Hoạt động 1: Kiểm tra sự chuẩn bị của học sinh

Câu 1:

O GV: Một momen lực không đổi tác dụng vào một vật có trục quay cố định. Trong

những đại lượng dưới đây, đại lượng nào không phải là một hằng số? A. Momen quán tính B. Gia tốc góc

C. Khối lượng D. Tốc độ góc ▼ HS: Đáp án: D

Câu 2:

O GV: Momen quán tính của một vật rắn không phụ thuộc vào

A. Khối lượng của vật B. Tốc độ góc của vật C. Kích thước và hình dạng của vật D. Vị trí trục quay của vật ▼ HS: Đáp án: B

O GV: Viết PT ĐLH của vật rắn quay quanh một trục cố định? Giải thích tại sao có

thể gọi PT này là PT cơ bản của chuyển động quay của vật rắn? Tổng momen lực tác dụng lên vật rắn ( hệ vật )

đối với trục quay bằng 0. Nhận xét gì về giá trị momen động lượng? + Nêu vấn đề + Vấn đáp-đàm thoại + Hoạt động cá nhân + Thảo luận nhóm động lượ - Chi + Ròng rọc là một hình trụ đặc đồng chất, bán kính R = 5cm

+ m1 rơi từ nghỉ sau 5s đi được quãng đường 75cm

ếu PT lực lên trục toạ độ theo phương cđ - Tìm độ l 2 1 2 s at ớn T1, T2 ng? L= hằng số

Định luật bảo toàn momen động lượng

Vận dụng Nêu vấn đề Thảo luận nhóm Thảo luận Kết luận Thảo luận nhóm Hoạt động cá nhân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

▼ HS: PT ĐLH của vật rắn quay quanh một trục cố định là:M I  Trong đó: M - Tổng momen lực tác dụng lên vật (N.m).

I - Momen quán tính ( kg.m2).  - Gia tốc góc (rad/s2).

Từ PT ĐLH của vật rắn, nếu biết trước momen các ngoại lực tác dụng lên vật rắn và momen quán tính của vật đối với trục quay, ta có thể tìm được gia tốc góc, tức là xác định được tính chất của chuyển động quay đó (từ đó sẽ biết được tốc độ góc tức thời, góc quay...). Vì vậy, PT này còn được gọi là PT cơ bản của chuyển động quay của vật rắn.

◊ GV: Đúng vậy, tuy nhiên PT ĐLH của vật rắn còn có thể viết được ở dưới dạng khác . Bài hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu vấn đề này.

Đặt vấn đề:

◊ GV: Cho HS xem đoạn video clip miêu tả tốc độ quay khác nhau của vận động viên trong quá trình nhảy cầu (chiếu lên máy chiếu projector).

O GV: Tại sao vận động viên có thể điều chỉnh tốc độ quay trong không trung mà

không cần dựa vào bất kì vật nào khác? (*) ▼ HS: Suy nghĩ ???...

◊ GV: Vậy để trả lời được chính xác câu hỏi trên. Chúng ta vào nghiên cứu bài hôm nay.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƢỢNG Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm momen động lƣợng:

Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh O GV: Hãy viết phương trình động lực

học vật rắn quay quanh một trục cố định? Cho biết ý nghĩa và đơn vị của từng đại lượng có trong công thức?

O GV: Hãy biến đổi phương trình (1)

theo tốc độ góc ?

◊ GV: Nếu momen quán tính I của vật rắn không đổi thì phương trình (2) có thể viết lại như thế nào?

◊ GV: Đặt L = I thì phương trình (3) sẽ được viết lại:

M dL dt  (4) O GV: Hãy so sánh PT (4) với PT: ( ) dv d mv dp F ma m dt dt dt    

trong đó P = mv là động lượng của chất điểm. Từ đó rút ra nhận xét gì về ý nghĩa vật lý của đại lượng L = I ?

◊ GV: Gợi ý HS dựa vào bảng 3.1

(SGK.15) để phân tích.

◊ GV: Kết luận đại lượng L = I (5) được gọi là momen động lượng của vật rắn đối với trục quay.

O GV: Hãy nêu đơn vị của momen

động lượng? ▼ HS: PT: M I  (1) Trong đó: M - tổng momen lực tác dụng lên vật (N.m) I - momen quán tính ( kg.m2)  - gia tốc góc (rad/s2) ▼ HS: d dt     M I d( ) dt   (2) ▼ HS: M d I( ) dt   (3)

▼ HS: Tiếp thu và ghi nhớ.

▼ HS: Đại lượng L = I trong chuyển động quay tương ứng với động lượng

P = mv trong chuyển động tịnh tiến. Vì vậy L = I đặc trưng cho chuyển động quay về mặt động lực học.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

◊ GV: Thông báo cho HS phương trình

(4) là một dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục.

◊ GV: Yêu cầu HS vận dụng giải bài tập

( phiếu học tập số 1). GV chiếu đề bài lên máy chiếu Projector: Một quả bowling có momen quán tính đối với trục đối xứng của nó là 20 kg.m2

lăn với tốc độ góc là 40 rad/s có momen động lượng đối với trục quay bằng bao nhiêu?

