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

Bài 2.
P
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G


T
T
R
R
Ì
Ì
N
N
H
H


Đ
Đ
Ộ
Ộ

N
N
G
G


L
L
Ự
Ự
C
C


H
H
Ọ
Ọ
C
C


C
C
Ủ
Ủ
A
A

V
V
Ậ
Ậ
T
T


R
R
Ắ
Ắ
N
N


Q
Q
U
U
A
A
Y
Y


Q
Q
U
U

A
A
N
N
H
H


M
M
Ộ
Ộ
T
T


T
T
R
R
Ụ
Ụ
C
C


C
C
Ố
Ố

Đ
Đ
Ị
Ị
N
N
H
H



I. Mục tiêu:
1) Kiến thức:
- Viết được công thức tính momen quán tính của một vật rắn đối với
một trục quay và nêu được ý nghĩa của đại lượng này.
- Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn
quay quanh một trục cố định và viết được phương trình M = I.
2) Kĩ năng:
- Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải một số hiện tượng
vật lí liên quan đến chuyển động quay của vật rắn.
- Giải tốt các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn.
II. Chuẩn bị:
1) Gio vin: Dng cc VD trong thực tế thơng qua cc hình vẽ, tranh ảnh
minh họa về chuyển động quay của vật rắn để khai thác kiến thức
có liên quan đến bài học.
2) Học sinh: Ôn tập kiến thức vật lí lớp 10: momen lực, khối lượng,
phương trình động lực học của chất điểm.
III. Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra.
GV nu nội dung kiểm tra:
H
1
. Viết các pt của chuyển động quay Bàiến đổi đều của vật rắn
quanh một trục cố định.
p dụng: Giải Bài tập số 5, SGK trang 9.
H
2
. Viết pt động lực học của chất điểm. Nêu ý nghĩa của các đại
lượng trong phương trình.
HS trả lời v giải Bài tốn trn bảng. Cả lớp theo di v nhận xt.

Hoạt động 2. (25’) Tìm hiểu Mối lin hệ giữa gia tốc gĩc v momen lực.

Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
- Nêu vấn đề: Trong
chuyển động của chất
điểm, gia tốc của chất
điểm và lực tác dụng
có mối liên hệ được
diễn tả bằng định luật
II Niutơn
F
a
m



. Trong

chuyển động quay
của vật rắn, giữa gia
tốc góc và momen lực
có mối liện hệ thế
nào?
- Nu cc cu hỏi gợi ý
để HS phát hiện vấn
đề.
H
1
Tác dụng lực lên
vật rắn để vật quay
-Phn tích tìm hiểu lại
nội dung phương
trình:
F
a
m











- Thảo luận nhĩm, trả

lời H
1
:
Để vật quay càng
mạnh:
+ Tăng dần độ lớn
của lực.
+ Thay đổi sao cho
phương của lực
không qua trục quay

1) Momen lực đối với một
trục quay.
M = F.d
d(m): tay địn của lực.
F(N): lực tc dụng
M (N.m)
M > 0: nếu cĩ tc dụng lm vật
quay theo chiều (+).
M < 0:… ngược lại.






2) Mối lin hệ giữa gia tốc gĩc
v momen lực:
M : tổng cc momen lực tc
quanh một trục cố

định, ta có thể thay
đổi các yếu tố nào để
vật quay càng mạnh?
GV hướng dẫn HS trả
lời câu hỏi C
1
(bằng
nội dung cu hỏi H
1
)
- Cho HS xem mơ
hình theo hình 2.1.
Giới thiệu chi tiết v
cho quả cầu quay để
HS quan sát. Nêu câu
hỏi gợi ý:
H
2
. Vì sao khơng
quan tm đến lực pháp
tuyến
n
F

trong
chuyển động của quả
cầu?
- Hướng dẫn HS lập
luận, xây dựng hệ
thức:

i
i
M M



và có giá càng xa
trục quay.
- Khảo sát chuyển
động quay của vật
trên mp ngang theo
hình 2.1. Trả lời cu
hỏi H
2
.
+ Thnh phần php
tuyến
n
F

lm vật
chuyển động trên
đường trịn nhưng
không làm thay đổi
tốc độ góc.
t
F

thành phần này
gây nên gia tốc tiếp

tuyến, tức là có
Bàiến đổi tốc độ góc.
- Thảo luận nhóm,
xây dựng phương
trình (2.6)
dụng ln tồn bộ vật rắn.
(ngoại lực)


2
i i i
i i
M M m r

 
 

Lưu ý:
Mơ men của cc nội lực bằng
khơng.
Hoạt động 3. (30’) Tìm hiểu:
- Momen qun tính.
- Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục.
- Nu cu hỏi gợi ý:
-Thảo luận nhĩm,
1) Momen qun tính:
a) Định nghĩa: Mô men
H
1
. Phương trình:



2
i i i
i i
M M m r

 
 

Rt ra nhận xt gì về ý
nghĩa vật lí của đại
lượng
2
i i
i
m r

?
H
2
. Đại lượng dùng đặc
trưng cho vật rắn về
phương diện gì?
-Nêu vài VD để HS hiểu
tính i của vật đối với
chuyển động quay quanh
một trục, từ đó giới thiệu
2
i i

i
I m r


: momen qun
tính của vật quay.
H
3
. Nhận xt gì về độ
lớn của momen quán
tính của một vật rắn?
Nêu đơn vị của momen
quán tính.
-Giới thiệu công thức
tính I của một số vật
đồng chất đối với trục
đối xứng. (trục qua khối
tâm G)
H
4
. Với khi niệm
tìm hiểu ý nghĩa vật
lí đại lượng
2
i i
i
m r

.
Trả lời cu hỏi H1,

H2.
+Cĩ ý nghĩa tương tự
khối lượng m trong
phương trình F =
ma.

+Đặc trưng cho mức
qun tính của vật
quay.

-Tiếp nhận khi niệm
mo- men qun tính
2
i i
i
I m r




-Thảo luận, trả lời
H
3
.
Dự kiến HS không
phát hiện được, GV
trình by.
+Độ lớn I phụ thuộc
khối lượng của vật
rắn; sự phân bố khối

quán tính I đối với một
trục là đại lượng đặc trưng
cho mức quán tính của vật
rắn trong chuyển động
quay quanh trục ấy

b) Bàiểu thức:
2
i i
i
I m r




c) Công thức tính momen
quán tính của một số vật
đồng chất đối với trục đối
xứng (trục qua khối tâm
vật)
+ Thanh có tiết diện nhỏ,
độ dài l:
2
1
12
I ml


+ Vnh trịn, bn kính R:I =
mR

2
.
+ Đĩa trịn mỏng:
2
1
2
I mR


+ Khối cầu đặc:
2
2
5
I mR


+ Khối cầu rỗng
2
3
2
mRI 

+ Chất điểm cách trục
quay r
I = mr
2
.

momen qun tính hy viết
lại dạng khc của phương

trình:


2
i i
i
M m r




Nhận xt:
-Giới thiệu pt: M = I.
lượng gần hay xa
trục quay.



-Thảo luận nhĩm:
+Viết pt: M = I.

+Nhận xt: giống
dạng pt:
F = ma.
2)Phương trình động lực
học của vật rắn quay
quanh một trục cố định:
.
M I




Hoạt động 4. (30’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà.
*GV giới thiệu Bài tốn VD.
Nu cu hỏi gợi ý:
H
1
. Hình trụ v thng nước chuyển
động thế nào? Viết pt chuyển
động.
H
2
. Gia tốc tịnh tiến của thùng và
gia tốc chuyển động quay của
hình trụ lin hệ thế no?

-GV hướng dẫn HS cách vận
dụng phương pháp động lực học,
các công thức và phương trình
động lực học của chuyển động
quay để giải các bài toán. Lưu ý
-Đọc nội dung bài toán.
Thảo luận nhóm, phân tích chuyển động
của hình trụ v thng nước.
-Trả lời cu hỏi gợi ý.
+ Thùng nước chuyển động tính tiến.
+ Hình trụ chuyển động quay quanh một
trục cố định.
-Cc phương trình:
mg – T = ma. (1)

M = T.R = I

(2)
a
R


(3)
-HS Bàiến đổi để tìm kết quả:
2
mg
I
I
m
R



cch vận dụng tốt cc pt v cch giải
để tìm kết quả.
*Yu cầu chuẩn bị ở nh:
-Giải Bài tập SGK trang 14.
-Ơn tập bài: Định luật bào toàn
động lượng ở lớp 10.

-Ghi nhận những chuẩn bị ở nh.

IV. Rt kinh nghiệm – Bổ sung: