Bài 18: CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC I Mục tiêu a Về kiến thức: Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (quy tắc momen lực) b Về kĩ năng: Vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp đời sống và kĩ thuật cũng để giải các bài tập vận dụng đơn giản Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản c Thái độ: II Chuẩn bị GV: Bộ TN nghiên cứu tác dụng làm quay của lực hình 18.1 SGK III Tiến trình giảng dạy Ổn định lớp Kiểm tra bài cũ (4’) Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng? Phát biểu quy tắc tổng hợp lực đồng quy? Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của lực không song song là gì? Bài mới TG Hoạt động của giáo viên 1’ - Điều gì sẽ xảy vật chịu tác dụng của một lực - Xung quanh chúng ta có rất nhiều vật không thể chuyển động tịnh tiến mà chỉ có thể quay quanh trục; ví dụ: quạt điện, bánh xe, quả lắc đồng hồ, cánh cửa… Điều gì sẽ xảy với các vật đó chịu tác dụng của một Hoạt động của học sinh Nội dung Hoạt động 1: Tổ chức tình huống học tập I Cân bằng của một vật có trục quay cố định Momen lực - Vật chuyển động có gia tốc Thí nghiệm lực? Trong điều kiện nào thì các vật đó đứng yên có nhiều lực tác dụng? - Hs chưa thể trả lời được r F2 - 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? 11’ - Xét một vị trí cân bằng bất kì của đĩa, các em hãy chỉ các lực tác dụng lên đĩa và liên hệ giữa các lực đó? - Do đó tác dụng của trọng lực và phản lực của trục quay đĩa cân bằng ở mọi vị trí r F1 d2 Hoạt động 2: Tìm hiểu thí nghiệm cân bằng của một vật có trục quay cố định - Chú ý gv giới thiệu - trục quay qua trọng tâm của đĩa - Trọng lực cân bằng với phản lực của trục quay - Các lực khác tác dụng vào đĩa sẽ gây kết quả thế nào? r F1 có tác dụng làm đĩa r quay theo chiều KĐH; F2 có tác NX: Lực dụng làm đĩa quay ngược chiều KĐH Đĩa đứng yên tác dụng làm quay của r F2 - Các em tiến hành TN để trả lời câu hỏi: Khi có lực tác dụng lên vật có trục quay cố định thì vật sẽ chuyển động thế nào? r F1 lực cân bằng với lực + Lực tác dụng thế nào thì vật sẽ đứng yên? - Ta có thể tác dụng đồng thời vào đĩa lực r r F1 & F2 nằm mặt phẳng của đĩa, cho đĩa vẫn đứng yên được không? Khi đó giải thích sự cân bằng của đĩa thế nào? - Tiến hành TN rồi trả lời: - Lực tác dụng làm quay đĩa quanh trục cố định đó - Đối với những vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay Vật cân bằng tác dụng làm quay theo chiều KĐH của lực này bằng tác dụng làm quay ngược chiều KĐH của lực - Đĩa có thể quay theo chiều ngược lí có thể đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực Địa lượng này có giá trị thế nào đối với lực làm đĩa quay ngược chiều KĐH Đĩa - Lực có giá qua trục quay r - Lực F1 có tác dụng làm đĩa quay r - Chúng ta hãy tìm một đại lượng vật theo chiều KĐH; F2 có tác dụng r r F1 & F2 TN trên? d1 đứng yên tác dụng làm quay của lực cân bằng với lực r F2 r F1 Momen lực r r - Nhận xét độ lớn của lực F1 & F2 Xác định khoảng cách từ trục quay đến giá của r r F1 & F2 - Thay đổi phương & độ lớn của r F1 để giữ thấy được nếu vẫn F1d1  F2 d thì đĩa vẫn đứng yên - Hiện tượng gì xảy Hoạt động 3: Mômen lực - Quan sát gv biểu diễn TN Thảo F1d1  F2 d và ngược lại? Làm TN luận theo nhóm để đưa phương án r r kiểm chứng trả lời: ( F1  F2 ) - Ta có thể nhận xét gì về ý nghĩa vật lý của tích F.d? 12’ - 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? - Hãy sử dụng khái niệm momen lực để phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định? - Xét trường hợp vật chịu tác dụng của lực trở lên Các em hãy đưa các dự đoán? - GV tiến hành TN kiểm tra với lực rồi đến kết quả: - Lực r r F1 & F2 có độ lớn khác Nhận thấy: F1 d  � F1d1  F2 d F2 d1 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 II Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực) - Đĩa quay theo chiều tác dụng làm quay lớn Quy tắc - Tích F.d đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực 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 Chú y - 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 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: F1d1  F2 d  F3d3 hay - Đơn vị là N.m M1  M  M Hoạt động 4: Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định - Các em chú ý tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay - Các em 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 12’ - VD: kéo nghiêng chiếc ghế & giữ nó ở tư thế đó Trong tình huống này chiếc ghế ở trạng thái cân bằng của một vật có trục quay Các em hãy chỉ trục quay & giải thích sự cân bằng của ghế? - TH: Kéo nghiêng ghế về phía khác để hs thấy trục quay cũ mất & xuất hiện trục quay mới Đó là trục quay tức thời xuất hiện trogn các TH cụ thể Với các trục quay tức thời, vật cân bằng tác dụng của các lực thỏa mãn quy tắc momen lực - TL nhóm rồi cử đại diện trả lời: (ĐKCB của vật có trục quay cố định là momen của lực làm cho vật quay theo chiều KĐH bằng với momen của lực làm cho vật quay ngược chiều KĐH) - Dự đoán: Tổng momen lực làm cho vật quay theo chiều KĐH bằng với tổng momen lực làm cho vật quay ngược chiều KĐH - 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 - Quan sát VD, suy nghĩ rồi trả lời câu hỏi - Trục quay qua chân ghế tiếp xúc với mặt sàn Momen lực của tay cân bằng với momen của trọng lực tác dụng vào ghế  ... trục quay cố định là momen của lực làm cho vật quay theo chiều KĐH bằng với momen của lực làm cho vật quay ngược chiều KĐH) - Dự đoán: Tổng momen lực làm cho vật quay theo... làm quay của lực 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. .. kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định - Các em chú ý tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay - Các em phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay