Giáo án Vật Lí 10 Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực (mới, chuẩn nhất)

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (5’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực xử lí tình huống, năng lực giao tiếp, năng lực nhận thức, điều chỉnh hành vi, tư duy sáng tạo.

Vật rắn cân bằng dưới tác dụng của 3 lực thì cần điều kiện gì? Bài học hôm nay sẽ trả lời câu hỏi đó

HS định hướng ND

Tiết 29:

Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH - MOMEN LỰC

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức

Mục tiêu:  định nghĩa,viết được công thức tính mômen lực và nêu được đơn vị đo mômen lực.

- đk cân bằng của 1 vật rắn có trục quay cố định(quy tắc Momen lực).

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực xử lí tình huống, năng lực giao tiếp, năng lực nhận thức, điều chỉnh hành vi, tư duy sáng tạo

- Dùng bộ thí nghiệm giới thiệu đĩa mômen. Đĩa có thể quay quanh trục cố định.

- Có nhận xét gì về vị trí trục quay của đĩa mômen?

- Xét một vị trí cân bằng bất kì của đĩa, các em hãy chỉ ra các lực tác dụng lên đĩa và liên hệ giữa các lực đó?

- Trọng lực và phản lực của trục quay đĩa luôn cân bằng ở mọi vị trí.

- Các lực khác tác dụng vào đĩa sẽ gây ra kết quả như thế nào?

- Tiến hành TN

- Khi có 1 lực tác dụng lên 1 vật có trục quay cố định thì vật sẽ chuyển động như thế nào?

+ Lực tác dụng thế nào thì vật sẽ đứng yên?

- Ta có thể tác dụng đồng thời vào đĩa 2 lực nằm trong mặt phẳng của đĩa, sao cho đĩa vẫn đứng yên được không? Khi đó giải thích sự cân bằng của đĩa như thế nào?

- Chú ý GV giới thiệu

- Trục quay đi qua trọng tâm của đĩa.

- Trọng lực cân bằng với phản lực của trục quay.

- HS quan sát

- HS trả lời

- Lực có giá đi qua  trục quay.

- HS trả lời

I. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực

1. Thí nghiệm

NX: Lực có tác dụng làm đĩa quay theo chiều kim đồng hồ; có tác dụng làm đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Đĩa đứng yên tác dụng làm quay của  lực cân bằng với lực

- Nhận xét độ lớn của lực ?

- Xác định khoảng cách từ trục quay đến giá của ?

- Thay đổi phương và độ lớn của  để thấy được nếu vẫn giữ thì F₁d₁ = F₂d₂ đĩa vẫn đứng yên.

- Hiện tượng gì xảy ra khi F₁d₁ > F₂d₂ và ngược lại? Làm TN kiểm chứng.

- Ta có thể nhận xét gì về ý nghĩa vật lý của tích F.d?

- Tích F.d gọi là mômen lực, kí hiệu là M. khoảng các d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực.

- Hãy nêu định nghĩa mômen lực? Đơn vị mômen lực là gì?

- Lực  có độ lớn khác nhau. Nhận thấy:

- Đĩa quay theo chiều tác dụng làm quay lớn hơn.

- Tích F.d đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực

- HS trả lời

- Đơn vị là N.m

2. Momen lực

   Momen lực đối với một trục quay là địa lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.

M = F.d

- Đơn vị là N.m

- Khoảng các d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực.

- Hãy sử dụng khái niệm momen lực để phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định?

- Quy tắc momen lực còn áp dụng cho cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời.

- VD: kéo nghiêng chiếc ghế và giữ nó ở tư thế đó. Chỉ ra trục quay và giải thích sự cân bằng của ghế?

- Yêu cầu HS trả lời câu C1 (SGK - trang 102)

- TL nhóm rồi trả lời.

- Quan sát VD, suy nghĩ  rồi trả lời câu hỏi.

- HS trả lời

II. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực)

1. Quy tắc

   Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều KĐH phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều KĐH.

2. Chú ý

  Quy tắc momen lực còn áp dụng cho cả trường hợp vật không có trục quay cố định mà có trục quay tức thời.

HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực xử lí tình huống, năng lực giao tiếp, năng lực nhận thức, điều chỉnh hành vi, tư duy sáng tạo

GV giao nhiệm vụ cho học sinh làm bài tập trắc nghiệm:

Câu 1: Một thanh AB = 7,5 m có trọng lượng 200 N có trọng tâm G cách đầu A một đoạn 2 m. Thanh có thể quay xung quanh một trục đi qua O. Biết OA = 2,5 m. Để AB cân bằng phải tác dụng vào đầu B một lực F có độ lớn bằng

    A. 100 N.

    B. 25 N.

    C. 10 N.

    D. 20 N.

Câu 2: Một cái xà nằm ngang chiều dài 10 m trọng lượng 200 N. Một đầu xà gắn vào tường, đầu kia được giữ bằng sợi dây làm với phương nằm ngang góc 60^o. Lực căng của sợi dây là

    A. 200 N.

    B. 100 N.

    C. 116 N.

    D. 173 N.

Câu 3: Một vật rắn ở trạng thái cân bằng sẽ không quay khi tổng momen của lực tác dụng bằng 0. Điều này chỉ đúng khi mỗi momen lực tác dụng được tính đối với

    A. trọng tâm của vật rắn.

    B. trọng tâm hình học của vật rắn.

    C. cùng một trục quay vuông góc voới mặt phẳng chiếu lực

    D. điểm đặt của lực tác dụng.

Câu 4: Mô men của một lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho

    A. tác dụng kéo của lực.                                     

    B. tác dụng làm quay của lực.                                

    C. tác dụng uốn của lực.                                     

    D. tác dụng nén của lực.

Câu 5: Điền từ cho sẵn dưới đây vào chỗ chống.

“Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng ............ có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các .......... có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

    A. mômen lực.                     

    B. hợp lực.               

    C. trọng lực.             

    D. phản lực.

Câu 6: Biểu thức nào là biểu thức mômen của lực đối với một trục quay?

            Mức độ hiểu:

Câu 7:  Nhận xét nào sau đây là đúng nhất

Quy tắc mômen lực                                                                                                                   

    A. Chỉ được dùng cho vật rắn có trục cố định.

    B. Chỉ được dùng cho vật rắn không có trục cố định.

    C. Không dùng cho vât nào cả.

    D. Dùng được cho cả vật rắn có trục cố định và không cố định.

Câu 8: Đoạn thẳng nào sau đây là cánh tay đòn của lực?

    A. Khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.                 

    B. Khoảng cách từ trục quay đến điểm đặt của lực.

    C. Khoảng cách từ vật đến giá của lực.

    D. Khoảng cách từ trục quay đến vật.

            Mức độ vận dụng:

Câu 9: Mô men lực của một lực đối với trục quay là bao nhiêu nếu độ lớn của lực là 5,5 N và cánh tay đòn là 2 mét.

    A. 10 N.                    

    B. 10 Nm.                 

    C. 11N.                      

    D.11Nm.

Câu 10: Để có mômen của một vật có trục quay cố định là 10 Nm thì cần phải tác dụng một lực bằng bao nhiêu? biết khoảng cách từ giá của lực đến tâm quay là 20cm.

    A. 0.5 (N).                

    B. 50 (N).                  

    C. 200 (N).               

    D. 20(N)

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực xử lí tình huống, năng lực giao tiếp, năng lực nhận thức, điều chỉnh hành vi, tư duy sáng tạo

1. Khoảng cách từ trục quay tới giá của lực và khoảng cách từ điểm đặt của lực tới trục quay có phải là một không?

2.  Một chiếc búa đinh dùng để nhổ một chiếc đinh (hình 29.8). Hãy vẽ trục quay của búa, các lực của tay và của đinh tác dụng và búa và cánh tay đòn của hai lực đó.

- HS trả lời.

- HS nộp vở bài tập.

- HS tự ghi nhớ nội dung trả lời đã hoàn thiện.

1. Không

Ví dụ hình bên cho ta thấy d ≠ d'. Khi vectơ F ⊥ đoạn OA thì d = d’.

2.

Trục quay của búa tại O, d_c là cánh tay đòn của vectơ lực của đinh, d_F là cánh tay đòn của vectơ lực  của tay.

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức, khái quát lại toàn bộ nội dung kiến thức đã học

Phương pháp dạy học:  Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực xử lí tình huống, năng lực giao tiếp, năng lực nhận thức, điều chỉnh hành vi, tư duy sáng tạo

Dựa vào quy tắc momen lực, hãy lí giải hiện tượng hai người đẩy cửa ở hình 29.2.

Vì momen lực có độ lớn bằng tích của lực với cánh tay đòn nên mặc dù chú bé có lực tác dụng nhỏ hơn nhưng cánh tay đòn của lực lớn hơn (hình vẽ cho thấy vị trí điểm đặt lực xa trục quay hơn bố) nên kết quả lực nhỏ có thể cản được lực lớn hơn.