Chuyển động của một vật rắn quay quanh trục cố định

Tiết CT: Ngày dạy:
Bài 1
CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

I. MỤC TIÊU :
1. Kiến thức:
• Hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, gia tốc góc.
• Hiểu được khái niệm vật rắn và chuyển động tịnh tiến của vật rắn.
• Nắm vững các công thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một
điểm trên vật rắn.
2. Kỹ năng:
• Áp dụng các công thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài, gia tốc góc và gia tốc dài giải các
bài tập đơn giản.
II. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên :
• Chuẩn bị hình 1.1, 1.4.
• Chuẩn bị thêm các hình vẽ, tranh ảnh có liên quan đến bài học, v ật rắn quay quanh một trục.
2 . Học sinh :
• Đầy đủ SGK và sách bài tập, vở ghi.
• Ôn lại phần Động học chất điểm ở SGK lớp 10 về phương trình chuyển động thẳng đều và chuyển
động thẳng biến đổi đều.
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
Hoạt động 1: Tạo tình huống có vấn đề
TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS
- Cho HS quan sát một số
vật chuyển động quay và đặt
vấn đề:
+ Vật rắn là gì?
+ Chuyển động tịnh tiến
của vật rắn có đặc điểm gì?

+ Các vật trên chuyển
động theo những qui luật nào
và mối quan hệ giữa các đại
lượng đặc trưng cho chuyển
động trên đây.
- Quan sát một số vật
chuyển động quay.
- Trả lời các câu hỏi của
giáo viên.
- Thấy được vấn đề đặt ra
của bài học.
Hoạt động 2: Tìm hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, gia tốc góc.
TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS
1. Toạ độ góc:
 Đặc điểm của vật rắn quay
quanh một trục cố định :
+ Mỗi điểm trên vật vạch ra
một đường tròn nằm trong mặt
phẳng vuông góc trục quay, có
bán kính bằng khoảng cách từ
điểm đó đến trục quay, có tâm
ở trên trục quay.
+ Mọi điểm của vật đều có
 Xét một vật rắn quay
quanh một trục, giáo viên
vẽ hình và đặt câu hỏi :
- Chuyển động này có
đặc điểm gì ?
- Trong chuyển động tròn
tọa độ của điểm M,N được

xác định như thế nào ?
- Gợi ý cho HS nêu hai
đặc điểm chuyển động của
+ Toạ độ góc.
+ Nêu hai đặc điểm
chuyển động của vật rắn.
cùng một góc quay trong cùng
một khoảng thời gian.
- Vị trí của một vật rắn quay
quanh một trục cố định được
xác định bằng tọa độ góc ϕ của
vật.
- Góc ϕ đo bằng Radian (rad)
- Chiều dương là chiều quay
của vật, khi đó ϕ > 0.
2. Tốc độ góc:
+ Tốc độ góc trung bình:
t
tb
∆
∆
=
ϕ
ω
+ Tốc độ góc tức thời là một
đại lượng đặc trưng cho sự biến
đổi nhanh hay chậm của tọa độ
góc và chiều quay của vật rắn
quanh một ở thời điểm t và
được xác định bằng đạo hàm

của toạ độ góc theo thời gian.
d
ω= = '(t)
dt
ϕ
ϕ
+ Đơn vị của vận tốc góc là
rad/s.
+ Tốc độ góc là một đại
lượng đại số : ω có giá trị
dương khi vật rắn quay theo
chiều dương quy ước và ngược
lại.
3. Gia tốc góc:
+ Gia tốc góc trung bình:
t
tb
∆
∆
=
ω
γ
+ Gia tốc góc là đại lượng
đặc trưng cho độ biến đổi
nhanh, chậm của vận tốc góc.
+ Gia tốc góc tức thời (gọi tắt
là gia tốc góc) của vật rắn quay
quanh một trục bằng đạo hàm
bậc nhất theo thời gian của vận
tốc góc của vật rắn.

'( )
d
t
dt
ω
β ω
= =
+ Đơn vị của gia tốc góc là
rad/s
2
.
vật rắn.
- Dựa vào hình 1.1 để gợi
ý về toạ độ góc.
 Xét hai vật rắn quay
quanh một trục : ở thời
điểm t
1
có toạ độ góc ϕ
1
, ở
thời điểm t
2
có toạ độ góc
ϕ
2
giáo viên vẽ hình và
đặt câu hỏi :
- Vật nào có sự thay đổi
toạ độ góc nhanh hơn ?

- Giáo viên nhắc lại định
nghĩa đạo hàm để hướng
dẫn học sinh định nghĩa
vận tốc góc tức thời bằng
đạo hàm theo thời gian của
tọa độ góc.
- Khi nào vận tốc góc có
giá trị dương và có giá trị
âm ?
 Xét hai vật rắn quay
quanh một trục : ở thời
điểm t
1
có vận tốc góc ω
1
,
ở thời điểm t
2
có toạ độ
góc ω
2
giáo viên vẽ hình
và đặt câu hỏi :
- Vật nào có sự thay đổi
vận tốc góc nhanh hơn ?
- Giáo viên nhắc lại định
nghĩa đạo hàm để hướng
dẫn học sinh định nghĩa
gia tốc góc tức thời bằng
đạo hàm theo thời gian của

vận tốc góc.
- Ghi nhận vấn đề đặt ra.
Khi nào thì tọa độ dương,
tọa độ âm ?
- Tự hình thành định
nghĩa vận tốc trung bình.
- Khi ∆t nhỏ dần và tiến
tới đến 0 thì vận tốc trung
bình trở thành vận tốc tức
thời.
- Phát biểu định nghĩa vận
tốc góc tức thời bằng đạo
hàm theo thời gian của tọa
độ góc.
- Tự nhìn sách ghi.
o Tự hình thành định
nghĩa gia tốc trung bình.
o Khi ∆t nhỏ dần và tiến
tới đến 0 thì gia tốc trung
bình trở thành gia tốc tức
thời.
o Phát biểu định nghĩa
gia tốc góc tức thời bằng
đạo hàm theo thời gian của
vận tốc góc.
o Tự nhìn sách ghi
Hoạt động 3: Các phương trình động học của chuyển động quay
TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS
4. Các phương trình động học - Yêu cầu HS đọc bảng 1.1
γ

= const.
của chuyển động quay:
- Phương trình chuyển động của
vật rắn quay đều quanh một trục
cố định:
t
o
ωϕϕ
+=
- Các phương trình chuyển động
quay biến đổi của vật rắn quay
quanh một trục cố định:
γ
= const.
ω = ω
o
+
γ
t
ϕ = ϕ
o
+ ω
ot
+
1
2
γ
.t
2
ω

2
-
2
o
ω
= 2
γ
(ϕ - ϕ
o
)
SGK và gợi ý cho HS tìm ra
phương trình chuyển động
quay với tốc độ góc không
đổi và gia tốc góc không đổi.
- Yêu cầu HS nêu các
công thức cơ bản trong
chuyển thẳng biến đổi đều.
- Yêu cầu HS tự suy ra
các công thức cơ bản trong
chuyển quay biến đổi đều.
ω = ω
o
+
γ
t
ϕ = ϕ
o
+ ω
ot
+

1
2
γ
.t
2
ω
2
-
2
o
ω
= 2
γ
(ϕ - ϕ
o
)
Hoạt động 4: Tìm hiểu về mối quan hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay.
TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS
5. Vận tốc và gia tốc của các
điểm trên vật quay:
- Gia tốc của một điểm chuyển
động tròn đều bao gồm gia tốc
hướng tâm (
n
a
r
) và gia tốc tiếp
tuyến.
- Gia tốc hướng tâm đặc trưng
cho biến đổi vận tốc về phương.

- Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng
cho biến đổi vận tốc về độ lớn.
t n
a a a= +
r r r
Với :
a
t
= r.
γ

a
n
= r.ω
2
=
2
v
r
- Độ lớn của gia tốc
a
:
22
nt
aaâ
+=
- Vectơ gia tốc hợp với bán
kính OM góc
α
với:

2
tan
ω
γ
α
==
n
t
a
a
- Trong chuyển động tròn
đều
v
có đặc điểm gì ?
- Trong chuyển động tròn
không đều
v
có đặc điểm
gì ?
- Hướng dẫn học sinh
phân tích thành hai thành
phần : vuông góc và trùng
với quỹ đạo.
- Thay đổi về hướng ,
không thay đổi về độ lớn.
- Thay đổi về hướng và cả
độ lớn.
- Gia tốc pháp tuyến
- Gia tốc tiếp tuyến
Hoạt động 5: Củng cố và dăn dò

TL Nội dung Hoạt động dạy của GV Hoạt động học của HS
- Phát phiếu học tập cho
học sinh.
- Yêu cầu các nhóm HS
thực hiện các yêu cầu trong
phiếu học tập.
- HS thực hiện các yêu cầu
trong phiếu học tập.
- Yêu cầu HS trình bày kết
quả trước lớp.
- Về nhà làm các câu hỏi trắc
nghiệm và các bài tập : 1- 8
trang 9 SGK.
- Đọc trước bài 2 và trả lời
các câu hỏi 1,2 trang 13
SGK.
- Ôn lại phần mômen lực,
phương trình động lực học
của chất điểm, ý nghĩa của
khối lượng.
- HS trình bày kết quả trước
lớp.
- Nhận nhiệm vụ về nhà.
V . RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY: