Giáo án Vật lý lớp 12: Bài 2: Phương trình động lực học của vật rắn quanh một trục cố định.

[Giáo Án Mới]

Tiết 3 : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

( Tiết 1)​

I. MỤC TIÊU :

1. Kiến thức:

- Nêu được mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục

- Nêu được momen quán tính đối với một trục của một chất điểm và của vật rắn và viết công thức .

- Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục và viết được phương trình M = I..

2. Kỹ năng:

- Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lý liên quan đến chuyển động quay của vật rắn .

- Giải các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn

II. CHUẨN BỊ :

1. Giáo viên : - Tranh vẽ SGK. Nếu có thể, chuẩn bị một số tranh ảnh thực tế về chuyển động quay có liên quan bài học.

- Phiếu học tập:

P1: Mômen 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. Mômen quán tính B. Gia tốc góc C. Khối lượng D. Tốc độ góc

P2.: Mômen 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 C. Vị trí trục quay của vật

P3: Mômen lực tác dụng lên vật rắn có trục quay cố định có giá trị.

A. Không đổi và khác không thì luôn làm vật quay đều

B. Bằng không thì vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều

C. Âm thì luôn làm vật quay chậm dần

D. Dương thì luôn làm vật quay nhanh dần.

Đáp án phiếu học tập: P1(D); P2 (B); P3(B).

2. Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (momen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý nghĩa khối lượng).

III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

Hoạt động 1: Ổn định tổ chức và kiểm tra bài cũ

Hoạt động của HS​

Hoạt động của GV​

Trả lời câu hỏi kiểm tra của Gv Thực hiện theo yêu cầu của GV

Nêu câu hỏi 1. Nêu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và các đại lượng dài trong chuyển động thẳng. 2. Viết các phương trình chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn quanh một trục cố định. 3. Viết công thức gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng tâm của một điểm chuyển động tròn không đều. Gv nhận xét. Tạo tình huống học tập: Trong chuyển động của chất điểm phương trình động lực học . Vậy trong chuyển động quay của vật rắn phương trình như thế nào? Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng?

Hoạt động 2: Xây dựng mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

Hoạt động của HS​	Hoạt động của GV​	Kiến thức​
+ Đối với vật rắn quay quanh trục cố định: lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi giá của lực không đi qua trục quay hoặc không song song với trục quay. + C1: độ lớn của , phương của , vị trí của điểm đặt + Momen lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực. M = F.d​ M>0 khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều (+) quy ước, M<0 khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại - HS thảo luận nhóm và trình bày + M = Ft.r + Ft = m.at + at = r. M = (mr2) - Lực pháp tuyến chỉ làm vật chuyển động trên đường tròn chứ không làm thay đổi tốc độ góc + Mi = (mi ri2).	+ Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi nào? + C1 Tác dụng của 1 lực lên vật rắn có trục quay cố định không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào vị trí của điểm đặt và phương tác dụng của lực đối với trục quay. + Momen lực là đại lượng như thế nào? Khi nào M>0, M<0 Dùng HV2.1 để minh họa: - Tác dụng lên quả cầu một lực theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tròn của quả cầu. Hãy tìm mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực? Hướng dẫn: + Momen của đối với trục quay qua O? + Phương trình định luật II Niu tơn? + Mối liên hệ giữa gia tốc tiếp tuyến và gia tốc góc? - C2: Vì sao không quan tâm đến lực pháp tuyến? + Momen lực tác dụng lên chất điểm thứ i? + Tổng momen lực tác dụng lên vật rắn?	1. Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực a) Momen lực đối với trục quay + Momen của lực (nằm trong mp vuông góc với trục D) đối với trục quay D có độ lớn bằng: M = F.d​ Với: F: độ lớn lực tác dụng lên vật (N) d : cánh tay đòn của lực , là khoảng cách từ trục quay D đến giá (đường tác dụng) của lực (m) M : momen của lực (N.m) + Momen lực là một đại lượng đại số (momen còn đặc trưng cho chiều tác dụng của lực) : momen lực có giá trị dương khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều (+) và ngược lại. b) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực + Trường hợp vật rắn gồm quả cầu nhỏ có khối lượng m (chất điểm) gắn vào thanh nhẹ có độ dài r, vật chỉ có thể quay trên mp nằm ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua đầu O của thanh M = (mr2)​ + Trường hợp vật rắn gồm nhiều chất điểm có khối lượng mi, mj…ở cách trục quay những khoảng cách ri, rj… Mi = (mi ri2).​ Vì các chất điểm có cùng gia tốc góc nên: M = =​
Hoạt động 3: Hình thành khái niệm momen quán tính của vật rắn đối với một trục và phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục
+ Cùng M tác dụng lớn thì nhỏ, nghĩa là trong chuyển động quay vật đó có quán tính (sức ì) lớn + Hs xem SGK ghi HS thảo luận nhóm và trình bày + Momen quán tính của vật rắn là đại lượng vô hướng, có tính cộng được, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, phân bố khối lượng của vật và tùy thuộc trục quay. + I = mR2 = 9,8.1037kg.m2	+ Từ phương trình M= có thể rút ra nhận xét gì về ý nghĩa vật lí của đại lượng ? + So sánh các đại lượng chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến bảng 2.1? + Nêu khái niệm momem quán tính? Đơn vị? + Cho hs nắm các công thức momen quán tính của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng HV2.3 + Momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào các yếu tố nào? + RTĐ=6400km; mTĐ= 6,0.1024kg ITĐ đối với trục đi qua tâm?	2. Momen quán tính + Momen quán tính I đối với một trục là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy. I =​ + Đơn vị của I là: kg.m2 + Momen quán tính của vật rắn là đại lượng vô hướng, có tính cộng được, không chỉ phụ thuộc vào khối lượng mà còn phụ thuộc phân bố khối lượng xa hay gần trục quay

Hoạt động 4 : Củng cố,dặn dò

Hoạt động của HS	Hoạt động của GV
Thực hiện theo yêu cầu của giáo viên Hs ghi nhớ nhiệm vụ học tập Bài tập về nhà: bài tập 1-8 trong SGK và bài tập trong SBT. Ôn lại kiến thức lớp 10 (mômen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý nghĩa khối lượng).	Yêu cầu học sinh nêu nội dung chính của bài học. Làm bài tập trong phiếu học tập

IV. RÚT KINH NGHIỆM

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
- Nguồn : tổng hợp