Giáo án Tập huấn Vật lý 12 - Bài 2: Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định - Trường THPT chuyên Nguyễn Du

Hoạt động của học sinh -Khái niệm momen lực: Mômen lực M của lực F đối với vật rắn có trục quay cố định là đại lượng đặc trưng cho tác duïng laøm quay vaät raén quanh truïc coá định đó c[r]

1 Bài : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MOÄT TRUÏC COÁ ÑÒNH A Muïc tieâu baøi hoïc Kiến thức - Viết công thức tính mômen quán tính vật rắn trục quay và nêu ý nghĩa vật lý đại lượng này - Vận dụng kiến thức mômen quán tính để giải thích số tượng vật lý liên quan đến chuyển động quay vật rắn - Hiểu cách xây dựng phương trình động lực học vật rắn quay quanh moät truïc coá ñònh vaø vieát phöông trình M  I  - Giải các bài toán chuyển động quay vật rắn Kó naêng - Vận dụng quy tắc mômen lực để giải các bài tập điều kieän caân baèng cuûa vaät raén coù truïc quay coá ñònh - Vận dụng phương trình chuyển động quay vật rắn quay quanh trục cố định để giải các bài tập đơn giản bieát moâmen quaùn tính cuûa vaät B Chuaån bò Giaùo vieân a) Kiến thức và dụng cụ: Có thể dùng các tư liệu, các ví dụ thực tế trông qua các hình vẽ, tranh ảnh minh họa chuyển động quay vật rắn để khai thác các kiến thức có liên quan đến bài học b)Phieáu hoïc taäp P1 Phát biểu nào sau đây là không đúng? A Trong chuyển động vật rắn quanh trục cố định thì ñieåm cuûa vaät raén coù cuøng goùc quay B Trong chuyển động vật rắn quanh trục cố định thì ñieåm cuûa vaät raén coù cuøng chieàu quay C Trong chuyển động vật rắn quanh trục cố định thì điểm vật rắn chuyển động trên các quỹ đạo tròn D Trong chuyển động vật rắn quanh trục cố định thì điểm vật rắn chuyển động cùng mặt phẳng Lop12.net P2 Phát biểu nào sau đây là không đúng? A Mômen quán tính vật rắn trục quay càng lớn thì sức ì vật chuyển động quay quanh trục đó càng lớn B Moâmen quaùn tính cuûa vaät raén phuï thuoäc vaøo vò trí truïc quay vaø phân bố khối lượng trục quay C Mômen lực tác dụng vào vật rắn làm thay đổi tốc độ quay vaät D Mômen lực dương tác dụng vào vật rắn làm cho vật quay nhanh daàn P3 Một mômen lực không đổi tác dụng vào vật có trục quay cố định Trong các đại lượng sau đại lượng nào không phải là số? A Gia toác goùc; B Vaän toác goùc; C Moâmen quaùn tính; D Khối lượng c)Đáp án phiếu học tập: 1(D), 2(D), 3(B) d)Dự kiến ghi bảng Lop12.net Mối liên hệ gia tốc góc và momen lực a Momen lực trục quay M = F.d  Ñôn vò: N.m  Quy ước dấu + Momen lực F làm vật rắn quay theo chieàu döông thì M = +F.d, + Momen lực F làm vật rắn quay ngược chiều dương thì M = -F.d b.Mối liên hệ gia tốc góc và momen lực + Xeùt vaät raén laø quaû caàu m nhoû gaén đầu nhẹ, có độ dài r Vật m chæ coù theå quay treân maët phaúng nhaün naèm ngang xung quanh truïc thẳng đứng qua đầu O ur F ur Ft O d ur Fn m    Phaân tích: F  Fn  Ft  Xeùt thaønh phaàn Ft: + Ft = mat = mr  M = Ftr = (mr2)  Vaäy : M  (mr )  +Xét trường hợp vật rắn gồm nhiều chaát ñieåm: M  M   (m r ) i i i i i Lop12.net Momen quaùn tính Mômen quán tính I vật rắn trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) vật rắn chuyển động quay quanh trục aáy Công thức: I =  m i ri2 i I phụ thuôc khối lượng và phân bố khối lượng 3.Phương trình động lực học vật raén quay quanh moät truïc coá ñònh M  I +Trong đó: M là tổng đại số các momen các lực trục quay  I: momen quán tính trục   : Gia toác goùc vaät raén Baøi taäp ví duï Đề: (SGK) Toùm taét: cho m: khối lượng thùng nước I, R: momen quaùn tính vaø baùn kính cuûa hình truï Tính gia tốc thùng nước Giaûi: SGK Hoïc sinh Ôân lại kiến thức vật lý lớp 10 (momen lực, phương trình động lực học chất điểm F=ma, ý nghĩa khối lượng) Gợi ý ứng dụng công nghệ thông tin - Phim minh họa cho mức quán tính vật quay, quay vật phụ thuoäc vaøo caáu taïo cuûa vaät quay - Chuẩn bị các hình vẽ có bài (nhằm tiết kiệm thời gian vẽ hình treân baûng) vaø coù theå tìm treân internet caùc hình veõ, ví duï khaùc minh hoïa theâm C Tổ chức các hoạt động dạy học Hoạt động ( 5phút): Ổn định tổ chức, kiểm tra bài cũ Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên Lớp trưởng báo cáo tình hình lớp Yêu cầu lớp trưởng cho biết tình hình lớp Trả lời câu hỏi kiểm tra bài cũ giaùo vieân neâu Kieåm tra baøi cuõ Hoạt động 2( 7phút):: Mối liên hệ gia tốc góc và momen lực Hoạt động học sinh -Khái niệm momen lực: Mômen lực M lực F vật rắn có trục quay cố định là đại lượng đặc trưng cho tác duïng laøm quay vaät raén quanh truïc coá định đó lực F, và đo tích số lực và cánh tay đòn -Viết công thức tính độ lớn momen lực: M=Fd -Nêu qui ước dấu momen + Momen lực F làm vật rắn quay theo chieàu döông thì M = +F.d, + Momen lực F làm vật rắn quay ngược chiều dương thì M = -F.d Lop12.net Hoạt động giáo viên GV yeâu caàu hoïc sinh haõy nhaéc laïi khái niệm momen lực GV mở bài cách nêu vấn đề: Trong chuyển động chấ t ñieå m, a r r r vaø F coù moái lieân heä: a  F r F a m m Câu hỏi đặt là: chuyển động quay vật rắn  và M có mối quan heä nhö theá naøo? - Trả lời câu hỏi C1 -GV neâu caâu hoûi C1 nhaèm giuùp hoïc sinh ôn kiến thức đã học mômen lực -Để khích lệ tham gia học sinh vào bài giảng, GV dùng gợi ý C2 -GV tiếp tục hướng dẫn học sinh lập luận SGK để dẫn đến kiến thức: - Trả lời câu hỏi C2 M  (mr ) - Tiếp đó, GV xét trường hợp tổng Mi  (mi ri2 ) quaùt: M   i  i Hoạt động ( 10phút): Momen quán tính Hoạt động học sinh - HS trả lời câu hỏi C3 Hoạt động giáo viên - GV neâu caâu hoûi C3 - GV nói ý nghĩa đại lượng mi ri2 : đặc trưng cho mức quán tính  i cuûa vaät quay, goïi laø momen quaùn tính I - GV ñöa vaøi ví duï minh hoïa cho tính ì vatä thể chuyển động quay quanh moät truïc: quay coù momen quán tính lớn thì quay càng lâu và càng ổn đinh, các bánh đà cần có momen quán tính lớn để quay nó dự trữ lượng lớn… - GV nhấn mạnh để HS hiểu hệ thức I mi ri2 : I khoâng chæ phuï thuoäc  i khối lượng vật rắn mà còn phụ thuộc vào phân bố khối lượng xa hay gaàn truïc quay Lop12.net Hoạt động ( 8phút): Phương trình động lực học vật rắn quay quanh moät truïc Hoạt động học sinh - HS cần phải hiểu rõ: M là tổng đại số các momen ngoại lực Hoạt động giáo viên GV : từ công thức M Mi  (mi ri2 ) vaø I  mi ri2  i  i  i Suy : M  I Khẳng định: đây là phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục coá ñònh Hoạt động ( 7phút): Bài tập ví dụ Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên HS đọc đề bài, phân tích và vận dụng Thông qua bài tập này GV hướng dẫn kiến thức vừa học để đề xuất cách HS cách vận dụng phương pháp động giải bài toán lực học Hoạt động (8phút): Củng cố lại bài học Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên -Đọc phiếu học tập và suy nghĩ -Yêu cầu học sinh trả lời các câu hỏi phieáu hoïc taäp - Trình bày đáp án -Đọc các câu hỏi và bài tập -Gợi ý (nếu cần) SGK Suy nghĩ và chọn đáp án cho -Yêu cầu HS: hãy trả lời các câu hỏi caùc caâu hoûi traéc nghieäm Giaûi caùc baøi vaø laøm caùc baøi taäp SGK -Toùm taét baøi hoïc tập tự luận - Ghi baøi taäp veà nhaø - Đánh giá tiết dạy - Ghi nhớ lời dặn giáo viên Giao baøi taäp veà nhaø cho hoïc sinh: haõy laøm caùc caâu hoûi vaø baøi taäp coøn laïi phieáu hoïc taäp, SGK vaø saùch baøi taäp Lop12.net - Caên daën hoïc sinh chuaån bò baøi cho tiết sau: Momen động lượng, định luật bảo toàn momen động lượng D Một số kinh nghiệm rút từ bài dạy - Ghi lại nhận xét giáo viên dự sau dạy xong - Gợi ý các câu hỏi kiểm tra đán giá Lop12.net