Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 1 Ngày soạn : 5/8/2008 Tiết : 1 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Nêu được vật rắn và chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là gì. - Nêu được cách xác định vị trí của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục cố định - Nêu được khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc. - Viết được biểu thức của tốc độ góc, gia tốc góc và nêu được đơn vị đo tốc dộ góc, gia tốc góc. - Viết được các phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. - Viết được 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: - Vận dụng 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. - Áp dụng giải các bài tập đơn giản. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên : Các tranh vẽ 1.1; 1.2; 1.3 2. Học sinh : Ôn các phương trình động học của chuyển động tịnh tiến III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức 2. Giới thiệu chương I: (5 / ) 3. Tạo tình huống học tập Khi vật rắn chuyển động tịnh tiến thì mọi điểm của vật có quỹ đạo như nhau. Vì thế muốn khảo sát chuyển động tịnh tiến của vật rắn chỉ cần xét chuyển động của một điểm bất kì của nó. Vậy đối với chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định thì quy luật chuyển động và mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng như thế nào? B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Hình thành các khái niệm các đại lượng đặc trưng của vật rắn quay quanh một trục 15 + Trả lời câu C1 + Nêu hai đặc điểm của chuyển động + Vị trí của một vật rắn tại mỗi thời điểm được xác định bằng góc ϕ giữa một mp động P gắn với vật và mp cố định P o + Xét một vật rắn quay quanh một trục (HV 1.1) + Câu C1 + Chuyển động này có đặc điểm gì ? + Trong chuyển động tròn tọa độ của điểm M được xác định như thế nào? Khi nào thì tọa độ dương? Khi nào thì tọa độ âm? + Vị trí của một vật rắn tại mỗi thời điểm được xác định như thế nào ? (Dựa vào HV 1.1) 1. Tọa độ góc Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mỗi điểm trên vật vạch một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với 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 quay được cùng một góc trong cùng một khoảng thời gian. Tọa độ góc + Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được xác định bằng tọa độ góc ϕ của vật: góc giữa một mp động P gắn với vật và mp cố định P o . + Nếu vật chỉ quay theo một Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương CHƯƠNG I ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN BÀI 1: CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 2 + tb t ∆ϕ ω = ∆ + Phát biểu định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. + tb a t ∆ω = ∆ + Phát biểu định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tốc độ góc. Ở thời điểm t, tọa độ góc của vật rắn là ϕ, ở thời điểm t + t∆ có tọa độ góc ϕ + ∆ϕ + Tốc độ góc trung bình của vật rắn sau khoảng thời gian t∆ ? Hướng dẫn - Góc quay của vật sau khoảng thời gian t ∆ ? - Công thức tính tọa độ góc trong chuyển động tròn? + Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì tốc độ góc trung bình trở thành tốc độ góc tức thời. t 0 d lim t dt ∆ → ∆ϕ ϕ ω = = ∆ = , (t)ϕ Hãy phát biểu định nghĩa tốc độ góc tức thời . Ở thời điểm t, tốc độ góc của vật rắn là ω , ở thời điểm t + t∆ có tốc độ góc ω + ∆ω + Gia tốc góc trung bình của vật rắn sau khoảng thời gian t∆ ? + Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì gia tốc góc trung bình trở thành gia tốc góc tức thời. t 0 d lim t dt ∆ → ∆ω ω γ = = ∆ = , (t)ω Hãy phát biểu định nghĩa tốc độ góc tức thời . chiều và chọn chiều dương là chiều quay của vật thì khi đó ϕ > 0 2. Tốc độ góc : + Tốc độ góc tức thời (gọi tắt là tốc độ góc) là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm bậc nhất của tọa độ góc theo thời gian. t 0 d lim t dt ∆ → ∆ϕ ϕ ω = = ∆ = , (t)ϕ + Đơn vị của tốc độ góc là rad/s. Chú ý: Vận tốc độ góc là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của tọa độ góc và chiều quay của vật quanh trục quay. + Vận tốc 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 tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục ở thời điểm t là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó và dược xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian. t 0 d lim t dt ∆ → ∆ω ω γ = = ∆ = , (t)ω + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s 2 . HĐ2: Viết các phương trình động học của chuyển động quay và công thức liên hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay 20 HS thảo luận nhóm và trình bày + x = x 0 + v.t + x = x o + v o t + 1 2 a.t 2 + v = v o + a.t + v 2 – v o 2 = 2as + Viết phương trình chuyển động của chuyển động thẳng đều và suy ra phương trình chuyển động của chuyển động quay đều? + Viết các phương trình động học trong chuyển thẳng biến đổi đều suy ra phương trình chuyển động của chuyển động quay biến đổi đều? 4. Các phương trình động học của chuyển động quay a) Chuyển động quay với tốc độ góc không đổi (ω = hằng số): chuyển động quay đều Chọn t = 0 lúc ϕ = ϕ o ⇒ ϕ = ϕ o + ωt b) Chuyển động quay với gia tốc góc không đổi (γ = const): chuyển động quay biến đổi đều + Chọn t = 0 lúc ϕ = ϕ o vàω = Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 3 + Khi vật rắn quay thì mỗi điểm của vật có cùng ϕ, ω, γ + v = ω.r + a n = 2 2 v r r = ω + Nếu vật quay theo một chiều nhất định và chọn làm chiều dương thì với gia tốc góc như thế nào thì chuyển động quay đều, quay biến đổi đều, quay nhanh dần, quay chậm dần. + Tổng quát: * γ=0: chuyển động quay đều. * γ= hằng số: chuyển động quay biến đổi đều. * ω. γ>0: chuyển động quay nhanh dần * ω. γ<0: chuyển động quay chậm dần + Khi vật rắn quay thì mỗi điểm của vật ( trừ trên trục quay) có ϕ, ω, γ như thế nào? + Nêu công thức liên hệ giữa vận tốc dài và vận tốc góc trong chuyển động tròn có bán kính r? + Nêu công thức liên hệ giữa gia tốc hướng tâm và vận tốc trong chuyển động tròn đều + Nếu vật rắn quay đều thì mỗi điểm trên vật rắn có gia tốc hướng tâm liên hệ với vận tốc dài và vận tốc góc như thế nào? + Nếu vật rắn quay không đều thì mỗi điểm trên vật rắn có gia tốc liên hệ với vận tốc dài và vận tốc góc như thế nào? - Hướng dẫn học sinh phân tích thành hai thành phần: vuông góc v r và tiếp tuyến v r . ω o . Ta có ω = ω o + γt ϕ = ϕ o + ω o t + 1 2 γt 2 ω 2 - 2 o ω = 2 γ(ϕ - ϕ o ) + Khi γ=0, ta có phương trình của chuyển động quay đều. + Nếu vật quay theo một chiều nhất định và ω tăng theo thời gian (γ>0): chuyển động quay nhanh dần. Nếu ω giảm theo thời gian (γ<0): chuyển động quay chậm dần. 5. Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật rắn chuyển động quay : Gia tốc của một điểm chuyển động tròn bao gồm gia tốc hướng tâm n a r và gia tốc tiếp tuyến t a r . + 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. a r = n a r + t a r Với : a t = dv dt = r. d dt ω = r. γ a n = a n = 2 2 v r r = ω a = 2 2 n t a a+ a r hợp với bán kính r góc α : n 2 t a tan a γ α = = ω C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: Câu C5, C6. Các bài tập 1,2,3 trong SGK (5 / ) Bài tập về nhà: 4,5,6,7 trong SGK. Ôn lại kiến thức lớp 10 (mômen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý nghĩa khối lượng). IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ngày soạn : 6/8/2008 Tiết : 2&3 Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương BÀI 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 4 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. γ . 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 3. Thái độ: 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. 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: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ: (8 / ) 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. 3. Tạo tình huống học tập: Trong chuyển động của chất điểm phương trình động lực học F a m = r r . 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? B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Xây dựng mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực 10 + 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 F ur , phương của F ur , 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 + 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 1. Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực a) Momen lực đối với trục quay + Momen của lực F ur ( F ur nằm trong mp vuông góc với trục ∆) đối với trục quay ∆ có độ lớn bằng: M = F.d Với: F : độ lớn lực tác dụng lên vật (N) d : cánh tay đòn của lực F ur , là khoảng cách từ trục quay ∆ đến giá (đường tác dụng) của lực F ur (m) M : momen của lực F ur (N.m) Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 5 15 lại - HS thảo luận nhóm và trình bày + M = F t .r + F t = m.a t + a t = r. γ ⇒ M = (mr 2 ) γ - Lực pháp tuyến chỉ làm vật chuyển động trên đường tròn chứ không làm thay đổi tốc độ góc + M i = (m i r i 2 ) γ . Dùng HV2.1 để minh họa: - Tác dụng lên quả cầu một lực t F r 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 t F r 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? + 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 = (mr 2 ) γ + Trường hợp vật rắn gồm nhiều chất điểm có khối lượng m i , m j …ở cách trục quay những khoảng cách r i , r j … M i = (m i r i 2 ) γ . Vì các chất điểm có cùng gia tốc góc nên: M = i i M ∑ = 2 i i i m r   γ  ÷  ÷   ∑ HĐ2: 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 10 10 + Cùng M tác dụng 2 . i i i m r ∑ lớn thì γ 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 = 2 5 mR 2 = 9,8.10 37 kg.m 2 + M = I γ + Từ phương trình M= 2 i i i m r   γ  ÷  ÷   ∑ có thể rút ra nhận xét gì về ý nghĩa vật lí của đại lượng 2 . i i i m r ∑ ? + 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? + R TĐ =6400km; m TĐ = 6,0.10 24 kg I TĐ đối với trục đi qua tâm? + Với khái niệm momen quán 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 = 2 . i i i m r ∑ + Đơn vị của I là: kg.m 2 + 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 3. P hương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 6 tính. Hãy viết lại phương trình M= 2 i i i m r   γ  ÷  ÷   ∑ M = I γ Là phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn HĐ 3: Vận dụng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục 25 + Thùng nước chuyển động tịnh tiến mg – T = ma (1) + Hình trụ chuyển động quay M = T.R = I γ (2) + a = R γ (3) + Khi I có giá trị rất lớn thì giá trị của a rất nhỏ + Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá trị của a ≈ g Hướng dẫn hs phân tích bài toán Biểu diễn các lực tác dụng lên mỗi vật trong hệ - Chuyển động của thùng nước là chuyển động gì? Viết phương trình động lực học. - Chuyển động của hình trụ là chuyển động gì? Viết phương trình động lực học. - Gia tốc tịnh tiến của thùng nước và gia tốc góc của hình trụ liên hệ như thế nào? Nhận xét: + Khi I có giá trị rất lớn thì giá trị của a như thế nào? + Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá trị của a như thế nào? Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng? 4. Bài tập ví dụ SGK mg – T = ma (1) M = T.R = I γ (2) ⇒ T = I R γ a = R γ (3) ⇒ γ = a R Thế vào (1) mg - I R γ = m a R ⇒ a = 2 mg I m R + = 2 1 g I 1 mR   +  ÷   C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (10 / ) - Viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển động quay. I = 2 . i i i m r ∑ đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay - Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn M = I γ . Biết M, I suy ra γ tức là xác định được tính chất của chuyển động quay vì thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn Bài tập về nhà: 1 đến 8 trong SGK/14. Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn động lượng). IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ngày soạn : 7/8/2008 Tiết : 4&5 Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương BÀI 3: MOMEN ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG. Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 7 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Hiểu được khái niệm momen động lượng là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của một vật quanh một trục. - Hiểu định luật bảo toàn momen động lượng và áp dụng để giải thích một số hiện tượng trong đời sống. - Viết được công thức tính momen động lượng, biểu thức định luật bảo toàn momen động lượng 2. Kỹ năng: - Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế, biết các ứng dụng của định luật bảo toàn momen động lượng trong đời sống và kỹ thuật. - Giải các bài toán cơ bản về momen động lượng và ứng dụng định luật bảo toàn momen động lượng 3. Thái độ: 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 (ảnh của diễn viên xiếc nhào lộn, trượt băng nghẹ thuật, nhảy cầu…). 2. Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn động lượng). - Làm các thí nghiệm đơn giản có liên quan đến bài học III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ: (8 / ) 1. Phát biểu, viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển động quay. 2. Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn 3. Tạo tình huống học tập: Vì sao các vận động viên nhảy cầu, khi nhảy từ ván cầu xuống nước, họ thường thực hiện các động tác gập người và bó gối thật chặt lúc xoay người trên không. Sau đó, họ phải làm thế nào để ngừng quay và lao mình vào trong nước? B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Hình thành khái niệm momen động lượng và dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định. 20 15 + M = I γ - Momen quán tính I là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) của vật rắn trong chuyển động quay quanh trục ấy. Đơn vị là kg.m 2 - Gia tốc góc γ là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó d dt ω γ = Đơn vị là rad/s 2 . + F=ma= m dv dt = d(mv) dt = dp dt + M + F + ω + v + I + m + L = I ω + p =mv ⇒ Đại lượng L = I ω trong + Phương trình động lực học của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục. + Ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức trên ? + Hướng dẫn học sinh viết dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn chuyển động quay quanh một trục. + Hướng dẫn học sinh so sánh các đại lượng trong phương trình động lực học của chuyển động quay của vật rắn và của chuyển 1. Momen động lượng a) Dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định. M = I γ = I d dt ω Nếu I không đổi: M = d(I ) dt ω . Đặt L = I ω thì ta có dạng khác của phương trình: M = dL dt (1) Chú ý: (1) đúng cho cả trường hợp I của vật hay hệ vật thay đổi (như do vật thay đổi hình dạng …) b) Momen động lượng Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 8 chuyển động quay tương ứng với động lượng p = mv trong chuyển động tịnh tiến. Vì thế L = I ω được gọi là momen động lượng động tịnh tiến của chất điểm ở bảng 3.1 từ đó rút ra ý nghĩa vật lý của đại lượng L = I ω (Câu C1) và đơn vị. + C2: vận dụng công thức tính momen động lượng L = I ω + Đại lượng L = I ω trong chuyển động quay được gọi là momen động lượng của vật rắn đối với trục quay + Đơn vị của momen động lượng là kg.m 2 /s HĐ2: Xây dựng nội dung định luật bảo toàn momen động lượng 20 + Từ M = dL dt nếu M = 0 thì dL dt = 0 ⇒ L = hằng số + Xem sách + L = hằng số . Vì vậy vật rắn không quay (ω =0) hoặc quay đều (ω không đổi) + I 1 .ω 1 = I 2 .ω 2 C3: Lúc đầu ở tư thế dang tay tốc độ góc của người là ω 1 , khi co tay và thu vào sát thân người khoảng cách giữa các phần của người và khối tâm thu hẹp lại nên momen quán tính đối với trục quay đi qua khối tâm giảm đi. I 1 .ω 1 = I 2 .ω 2 Kết quả người quay nhanh hơn trước + C4: Khi vận động viên nhảy cầu thực hiện động tác gập người và bó gối thì I của người đối với trục quay đi qua khối tâm giảm. Theo định luật bảo + Đặt vấn đề: Tại sao tốc độ quay của Trái đất hằng tỉ năm nay vẫn không thay đổi? + Từ M = dL dt nếu M = 0 thì L sẽ như thế nào? + Phát biểu nội dung của định luật + Nếu I không đổi thì chuyển động vật rắn như thế nào? Đó cũng chính là lí do vì sao tốc độ quay của Trái đất hằng tỉ năm nay vẫn không thay đổi + Nếu I thay đổi hãy viết công thức định luật bảo toàn momen động lượng với I 1 .ω 1 là momen động lượng của vật lúc trước và I 2 .ω 2 là momen động lượng của vật lúc sau + Chú ý điều kiện áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng M = 0. Nếu M ≠ 0 nhưng trong khoảng thời gian tác dụng t∆ nhỏ đến mức có thể bỏ qua xung của momen lực M t ∆ , thì trong khoảng thời gian đó L được bảo toàn. + C3 ? + C4? 2. Định luật bảo toàn momen động lượng a) Nội dung Từ M = dL dt Nếu M = 0 thì L = hằng số (2) + Khi tổng các momen lực tác dụng lên một vật rắn (hay hệ vật) đối với một trục bằng 0 thì tổng momen động lượng của vật rắn (hay hệ vật) đối với trục đó được bảo toàn. b) Các trường hợp: + Trường hợp vật rắn có momen quán tính đối với trục quay không đổi thì vật rắn không quay hoặc quay đều quanh trục đó. + Trường hợp vật rắn có momen quán tính đối với trục quay thay đổi thì: I 1 .ω 1 = I 2 .ω 2 + Trường hợp vật rắn có L = 0 I 1 .ω 1 + I 2 .ω 2 = 0 Khi đó một bộ phận của hệ quay theo một chiều thì bộ phận còn lại của hệ quay theo chiều ngược lại Chú ý: Momen động lượng của vật rắn là đại lượng véc tơ L ur = I.ω ur . Khi M uur = 0 thì L ur = hằng số. Vì vậy khi nói tổng momen động lượng của hệ được bảo toàn thì có nghĩa cả độ lớn lẫn về phương, chiều của tổng momen động lượng được bảo toàn Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 9 toàn động lượng thì ω sẽ tăng HĐ 3: Vận dụng định luật bảo toàn momen động lượng 15 + M = 0 ⇒ L = hằng số + I 1 .ω 1 + I 2 .ω 2 + (I 1 + I 2 )ω Hướng dẫn hs phân tích bài toán + Momen động lượng của hệ có được bảo toàn không? + Tổng momen lực tác dụng lên hệ (ngoại lực) đối với trục quay ? + Momen động lượng của hệ lúc đầu? + Momen động lượng của hệ lúc sau? + Suy ra ω? 4. Bài tập 2 /17 SGK + Momen động lượng của hệ lúc đầu: I 1 .ω 1 + I 2 .ω 2 + Momen động lượng của hệ lúc sau (I 1 + I 2 )ω + Theo định luật bảo toàn momen động lượng I 1 .ω 1 + I 2 .ω 2 = (I 1 + I 2 )ω ⇒ ω = 1 1 2 2 1 2 I I I I ω + ω + C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (10 / ) - Viết dạng khác phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định - Viết công thức và nêu ý nghĩa của momen động lượng của vật rắn đối với chuyển động quay. - Nội dung của định luật bảo toàn momen động lượng Bài tập về nhà: Các bài tập còn lại trong SGK. Ôn lại công thức động năng & biểu thức định lý động năng của vật chuyển động tịnh tiến IV: RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Ngày soạn: 8/8/2008 Tiết thứ: 6 Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương BÀI 4: ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 10 I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: - Biết được khi một vật rắn quay quanh một trục thì có động năng. - Viết được công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục. - Viết được biểu thức định lý động năng đối với vật rắn quay quanh một trục. 2. Kĩ năng: - So sánh các đại lượng tương ứng trong biểu thức của động năng trong chuyển động quay và động năng trong chuyển động tịnh tiến. - Giải được các bài tập đơn giản về động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định. - Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế về ứng dụng của động năng quay. 3. Thái độ: - Tình cảm: có hứng thú với bộ môn. II. CHUẨN BỊ: 1. Chuẩn bị của thầy: Tranh vẽ 4.1; 4.2 2. Chuẩn bị của trò: Ôn lại công thức động năng & biểu thức định lý động năng của vật chuyển động tịnh tiến III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2 / ) 2. Kiểm tra bài cũ (5 / ) 1) Mômen động lượng của một vật đối với một trục là gì và viết được công thức tính mômen này. 2) Phát biểu được định luật bảo toàn mômen động lượng của một vật rắn và viết được hệ thức định luật này. 3) Dùng tranh vẽ 4.2 Một vận động viên trượt băng quay quanh một trục thẳng đứng với tốc độ góc 15rad/s 2 với hai tay dang ra, mômen quán tính của người lúc này đối với trục quay là 1,8kg.m 2 . Sau đó người này đột ngột thu tay lại dọc theo thân người, trong khoảng thời gian nhỏ tới mức có thể bỏ qua ảnh hưởng của ma sát với mặt băng. Mômen quán tính quán tính của người lúc đó giảm đi 3 lần so với lúc đầu. Tính tốc độ góc của người lúc đó. 3. Tạo tình huống học tập Tại sao trong động cơ bốn kì thì chỉ có một kì sinh công nhưng vẫn chạy đều? B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Xây dựng công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục 13 + HS thảo luận nhóm v i = r i ω W đ = 2 1 mv 2 ⇒ W đ = 2 2 i i i i 1 1 m v m (r ) 2 2 = ω Đặt vấn đề: Khi vật chuyển động tịnh tiến thẳng với vận tốc v thì vật có động năng là 2 1 mv 2 . Vậy khi vật chuyển động quay với tốc độ góc ω thì có động năng không và nếu có thì công thức tính như thế nào? Xét vật rắn quay quanh một trục cố định với tốc độ góc ω (HV 4.1). - Viết biểu thức động năng của chất điểm i của vật có khối lượng m i và cách trục quay một khoảng r i . Hướng dẫn: + Tốc độ dài của chất điểm i? + Công thức động năng của chất 1. Động năng của vật rắn quay quanh một trục : Động năng của vật rắn quay quanh một trục bằng tổng động năng của tất cả các phần tử tạo nên vật; được đo bằng nửa tích Giáo viên: Dương văn Tính Tổ Vật Lý - Thể dục Trường PTTH Hùng Vương m 1 m 2 [...].. .Giáo án Vật Lý 12 nâng cao – Năm học 2008 – 2009 Trang 11 i ̉m chuyển động có vận tốc v? 10 10 số của momen quán tính của vật và bình phương vận tốc góc của vật đ i v i trục quay đó 1 2 1 2 Wđ = I ω + Wđ = ∑ mi (ri ω) 2 i 2 - Viết công thức tính động năng V i : ω2 1 2 của vật rắn 1 = I = ∑ I i = ∑ mi ri ∑ 2mi ri2 = 2 I ω 2 Hướng dẫn: Động năng của vật i 2 i rắn quay quanh một... b i toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục - Hệ thống hóa kiến thức chương I 3 Th i độ: - Tình cảm: có hứng thú v i bộ môn II CHUẨN BỊ: 1 Chuẩn bị của thầy: Phiếu học tập 2 Chuẩn bị của trò: Ôn la i kiến thức chương I III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1 Ổn định tổ chức (2/) 2 Kiểm tra ba i cũ (8/) 1) Viết công thức tính momen của vật rắn quay quanh... động tịnh tiến thẳng 5) Viết công thức tính momen lực đô i vơ i trục quay Đơn vị của momen lực? Khi nào M>0, M0, ϕ 0, ω 0 vì tác dụng làm bánh xe vật rắn quay theo chiều dương M M1 + M ms Mms . + W đ = 2 i i i 1 m (r ) 2 ω ∑ = 2 2 i i i 1 m r 2 2 ω ∑ = 2 1 . 2 I ω V i : I = 2 . i i i i I m r= ∑ ∑ là momen quán tính của vật rắn đ i v i trục quay.. thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc d i, gia tốc góc và gia tốc d i của một i m trên vật rắn. - Áp dụng gi i các b i tập đơn giản. 3. Tha i độ: II.