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

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) Giáo viên: Dùng các VD trong thực tế thông qua các 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 nêu nội dung kiểm tra:

H
1
. Viết các pt của chuyển động quay Bàiến đổi đều của vật rắn quanh một trục
cố định.
Áp 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 và giải bài toán trên bảng. Cả lớp theo dõi và nhận xét.

Hoạt động 2. (25’) Tìm hiểu Mối liên hệ giữa gia tốc góc và 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

ur
r
. Trong chuyển
động quay của vật rắn, giữa
gia tốc góc và momen lực
có mối liện hệ thế nào?

- Nêu các câu hỏi gợi ý để
-Phân tích tìm hiểu lại nội
dung phương trình:
F
a
m

ur
r








1) Momen lực đối với một trục
quay.
M = F.d
d(m): tay đòn của lực.
F(N): lực tác dụng
M (N.m)
M > 0: nếu có tác dụng làm vật
quay theo chiều (+).
HS phát hiện vấn đề.
H
1
Tác dụng lực lên vật rắn
để vật quay 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
câu hỏi H
1
)
- Cho HS xem mô hình theo
hình 2.1. Giới thiệu chi tiết
và cho quả cầu quay để HS
quan sát. Nêu câu hỏi gợi ý:
H
2
. Vì sao không quan tâm
đến lực pháp tuyến
n
F
uur

trong chuyển động của quả
cầu?
- Hướng dẫn HS lập luận,
xây dựng hệ thức:
i
i
M M





- Thảo luận nhóm, 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 và có giá càng xa trục
quay.
- Khảo sát chuyển động
quay của vật trên mp ngang
theo hình 2.1. Trả lời câu
hỏi H
2
.
+ Thành phần pháp tuyến
n
F
uur
làm vật chuyển động
trên đường tròn nhưng
không làm thay đổi tốc độ
góc.
t
F
uur

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)
M < 0:… ngược lại.






2) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và
momen lực:
M : tổng các momen lực tác dụng
lên toàn bộ vật rắn. (ngoại lực)


2
i i i
i i
M M m r

 
 

Lưu ý:
Mô men của các nội lực bằng
không.
Hoạt động 3. (30’) Tìm hiểu:

- Momen quán tính.
- Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục.
- Nêu câu hỏi gợi ý:
H
1
. Phương trình:


2
i i i
i i
M M m r

 
 

Rút ra nhận xét 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 quán tính của vật
quay.
H
3
. Nhận xét gì về độ lớn
của momen quán tính của một
vật rắn? Nêu đơn vị của
momen quán tính.

-Thảo luận nhóm, tìm hiểu
ý nghĩa vật lí đại lượng
2
i i
i
m r

. Trả lời câu hỏi
H1, H2.
+Có ý nghĩa tương tự khối
lượng m trong phương

trình F = ma.

+Đặc trưng cho mức quán
tính của vật quay.

-Tiếp nhận khái niệm mo-
men quán tính
2
i i
i
I m r




-Thảo luận, trả lời H
3
.
Dự kiến HS không phát
1) Momen quán tính:
a) Định nghĩa: Mô men 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) Biểu 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


+ Vành tròn, bán kính R:I = mR
2
.
+ Đĩa tròn mỏng:
2
1
2
I mR


-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 khái niệm momen
quán tính hãy viết lại dạng
khác của phương trình:


2
i i
i
M m r




Nhận xét:
-Giới thiệu pt: M = I.
hiện được, GV trình bày.
+Độ lớn I phụ thuộc khối
lượng của vật rắn; sự phân
bố khối lượng gần hay xa
trục quay.



-Thảo luận nhóm:
+Viết pt: M = I.

+Nhận xét: giống dạng pt:
F = ma.

+ Khối cầu đặc:
2
2
5
I mR


+ Khối cầu rỗng
2
3
2
mRI 

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

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 toán VD.
Nêu câu hỏi gợi ý:
H

1
. Hình trụ và thùng nước chuyển động
thế nào? Viết pt chuyển động.
H
2
. Gia tốc tịnh tiến của thùng và gia tốc
-Đọc nội dung bài toán.
Thảo luận nhóm, phân tích chuyển động của hình
trụ và thùng nước.
-Trả lời câu hỏi gợi ý.
+ Thùng nước chuyển động tính tiến.
chuyển động quay của hình trụ liên hệ thế
nào?

-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 cách
vận dụng tốt các pt và cách giải để tìm kết
quả.
*Yêu cầu chuẩn bị ở nhà:
-Giải bài tập SGK trang 14.
-Ôn tập bài: Định luật bào toàn động lượng
ở lớp 10.

+ Hình trụ chuyển động quay quanh một trục cố
định.
-Các 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



-Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà.

IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: