta phải có điều kiện gì?

Các học sinh cịn lại nghe tóm tắt đề tập vào

Bài tr 21Sgk.

Giả thiết Hệ học (máy A-tut) hình vẽ, biết m2>m1 hệ chuyển động theo

chiều rơi nặng có khối lượng lớn

Kết luận Lập cơng thức tính gia tốc hệ khi:

a. Kể đến khối lượng ròng rọc

b. Suy trường hợp rịng rọc khơng có khối lượng

Bài giải: a

 Vì m2>m1 nên hệ

chuyển động theo chiều m2 xuống

và m1 lên

 Chọn chiều dương chiều chuyển động vật

 Ta có:

m2a = m2g-T2 (1)

m1a = T1 – m1g (2)

I=Ia/R = T2R –T1R (3)

Nhân hai vế phương trình (1), (2) cho R cộng ba phương trình vế theo vế: m2aR+ m1aR+Ia/R = m2gR-Rm1gR

R

m2

m1

P2 P1 +

+

T2 T1 T/2 T/1

G

 a = (m2gR-Rm1gR) / (m2R+

m1R+I/R)

hay: a =

m2 m1

g I

m1 m2 2

R



 

b Khi bở qua khối lượng rịng rọc

I=0 suy ra: a =

m2 m

1 g

m1 m2

 

(Vật lý 10)

Củng cố dặn dò: Bài tập nhà:

Làm tập: 1,2,3 trang 23 Sgk  Rút kinh nghiệm: