Giáo án Vật Lí 10 Bài 21: Chuyển động tịnh tiến của vật rắn. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định (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.

Đặt vấn đề: Chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh 1 trục cố định là 2 chuyển động đơn giản nhất. Chúng có đặc điểm gì?

HS định hướng ND

Tiết 32:   

CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CỦA VẬT RẮN - CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức

Mục tiêu:  định nghĩa chuyển động tịnh tiến và nêu được ví dụ minh họa.

- Viết được công thức định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến

- Áp dụng được định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến thẳng, giải được các bài tập SGK và các bài tập tương tự.

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

- Chuyển động của miếng gỗ là chuyển động tịnh tiến. Đánh dấu 2 điểm A, B trên miếng gỗ nối lại thành đoạn thẳng AB, sau đó kéo miếng gỗ chuyển động. Hãy nhận xét vị trí của đoạn AB khi miếng gỗ chuyển động?

- Hãy nêu định nghĩa chuyển động tịnh tiến?

- Dựa vào định nghĩa đó, em hãy trả lời câu C1.

- Chú ý có chuyển động tịnh tiến thẳng, cong hoặc tròn.

- Lấy ví dụ?

- Trong chuyển động tịnh tiến tất cả các điểm trên vật đều chuyển động như nhau, nghĩa là đều có cùng một gia tốc. Vì vậy ta có thể coi vật như một chất điểm để tính gia tốc của vật, chúng ta có thể áp dụng định luật II Niu-tơn để tìm gia tốc của vật rắn.

- Trường hợp vật chuyển động  tịnh tiến thẳng, chọn Ox cùng hướng chuyển động, rồi chiếu phương trình vectơ (1) lên trục tọa độ đó.

- Chiếu lên phương Oy:

- Khi miếng gỗ chuyển động AB chuyển động và luôn song song với chính nó.

- Chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là chuyển động trong đó đường nối 2 điểm bất kỳ của vật luôn song song với chính nó.

- C1: Là chuyển động tịnh tiến và 2 điểm bất kì trên vật luôn song song với chính nó.

- Thảo luận nhóm để tìm ví dụ.

+ HS trả lời

I. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn.

1. Định nghĩa.

Chuyển động tịnh tiến của 1 vật rắn là chuyển động trong đó đường nối 2 điểm bất kỳ của vật luôn song song với chính nó.

2. Gia tốc của vật trong chuyển động tịnh tiến.

Gia tốc của chuyển động tịnh tiến được xác định bằng định luật II Niu-Tơn

Trong đó:  là hợp lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của nó.

- Dùng đĩa momen đánh dấu 2 điểm, làm cho đĩa quay 1 góc nào đó. Hãy nhận xét góc quay của 2 điểm trong cùng 1 khoảng thời gian?

- Nói tổng quát hơn là mọi điểm của vật đều quay được cùng 1 góc trong cùng 1 khoảng thời gian, tức là mọi điểm của vật có cùng tốc độ góc.

- Vậy ω có giá trị như thế nào nếu vật quay đều? Quay nhanh dần? Chậm dần?

- Chú ý: tốc độ dài của một điểm cách trục quay r được xác định như thế nào?

- Quan sát TN; suy nghĩ rút ra nhận xét.

+ Hai điểm quay được cùng 1 góc trong cùng một khoảng thời gian.

+ Vật quay đều ω = const, vật quay nhanh dền thì ω tăng dần, vật quay chậm dền thì ω giảm dần

+ v = rω tốc độ dài của các điểm có giá trị phụ thuộc khoảng cách từ điểm đó đến trục quay.

II. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định.

1. Đặc điểm của chuyển động quay. Tốc độ góc

- Mọi điểm của vật có cùng tốc độ góc ω

- Vật quay đều ω = const.

- Vật quay nhanh dền thì ω tăng dần.

- Vật quay chậm dền thì ω giảm dần.

- Bố trí TN hình 21.4

- Cho 2 vật cùng trọng lượng; các em hãy trả lời C2

- Treo hai vật có P₁ > P₂; giữ vật 1 ở độ cao h, thả nhẹ cho hai vật chuyển động. Trả lời C3

- Nhận xét chuyển động của 2 vật và ròng rọc?

- Giải thích tại sao ròng rọc quay nhanh dần?

- Các em hãy rút ra nhận xét về tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh 1 trục

- Quan sát TN, thảo luận để trả lời các câu hỏi.

- Ròng rọc chịu tác dụng của lực căng T₁ và T₂  của dây. Ta có:

T₁ = P₁ = T₂ = P₂ ⇒ M₁ = M₂

⇒ Ròng rọc đứng yên.

- Quan sát TN, đo thời gian chuyển động của vật 1 là t₀ và rút ra nhận xét: Hai vật chuyển động nhanh dần, ròng rọc quay nhanh dần.

T₁ = P₁ > T₂ = P₂

⇒ M₁ = T₁.R > M₂ = T₂ R

 làm cho ròng rọc quay nhanh dần.

- Momen lực tác dụng lên một vật quay quanh một trục làm thay đổi tốc độ góc của vật.

2. Tác dụng của momen lực đối với một vật quay quanh một trục.

a. Thí Nghiệm:

b. Giải thích:

- Hai vật có trọng lượng khác nhau (P₁ > P₂) ⇒ T₁ ≠ T₂   (T₁ > T₂) ⇒ Tổng mômen lực tác dụng lên ròng rọc là:

M = M₁ - M₂ = (T₁ - T₂)R

M ≠ 0 ⇒ Ròng rọc quay nhanh dần.

c. Kết luận:

  Momen lực tác dụng vào một vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

- Tác dụng cùng 1 lực lên các vật khác nhau vật nào có vận tốc thay đổi chậm hơn thì có mức quán tính lớn hơn.

- Mọi vật quay quanh trục đều có mức quán tính. Mức quán tính của vật càng lớn thì vật càng khó thay đổi tốc độ góc và ngược lại.

- Mức quán tính của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào?

- Tiến hành TN kiểm tra (ròng rọc cùng kích thước nhưng thay đổi khối lượng); các em trả lời C4.

+ Gợi ý: Vật 1 chuyển động nhanh dần, đi cùng quãng đường.

- Tiến hành TN kiểm tra (ròng rọc có khối lượng tập trung chủ yếu ở phần ngoài); các em trả lời C5.

- Qua 2 TN các em hãy rút ra kết luận về mức quán tính

- TN cho thấy; khi một vật đang quay mà chịu một momen cản thì vật quay chậm lại. Vật có khối lượng lớn thì tốc độ góc giảm chậm hơn và ngược lại.

- Các em làm C6

- Phát hiện sự tượng tự của chuyển động thẳng và chuyển động quay.

+ HS trả lời

- Đo t₁ so sánh với t­₀; rút ra kết luận: mức quán tính phụ thuộc vào khối lượng của vật.

- Đo t₂ so sánh với t­₀; rút ra kết luận: mức quán tính phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay.

- Hs rút ra kết luận chung.

- Thảo luận chung tìm phương án trả lời.

3. Mức quán tính trong chuyển động quay.

 + Mọi vật quay quanh một trục đều có mức quán tính.

 + Mức quán tính của một vật quay quanh một trục phụ thuộc vào khối lượng của vật v à sự phân bố khối lượng đó đối với trục quay.

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 vật rắn ở trạng thái cân bằng sẽ không chuyển động tịnh tiến dưới tác dụng của cá lực khi

    A. các lực tác dụng cùng đi qua trọng tâm.

    B. các lực tác dụng từng đôi một trực đối.

    C. các lực tác dụng phải đồng quy.

    D. tổng các lực tác dụng phải bằng 0.

Câu 2: Một vật rắn ở trạng thái cân bằng sẽ không quay dưới tác dụng của các lực khi

    A. các lực tác dụng cùng đi qua trọng tâm.

    B. các lực tác dụng từng đôi một trực đối.

    C. các lực tác dụng phải đồng quy.

    D. tổng momen của các lực tác dụng đối với cùng một trục quay phải bằng 0.

Câu 3.Trong các chuyển động của các vật sau, vật nào là chuyển động tịnh tiến?

A. Đầu van xe đạp của một xe đạp đang chuyển động.

B. Quả bóng đang lăn

C. Bè trôi trên sông.

D. Cánh cửa quay quanh bản lề.

Câu 4: Một vật rắn có trục quay cố định, nó chịu tác dụng lực F . Tình huống nào sau đây, vật sẽ không thực hiện chuyển động quay?

    A. Giá của lực đi qua trọng tâm của vật.

    B. Giá của lực song song với trục quay.

    C. Giá của lực đi qua trục quay.

    D. Cả B và C đều đúng.

Câu 5: Hùng va Dũng cùng nhau đẩy một chiếc thùng đựng hàng có trọng lượng 1200 N. Hùng đẩy với một lực 400 N. Dũng đẩy với một lực 300 N. Hệ số ma sát trượt giữa thùng và sàn nhà là μ = 0,2. Gia tốc trong chuyển động tịnh tiến của thùng là (g = 10 m/s²):

    A. 0,38 m/s².

    B. 0,038 m/s².

    C. 3,8 m/s².

    D. 4,6 m/s².

Câu 6: Một vật có khối lượng m = 40 kg bắt đầu trượt trên sàn nhà dưới tác dụng của một lực nằm ngang F = 200N. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn  μt = 0,25, cho  g = 10 m/s². Gia tốc của vật là

A. a = 2 m/ s²                       

B. a = 2,5 m/ s².                  

C. a = 3 m/ s².                     

D. a = 3,5 m/ s²

Câu 7: Một vật rắn có khối lượng m= 10 kg được kéo trượt tịnh tiến trên mặt sàn nằm ngang bởi lực F có độ lớn 20 N hợp với phương nằm ngang một góc α = 30^o. Cho biết hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn nhà là μ = 0,1 (lấy g = 10 m/s²). Quãng đường vật rắn đi được 4 s là

    A. 6,21 m.

    B. 6,42 m.

    C. 6,56 m.

    D. 6,72 m.

Hướng dẫn giải và đáp án

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

Bài 2 (trang 114 SGK Vật Lý 10): Có thể áp dụng định luật II Niu – tơn cho chuyển động tịnh tiến được không? Tại sao?

Bài 3 (trang 114 SGK Vật Lý 10): Momen lực có tác dụng như thế nào đối với một vật quay quanh một trục cố định?

Có thể áp dụng định luật II Niu – tơn cho chuyển động tịnh tiến. Vì tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau, đều có cùng một gia tốc.

Khi vật rắn quay quanh trục, mọi điểm của vật đều có cùng tốc độ góc ω momen lực tác dụng vào vật quay quanh một trục cố định làm thay đổi tốc độ góc của vật.

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

Vẽ sơ đồ tư duy khái quát lại nội dung bài học