◊ GV: Nhận xét bài làm của HS. Yêu

cầu HS tham khảo và đọc thêm phần VD chữ in nhỏ SGK.16.

◊ GV: GV chiếu một đoạn clip ngắn về

sự quay của trái đất lên máy chiếu projector.

O GV: Tại sao tốc độ quay của trái đất

hàng tỉ năm nay vẫn không thay đổi? (**)

◊ GV: Để trả lời chính xác câu hỏi trên

chúng ta chuyển sang phần 2.

▼ HS: kgm2

/s

▼ HS: Tiếp thu và ghi nhớ.

▼ HS: Mômen động lượng của quả

bowling đối với trục quay:

L = I = 20 x 40 = 800 kgm2/s.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hoạt động 3 : Tìm hiểu định luật bảo toàn momen động lƣợng.

Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh O GV: Từ PT M dL

dt

 . Nếu M = 0 thì

momen động lượng L có đặc điểm gì?

◊ GV: Thông báo nội dung định luật

bảo toàn momen động lượng: “Nếu tổng các momen lực tác dụng lên một vật (hoặc hệ vật) đối với trục quay bằng 0 thì tổng mô men động lượng của vật (hoặc hệ vật) đối với trục đó được bảo toàn.

O GV: Nếu trường hợp vật có momen

quán tính I đối với trục quay không đổi thì vật chuyển động như thế nào?

O GV: Trường hợp vật có momen

quán tính I đối với trục quay thay đổi, để momen động lượng L = const thì vật rắn quay như thế nào?

◊ GV: Lưu ý cho HS về điều kiện áp

dụng định luật bảo toàn momen động lượng cụ thể là: Xét xem momen các ngoại lực có cân bằng nhau không?

▼ HS: dL 0 L const

dt   

▼ HS: Tiếp thu và ghi nhớ.

▼ HS: Nếu I = const thì  = 0 hoặc 

= const. Tức là vật đứng yên hoặc quay đều.

▼ HS: Nếu I  const thì:

I11 I22 (6) Trong đó: I11 - là momen động lượng của vật lúc trước.

I22 -là momen động lượng của vật lúc sau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trường hợp tổng momen các ngoại lực mà khác 0 nhưng nếu khoảng thời gian tác dụng t nhỏ đến mức có thể bỏ qua xung của momen lực toàn phần M.t

thì có thể coi momen động lượng của vật là được bảo toàn trong khoảng thời gian t đó.

▼ HS: Tiếp thu và ghi nhớ.

Hoạt động 4 : Vận dụng, củng cố.

Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh O GV: Hãy vận dụng kiến thức trong bài

trả lời câu hỏi nêu ở phần đầu giờ (*) và câu hỏi ở phần chuyển tiếp (**) ?

* Để tìm câu trả lời HS tiến hành thảo luận theo nhóm, GV giao nhiệm vụ cho các nhóm.

◊ GV: - Chiếu nhiệm vụ học tập lên máy chiếu

- Chia lớp thành 6 nhóm, 2 bàn một nhóm. Yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để tìm câu trả lời

◊ GV: Đối với những học sinh yếu, GV có thể hướng dẫn thêm, như sau:

GV gợi ý cho HS dùng định luật bảo toàn momen động lượng để giải thích.

▼ HS: Thảo luận và cử đại diện nhóm trình bày câu trả lời:

* Khi vận động viên nhảy cầu thì có thể tự thực hiện động tác gập người và bó gối khi đó khoảng cách giữa phần thân của người và khối tâm bị thu hẹp lại, mô men quán tính của người đối với trục quay đi qua khối tâm giảm đi. Theo định luật bảo toàn momen động lượng thì tốc độ góc tăng lên, vận động viên xoay nhanh hơn trước mà không cần dựa vào bất kỳ dụng cụ hỗ trợ nào khác.

** Tốc độ quay của trái đất hàng tỉ năm nay vẫn không thay đổi vì ta có thể coi trái đất như một vật rắn có dạng khối cầu đồng chất, momen quán

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

◊ GV: Chiếu lên máy chiếu projector giới thiệu một số đoạn video clip hay, đặc sắc có liên quan đến định luật bảo toàn momen động lượng: Vũ balê

, Trượt băng nghệ thuật

Động tác nhẩy vồ mồi của mèo

tính của trái đất đối với trục quay đi qua tâm của nó là không thay đổi nên theo định luật bảo toàn momen động lượng I = const   = const.

▼ HS: Quan sát, lắng nghe, phân tích.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hoạt động 5: Giao nhiệm vụ về nhà.

Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh

◊ GV: - Nhận xét giờ học.

- Giao nhiệm vụ về nhà cho HS: + Thực hiện thí nghiệm với ghế xoay và tay cầm hai qủa tạ đôi ở các tư thế: Dang rộng hai tay và hai tay ôm sát trước ngực. Cho nhận xét và giải thích? + Làm hết bài tập còn lại trong phiếu học tập số 1 + Làm bài tập 1; 2; 3; 4 (SGK.17). + Ôn tập lại: ĐỘNG NĂNG ở Vật lí 10. + Đọc trước bài 4.

▼ HS: Tiếp thu, nhận nhiệm vụ học tập.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bài soạn 2

ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

A. MỤC TIÊU 1. Về kiến 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. Về kĩ năng:

- Giải được các bài toán đơn giản về động năng của vật rắn trong chuyển động quay.

- Tự lực vận dụng giải thích một số hiện tượng trong thực tế, biết các ứng dụng của động năng quay trong kĩ thuật.

3. Về thái độ:

- Hứng thú trong học tập, tích cực chủ động thực hiện nhiệm vụ học tập. - Chủ động vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn.

B. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên:

- Lập kế hoạch bài giảng.

- Dùng các tư liệu, video clip, 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. - Đồ dùng dạy học: Phiếu học tập số 2, máy vi tính, máy chiếu.

2. Học sinh:

- Ôn tập các kiến thức về động năng và định lí động năng ở Vật lí lớp 10. - 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…

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

C. THIẾT KẾ CẤU TRÚC BÀI GIẢNG

I. Sơ đồ xây dựng kiến thức bài “ Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định ”

1. Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định.

2. Bài tập áp dụng:

Một vận động viên quay quanh một trục thẳng đứng với tốc độ góc 15 rad/s với hai tay dang ra, momen quán tính của người lúc này đối với trục quay là 1,8 kgm2 . Sau đó người này đột ngột thu tay lại dọc theo thân người, trong khoảng thời gian nhỏ tới mức có thể bỏ qua ảnh hưởng của ma sát với mặt băng. Momen quán tính của người lúc đó giảm đi ba lần so với lúc đầu. Tính động năng của người đó lúc đầu và lúc cuối.

Xét một vật rắn quay quanh một trục cố định với tốc độ góc 

Động năng của chất điểm i của vật rắn:   i 2 2 1 1 2 i i 2 i i Wñ  m v  m r Định lí động năng : 2 2 2 1 1 1 2 2 A I  I

Động năng của vật rắn là tổng động năng của các chất điểm tạo nên vật:

2 1 2 d W  I Vận dụng Vấn đáp Đàm thoại Hoạt động cá nhân Thảo luận Kết luận Thảo luận nhóm Hoạt động cá nhân Thảo luận nhóm Kết luận

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

A. Phân tích đầu bài:

- Cái đã cho: 1= 15 rad/s; I1= 1,8 kgm2 ; I2 = 1/3 I1

- Cái cần tìm: + Động năng của vận động viên lúc đầu: Wđ1 + Động năng của vận động viên lúc cuối: Wđ2

B. Định hướng tư duy cho học sinh

- Khi vận động viên thay đổi tư thế thì momen quán tính đối với trục quay của người ấy thay đổi.

- Vì tổng momen của các ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0 nên nếu momen quán tính của người đối với trục quay giảm thì theo định luật bảo toàn momen động lượng tốc độ góc lúc cuối của người đó sẽ tăng.

- Vận dụng các công thức đã học về động năng , định luật bảo toàn momen động lượng ta sẽ tìm được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái cần tìm. Từ các hệ thức đó sẽ suy ra cái cần tìm.

C. Lập kế hoạch giải:

- Công thức tính động năng quay: W 1 2 2I 

ñ

- Tính động năng của vận động viên lúc đầu: d1 1 1 1 W

2I 

- Dựa vào định luật bảo toàn momen động lượng : I11 I22 . Ta tính được tần số góc lúc cuối của vận động viên : 2 31

- Tính động năng của vận động viên lúc cuối: Wd2 1 2 2 2I  

D. Nhận xét kết quả bài toán

Vì tổng momen của các ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0 nên khi momen quán tính của vận động viên đối với trục quay giảm thì tốc độ góc người đó sẽ tăng. Dẫn đến động năng của vận động viên lúc cuối lớn hơn động năng của vận động viên lúc đầu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Sơ đồ lôgic giải bài toán:

II. Tiến trình dạy học:

1. Hoạt động 1: Kiểm tra sự chuẩn bị của học sinh Câu 1:

O GV: Một người đứng trên một chiếc ghế đang quay, hai tay cầm hai quả tạ. Khi

người ấy dang tay theo phương ngang, ghế và người quay với tốc độ góc1. Ma sát ở trục quay nhỏ không đáng kể. Sau đó, người ấy co tay lại kéo hai quả tạ vào gần sát vai. Tốc độ góc mới của hệ “ người + ghế”

A. Tăng lên B. Lúc đầu tăng, sau đó giảm dần tới 0 C. Giảm đi D. Lúc đầu giảm, sau đó bằng 0

▼ HS: Đáp án: A Phương pháp: + Nêu vấn đề +Vấn đáp-đàm thoại + Hoạt động cá nhân + Thảo luận nhóm 1  = 15 rad/s; I1= 1,8 kgm2 ; I2 = 1/3 I1 Động năng của vận động viên lúc cuối Động năng của vận động viên lúc đầu. Tính được tần số góc lúc cuối của vận động viên : 2 31 d1 1 1 1 W 2I  d2 2 2 1 W 2I   Công thức tính động năng quay Áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng:I11  I22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn