Tài liệu Giáo án vật lý lớp 12

Tiết 1 + 2 : Bài 1 – 2 : CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I / MỤC TIÊU : Hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. Biết cách xây dựng và vẽ đồ thị các phương trình chuyển động quay đều và quay biến đổi đều trong hệ tọa độ (, t) Nắm vững 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. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Hai tiết này là mở đầu cho môn học. Vì thế, GV nên chuẩn bị sao cho ngay từ buổi đầu gây được hứng thú học tập cho HS. - Bắt buộc HS phải có SGK trong giờ học. - Sử dụng tối đa các hình, chú thích ở các hình. - Chuẩn bị thêm các hình vẽ, tranh ảnh có liên quan đến bài học. 2 / Học sinh : - Đầy đủ SGK và sách bài tập, vở ghi. - Ôn lại phần Động học chất điểm ở SGK lớp 10 về phương trình chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Nêu hai đặc điểm của chuyển động Hoạt động 2 : HS : + OM > 0 + OM < 0 HS : + Giá trị đó là dương nếu góc được thực hiện bằng cách quay trục Ox đến tia OM ngược chiều kim đồng hồ. + Giá trị đó là âm nếu góc được thực hiện bằng cách quay trục Ox đến tia OM thuận chiều kim đồng hồ. Hoạt động 3 : HS : Tự hình thành định nghĩa vận tốc trung bình. Hoạt động của giáo viên Xét một vật rắn quay quanh một trục, giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Chuyển động này có đặc điểm gì ? GV : Trong chuyển động thẳng đều tọa độ của điểm M được xác định như thế nào ? - Khi nào thì tọa độ dương ? - Khi nào thì tọa độ âm ? GV : 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 ? Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t1 có toạ độ góc 1 , ở thời điểm t2 có toạ độ góc 2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Vật nào có sự thay đổi toạ độ góc nhanh hơn ? GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 1 HS : Khi t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì vận tốc trung bình trở thành vận tốc tức thời. HS : Phát biểu định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. HS : Tự nhìn sách ghi GV : Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. GV : Khi nào vận tốc góc có giá trị dương và có giá trị âm ? Hoạt động 4 : HS : Tự hình thành định nghĩa gia tốc trung Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t1 có vận tốc góc 1 , ở thời điểm t2 có bình. toạ độ góc 2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Vật nào có sự thay đổi vận tốc góc HS : Khi t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì gia nhanh hơn ? tốc trung bình trở thành gia tốc tức thời. GV : Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm HS : Phát biểu định nghĩa gia tốc góc tức để hướng dẫn học sinh định nghĩa gia tốc thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của góc. vận tốc góc. HS : Tự nhìn sách ghi HS : Tự nhìn sách ghi  = const.  = o + t  = o + ot + 1 2 .t 2 GV : Nêu các công thưc cơ bản trong chuyển thẳng biến đổi đều : GV : Tự suy ra các công thưc cơ bản trong chuyển quay biến đổi đều. 2 - o2 = 2( - o) Hoạt động 5 : HS : Thay đổi về hướng , không thay đổi về độ lớn. HS : Thay đổi về hướng và cả độ lớn. HS : + Gia tốc pháp tuyến + Gia tốc tiếp tuyến GV : Trong chuyển động tròn đều v có đặc điểm gì ? GV : Trong chuyển động tròn không đều v có đặc điểm gì ? GV : Hướng dẫn học sinh phân tích thành hai thành phần : vuông góc và trùng với quỹ đạo ! IV / NỘI DUNG : 1. Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mọi điểm của vật đều có cùng một góc quay trong cùng một khoảng thời gian. + Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được xác định bằng tọa độ góc  của vật. 2. Vận tốc góc : + Vận tốc 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 tức thời (gọi tắt là vận tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục bằng đạo hàm bậc nhất theo thời gian của tọa độ góc của vật rắn. GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 2 ω= d ='(t) dt + Đơn vị của vận tốc góc là rad/s. + Vận tốc góc là một đại lượng đại số :  có giá trị dương khi vật rắn quay theo chiều dương quy ước và ngược lại. 3. Gia tốc góc + Gia tốc góc là đại lượng đặc trưng cho độ biến đổi nhanh, chậm của vận tốc góc. + Gia tốc góc tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục bằng đạo hàm bậc nhất theo thời gian của vận tốc góc của vật rắn. d    '(t ) dt 2 + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s . 4. Các công thức của chuyển động quay biến đổi đều.  = const.  = o + t  = o + ot + 1 2 .t 2 2 - o2 = 2( - o) Khi  = 0, ta có phương trình của chuyển động quay đều. 5. Vận tốc và gia tốc của một điểm của vật rắn chuyển động quay :  Gia tốc của một điểm chuyển động tròn đều bao gồm gia tốc hướng tâm ( a n ) và gia tốc tiếp tuyến. 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  at  a n Với : d  r. dt v2 2 an = r. = r at = r. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm hai câu hỏi trắc nghiệm và các bài tập : 1,2,3,4,5,6,7. GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 3 Tiết 3 : Bài 3 : MOMEN LỰC MOMEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN I / MỤC TIÊU : Hiểu được khái niệm momen lực là một đại lượng vật lí, đặc trưng cho tác dụng của lực làm quay vật rắn quanh một trục, momen lực là một đại lượng đại số. Nắm vững được công thức tính momen lực đối với một trục, cách xác định dấu của momen lực. Hiểu được cách xây dựng biểu thức định luật II Niu-tơn dưới dạng khác làm xuất hiện biểu thức momen lực và momen quán tính. Hiểu khái niệm momen quán tính đối với một trục của một chất điểm và của vật rắn. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Giáo viên chuẩn bị trước dụng cụ thí nghiệm : - Đĩa moment. - Hộp quả cân. - Thước thẳng. - Thanh có tiết diện nhỏ, vành tròn, đĩa tròn, hình cầu đặc. 2 / Học sinh : - Đòn bẩy : cánh tay đòn và tác dụng lực trong đòn bẩy. - Ôn lại phần các định luật Newton ở SGK lớp 10. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Đĩa quay HS : Đĩa không HS : Tự ghi nhận xét : Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi giá của lực không đi qua trục quay. Hoạt động 2 : HS : Đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. HS : Đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. HS : F1.d1 = F2.d2 HS : Tự ghi khái niệm moment lực. Hoạt động 3 : Momen quán tính của chất điểm đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của chất điểm đó đối với chuyển động quay quanh trục đó. I = m.r2 Đơn vị : m : (kg); r2 : (m2); I : (kg.m2) Hoạt động của giáo viên GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 1 : GV : Em có nhận xét gì về sự quay của đĩa khi chịu tác dụng của một lực ? GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 2: GV : Em có nhận xét gì về sự quay của đĩa khi chịu tác dụng của một lực ? GV : Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi nào ? GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 3 : GV : Lực F1 làm đĩa quay theo chiều nào ? GV : Lực F2 làm đĩa quay theo chiều nào ? GV : Em có nhận xét gì về tích số của lực và cánh tay đòn ? GV : Hướng dẫn học sinh hình thành phương chuyển động quay ? GV : Thành phần nào của lực gây ra chuyển quay ? GV : Theo định luật II Newton nó được viết như thế nào ? GV : Gia tốc góc và gia tốc tiếp tuyến có mối quan hệ như thế nào ? GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 4 Momen quán tính của vật rắn đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của vật rắn đối với trục quay đó. 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 =  mi .ri 2 GV : Nhân 2 vế cho R, ta có gì ? GV : Ftt có mối quan hệ với lực F như thế nào ? GV : R và d có mối quan hệ với nhau như thế nào ? GV : Đặt I = m . R2 từ đó giáo viên hình thành khái niệm moment quán tính. i Hoạt động 4 : HS : Tự ghi các công thức moment quán tính của 1 số vật có dạng hình học đặc biệt trong sách giáo khoa trang 13. GV : Hướng dẫn học sinh xem hình 3.5 III / NỘI DUNG : 1. Momen lực đối với trục quay 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. 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 đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực. Momen của lực F 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 , là khoảng cách giữa đường tác dụng của lực F và trục quay  (m)  + M : momen của lực F (N.m) Momen lực là một đại lượng đại số (momen còn đặc trưng cho chiều tác động của lực) : momen lực có giá trị dương khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều (+) và ngược lại. 2. Chuyển động tròn của chất điểm. Dạng khác của định luật II Niutơn Đối với vật rắn quay quanh một trục cố định, chỉ có thành phần lực tiếp tuyến với quỹ đạo của điểm đặt mới làm cho vật quay. Dạng khác của định luật II Niutơn hay phương trình động lực học của chất điểm quay quanh 1 trục. M = I. 2 Với : + I = m.r : momen quán tính của chất điểm đối với trục quay (kg.m2) +  : gia tốc góc (rad/s2) + M : momen lực (N.m) 3. Momen quán tính của chất điểm đối với một trục : Momen quán tính của chất điểm đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của chất điểm đó đối với chuyển động quay quanh trục đó. I = m.r2 Đơn vị : m : (kg); r2 : (m2); I : (kg.m2) 4. Momen quán tính của vật rắn đối với một trục : GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 5 Momen quán tính của vật rắn đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của vật rắn đối với trục quay đó. 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 =  mi .ri 2 i III / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1 và các bài tập 1,2. Xem bài 4 GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 6 Tiết 4 : Bài 4 : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH. I / MỤC TIÊU : Biết cách xây dựng phương trình động lực học vật rắn. Hiểu được khái niệm momen động lượng là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của một vật quanh một trục. Thuộc và hiểu được công thức về momen động lượng của vật rắn và các đại lượng chứa trong công thức đó. Hiểu định luật bảo toàn momen động lượng và áp dụng để giải thích một số hiện tượng trong đời sống. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Nếu có thể, GV chuẩn bị một số tranh ảnh có liên quan đến momen động lượng như các ảnh trong bài học. - Có thể chuẩn bị hình ảnh động về nhào lộn, trượt băng nghệ thuật trên máy tính 2 / Học sinh : Xem lại phương trình động lực học của chất điểm trên vòng tròn. M = I. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Học sinh lên bảng viết phương trình động lực học của chất điểm trong chuyển động quay quanh một trục : M = I .  HS : Học sinh lên bảng viết phương trình động lực học của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục : M = I .  HS : Tự nêu ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức : M = I .  Hoạt động 2 : + Ta có : M = I. + Mà : d = Hoạt động của giáo viên GV : Cho học sinh nhắc lại phương trình động lực học của chất điểm trong chuyển động quay quanh một trục. GV : Hướng dẫn học sinh thiết lập phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục. GV : Hướng dẫn học sinh nêu ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức trên ? + Ta có : GV : Hướng dẫn học sinh hình khái niệm moment động lượng ? GV : Hướng dẫn học sinh viết dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn chuyển động quay quanh một trục. dt M = I. d d  I = dt dt  + Đặt : L = I .  : moment động lượng. Hoạt động 3 : Học sinh tự ghi định luạt bảo toàn moment đọng lượng ! GV : Hãy viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục : M = I. GV : Hãy viết công thức xác định gia tốc d góc :  = ? dt GV : Em hãy cho biết khi M = 0 thì dL dt bằng bao nhiêu ? GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 7 GV : Em hãy cho biết khi dL = 0 thì dt moment động lượng có đặc điểm gì ? GV : L = const IV / NỘI DUNG : 1. Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định : M = I. Với : M : momen của các ngoại lực (N.m) I : momen quán tính của vật rắn (kg.m2)  : gia tốc góc của vật rắn (rad/s2) 2. Momen động lượng của vật rắn : Momen động lượng của vật rắn đối với một trục quay bằng tích số của momen quán tính của vật đối với trục đó và vận tốc góc của vật quay quanh trục đó. L = I.  2 + I : momen quán tính (kg.m ) +  : vận tốc góc (rad/s) + L : momen động lượng (kg.m2/s) Momen động lượng luôn cùng dấu với vận tốc góc 3. Định lý biến thiên momen động lượng : Độ biến thiên momen động lượng của một vật rắn trong một khoảng thời gian bằng tổng các xung của momen lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. L = M. t. Với L : độ biến thiên momen động lượng (kg.m2/s) M.t : xung của momen lực. 4. Định luật bảo toàn momen động lượng Khi tổng đại số các momen ngoại lực vật lên một vật rắn đối với một trục bằng không (hay các momen ngoại lực triệt tiêu nhau), thì momen động lượng của vật rắn đối với trục đó là không đổi. I1.1 = I2.2 Trường hợp đặc biệt : Trong 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. IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 5 GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 8 Tiết 5 : Bài 5 : BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC. I / MỤC TIÊU : Thuộc và sử dụng được các công thức động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định. Nắm bắt được phương pháp giải một bài toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục. Qua hai bài mẫu, sử dụng được những điều đã học để giải những bài tập khác. II / CHUẨN BỊ : Sau đây là một vài gợi ý khi giải một bài toán cơ học : 1. Việc học kỹ đầu bài là rất quan trọng. Khi đọc đầu bài cần xác định đối tượng xét là vật (hệ vật) nào. Chú ý đến các lực (do đó momen lực) đặt lên vật. Đối với bài toán thứ nhất vật là bánh xe, nhưng các lực tác dụng lại không cố định. Trong giai đoạn đầu có hai lực (hai momen lực) tác dụng lên bánh xe (trong 5s). Sau đó ngoại lực ngừng tác động, bánh xe vẫn còn quay. Do đó vẫn có lực ma sát tác dụng. Vậy ta có hai chuyển động với các điều kiện khác nhau tuy rằng cùng một vật là bánh xe. Bài toán thứ hai đơn giản hơn, chỉ có hai trọng lực tác dụng lên hệ. Tuy nhiên lại là hai hệ khác nhau : khi không kể đến khối lượng của ròng rọc thì hệ vật chỉ gồm hai trọng vật, còn khi kể đến khối lượng của ròng rọc thì hệ vật gồm ba vật, thêm ròng rọc có trục quay cố định. 2. Sau khi đã xác định rõ đối tượng và các lực tác dụng (momen lực tương ứng) thì viết phương trình động lực học cho từng vật (nếu là hệ vật) hoặc vật. Tùy theo vật có trục quay cố định hay không mà ta áp dụng công thức định luật II Niu-tơn hay công thức về momen lực. Nhớ rằng cần quy định chiều dương của chuyển động (tịnh tiến hay quay) để xác định dấu của lực hay của momen lực tác dụng. 3. Từ phương trình động lực học có thể tính được một (vài) đại lượng liên quan (gia tốc, gia tốc góc, khối lượng, momen quán tính, lực, momen lực). 4. Trường hợp đã biết được (tính được) gia tốc thì có thể sử dụng được các công thức động học để tìm các đại lượng chưa biết (phương trình chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, các công thức liên quan giữa vận tốc, gia tốc, thời gian...). 5. Chú ý rằng các phản lực là các lực thụ động, chỉ xuất hiện khi có lực tác dụng (lực căng của dây, phản lực của mặt đỡ, giá đỡ, lực ma sát tĩnh...) hoặc khi vật chuyển động (lực đàn hồi của lò xo, lực ma sát động...) 6. Giáo viên hướng dẫn học sinh nắm vững các công thức của chuyễn động quay :  = const.  = o + t  = o + ot + 1 2 .t 2 2 - o2 = 2( - o) Khi  = 0, ta có phương trình của chuyển động quay đều. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC : GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 9 GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 10 GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 11 Tiết 6 : BÀI 6 : CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHỐI TÂM VẬT RẮN ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN I / MỤC TIÊU : Hiểu khái niệm khối tâm của một vật rắn và định luật chuyển động của khối tâm của vật rắn. Hiểu rằng trong thực tế, chuyển động của một vật được xét như chuyển động của khối tâm của nó. Nắm vững khái niệm tổng hình học các vectơ biểu diễn các lực đặt lên một vật rắn và phân biệt được khái niệm này với tổng hợp lực đặt lên một chất điểm. Hiểu và thuộc công thức động năng của vật rắn trong chuyển động tịnh tiến. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Vẽ hình 6.1 trên giấy để dễ giải thích. Nếu có điều kiện nên chuẩn bị hình động. - Có thể mở bài bằng ảnh pháo hoa. 2 / Học sinh : Ôn lại công thức động năng của một chất điểm. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Quan sát kỹ chuyển động của các điểm khác nhau của hình tam giác. Đặc biệt chuyển động của điểm đánh dấu x ? HS : Điểm x là khối tâm của vật ! HS : Tự ghi định nghĩa khối tâm. HS : Tự ghi các công thức ở trang 24. Hoạt động của giáo viên GV : Mô tả thí nghiệm GV : Quỹ đạo chuyển động của điểm đánh dấu x có dạng gì ? GV : Giới thiệu điểm x chuyển động với vận tốc không đổi ! GV : Nêu định nghĩa khối tâm. GV : Giới thiệu công thức tọa độ khối tâm của một hệ N chất điểm Hoạt động 2 : GV : Vật rắn được coi như một hệ chất điểm HS : Tự ghi định lý liên kết chặt chẽ với nhau. Như trên đã nói, HS : Dựa vào H2 để giải thích thế nào là nếu không quan tâm đến chuyển động của từng điểm của vật mà chỉ xét chuyển động tổng hình học các vectơ biểu diễn các lực. của toàn bộ vật rắn, thì có thể xem chuyển HS : Học sinh trả lời câu hỏi ở hình 3. động đó là chuyển động của khối tâm của vật tuân theo định lý sau Hoạt động 3 : HS : Học sinh tự thiết lập công thức xác GV : Giáo viên giới thiệu định lý. định động năng của vật rắn chuyển động tịnh GV : Hướng dẫn học sinh tiến IV / NỘI DUNG : 1. Khối tâm của vật rắn Ở mỗi vật đều tồn tại một điểm mà nếu lực tác dụng lên vật có giá đi qua điểm đó thì chỉ làm vật chuyển động tịnh tiến mà không quay. Điểm đó được gọi là khối tâm của vật. GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 12 Khối tâm là một điểm có khối lượng của vật. Khi không có lực tác dụng thì khối tâm chuyển động thẳng đều như chuyển động thẳng đều của một chất điểm chuyển động tự do. Công thức xác định vị trí (tọa độ) khối tâm của một hệ N chất điểm. xc =  mi .xi  mi ; yc =  m .y m i i ; zc = i  m .z m i i i 2. Chuyển động của khối tâm Chuyển động của khối tâm của vật rắn là chuyển động của một chất điểm mang khối lượng của toàn bộ vật rắn và chịu tác dụng của một lực có giá trị bằng tổng hình học các vectơ ngoại lực.   F  m.a c  F : tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực. m : khối lượng của vật  a c : gia tốc khối tâm. 3. Động năng của vật rắn chuyển động tịnh tiến Động năng của vật rắn bằng tổng động năng của các phần tử của nó. Wđ = 1 2mv 2 i i  1 mi .vi2    2 Khi vật chuyển động tịnh tiến, mọi điểm của vật chuyển động trên những quỹ đạo giống hệt nhau, với cùng vận tốc và gia tốc. Khi đó khối tâm của vật có cùng vận tốc và cùng gia tốc như các phần tử. Động năng tịnh tiến của vật rắn bằng : Wđ = 1 2 mvc 2 IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3,4,5. Xem bài 7 GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 13 Tiết 7 : BÀI TẬP GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 14 Tiết 8 : BÀI 7 : ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC I / MỤC TIÊU : Hiểu và thuộc công thức tính động năng của vật rắn là tổng động năng của các phần tử của nó. Hiểu rằng chuyển động của vật rắn có thể phân tích thành chuyển động tịnh tiến của khối tâm và chuyển động quay của vật quanh khối tâm. Do đó động năng của vật rắn bằng tổng động năng của chuyển động tịnh tiến và động năng quay quanh khối tâm. Biết cách tính động năng toàn phần của một khối trụ lăn trên một mặt phẳng nghiêng. GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 15 II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên :  Nếu có thể, GV chuẩn bị một con quay đồ chơi để làm mẫu chuyển động quay quanh một trục. Khi quay, con quay có một động năng.  Tìm một vài ảnh tuabin thủy lực (trong nhà máy Thủy điện), tuabin khí... 2 / Học sinh : Ôn kĩ bài học trước. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Học sinh xem hình 7.1 Hoạt động của giáo viên GV : Giáo viên cho học sinh xem hình 7.1 để giới thiệu cho học sinh thấy rằng mỗi HS : Động năng của vật rắn quay quanh một phần tử quay có một động năng ? trục bằng tổng động năng của tất cả các phần GV : Động năng của vật rắn quay quanh một tử tạo nên vật. trục được xác định như thế nào ? HS : Wđ = Với : I = 1 I . 2 2 - Đơn vị của Wđ (J)  I   m .r i i i 2 GV : Viết biểu thức xác định động năng của vật rắn quay quanh một trục ? là momen quán i tính của vật rắn đối với trục quay. HS : 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 số của momen quán tính của vật và bình phương vận tốc góc của vật đối với trục quay đó HS : Trong hệ thống đo lường quốc tế đơn vị của động năng là SI ? Hoạt động 2 : HS : Thiết lập định nghĩa chuyển động song phẳng ? GV : Nêu kết luận ? GV : Trong hệ thống đo lường quốc tế đơn vị của động năng là gì ? GV : Quyển sách xe dịch trên bàn, pittông chuyển động trong xylanh của động cơ, con suốt chạy trên máy dệt … HS : Trả lời câu hỏi được đặt ra trong hình GV : Giáo viên cho học sinh xem hình 4.2 7.2 . HS : Chuyển động tịnh tiến của vật thể hiện bằng chuyển động của khối tâm C của vật dưới tác dụng của tổng vectơ các ngoại lực đặt lên vật. HS : Chuyển động quay của vật rắn quanh trục đi qua khối tâm và vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của khối tâm. Hoạt động 3 : GV : Phân tích chuyển động song phẳng thành các chuyển động đơn giản ! 1 mv2C 2 1 HS : W2 = I . 2 2 GV : Động năng của khối tâm được xác định như thế nào ? GV : Động năng của vật quay quanh trục đi qua khối tâm ? HS : W1 = GV : Chuyển động tịnh tiến của vật rắn và chuyển động quay của vật rắn ! GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 16 1 1 HS : W = mv2C + I . 2 2 2 GV : Động năng toàn phần của vật rắn được xác định như thế nào ? IV / NỘI DUNG : 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 số của momen quán tính của vật và bình phương vận tốc góc của vật đối với trục quay đó. Wđ = Với : I=  I   m .r i i i 2 1 I . 2 - Đơn vị của Wđ (J) 2 là momen quán tính của vật rắn đối với trục quay i 2. Định lý biến thiên động năng : Độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của các lực tác dụng lên vật. Wđ = A. Đối với vật quay quanh một trục : Wđ = 1 I 22  12  2 V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 8 Tiết 9 : BÀI 8 : CÂN BẰNG TĨNH CỦA VẬT RẮN I / MỤC TIÊU : Hiểu được các điều kiện cân bằng tĩnh của một vật rắn về lực và về momen lực. Hiểu được thế nào là tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực đặt lên vật rắn. Nắm vững điều kiện cân bằng của hệ hai lực và của hệ ba lực đồng phẳng và đồng quy. Biết áp dụng hai trường hợp trên cho một số bài tập. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Chuẩn bị một, hai TN về cân bằng của một hình phẳng dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng. 2 / Học sinh : Ôn lại về momen lực. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : HS : Mọi phần tử của vật đều đứng yên so với mặt đất. Hoạt động của giáo viên GV : Vật rắn nằm ở trạng thái cân bằng tĩnh khi dưới tác dụng của các ngoại lực, mọi phần tử của vật ở trang thái như thế nào ? GV : Phiến đá trong ảnh nằm trên hai trụ đá HS : Trọng lực của phiến đá và phản lực của ở trạng thái cân bằng tĩnh dưới tác dụng của hai trụ. những lực nào ? GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 17 GV : Ta biết rằng chuyển động của vật rắn HS : Tổng hình học các vectơ biểu diễn các được xét như chuyển động tịnh tiến của khối ngoại lực tác dụng lênvậtrắn bằng không. tâm chuyển động quay quanh trục đi qua khối tâm. Như vậy để vật hoàn toàn đứng F  0 yên thì khối tâm của vật phải đứng yên và HS : Tổng các momen các ngoại lực đặt lên vật không quay quanh bất cứ trục nào đi qua khối tâm. Muốn vậy, hệ các ngoại lực đặt lên vật đối với khối tâm bằng không. vật phải thỏa mãn hai điều kiện sau : M = 0 Hoạt động 2 : GV : Hãy vẽ các vectơ lực đặt lên quả dọi và HS : Vẽ các vectơ lực đặt lên quả dọi và lên lên quyển sách ? quyển sách. GV : Điều kiện cân bằng của hai vật đo có HS : Cân bằng của quả dọi và cân bằng của gì khác nhau ? quyển sách đều dưới tác dụng của hai lực. Khác nhau là hai lực hướng ra xa nhau ( trọng lực của quả dọi và sức căng của sợi dây ) và hướng về nhau ( trọng lực của GV : Phát biểu điều kiện thứ nhất cân bằng quyển sách và phản lực của bàn ). tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực ? HS : GV : Phát biểu điều kiện thứ hai cân bằng Điều kiện thứ nhất : hai lực phải song song, tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực? ngược chiều và bằng nhau về độ lớn.  '  '   '  ' F 1  F 2  0 hay F 1   F 2 GV : Hướng dẫn học sinh vẽ một vật rắn Điều kiện thứ hai : hai lực có cùng đường tác chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng không dụng. song song ? Hoạt động 3 : GV : Phát biểu điều kiện thứ nhất cân bằng HS : Vẽ hình 4.3 tĩnh của một vật dưới tác dụng của ba lực ? GV : Phát biểu điều kiện thứ hai cân bằng HS : Các đường tác dụng đồng quy. tĩnh của một vật dưới tác dụng của ba lực? HS : Hợp lực bằng không. IV / NỘI DUNG : 1. Điều kiện cân bằng tĩnh của vật rắn Vật rắn ở trạng thái cân bằng tĩnh khi dưới tác dụng của các ngoại lực, mọi phần tử của vật đều đứng yên so với mặt đất. Điều kiện cân bằng tĩnh của vật rắn : Tổng hình học các vectơ biểu diễn cácngoại lực tác dụng lên vật rắn bằng không.  F  0 Tổng các momen các ngoại lực đặt lên vật đối với khối tâm bằng không. M = 0 2. Cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực Điều kiện cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực. Điều kiện thứ nhất : hai lực phải song song, ngược chiều và bằng nhau về độ lớn.  '  '   '  ' F 1  F 2  0 hay F 1   F 2 Điều kiện thứ hai : hai lực có cùng đường tác dụng. 3. Cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng. Điều kiện cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng là ba lực đó phải có các đường tác dụng đồng quy và có hợp lực bằng không. GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 18 V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2 và các bài tập 1,2. Xem bài 9. Tiết 10 : BÀI TẬP. Tiết 11 : GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 19 BÀI 9 : HỢP LỰC CỦA CÁC LỰC SONG SONG – NGẪU LỰC CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA BA LỰC SONG SONG I / MỤC TIÊU : Hiểu và vận dụng được quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều và ngược chiều. Hiểu định nghĩa ngẫu lực, mặt phẳng ngẫu lực và momen của ngẫu lực. Biết cách áp dụng điều kiện cân bằng tổng quát cho trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên :  Chuẩn bị TN về hợp hai lực song song gồm một giá đỡ, một thanh, nhiều quả nặng (xem hình 9.1 SGK)  Chuẩn bị các dụng cụ sau (nếu có thể) : cái mở nút chai, các cân cầm tay (hình 9.5 SGK) 2 / Học sinh : Học sinh đọc lại quy tắc tổng hợp và phân tích lực trong sách giáo khoa vật lý lớp 10. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động 1 : Hoạt động của giáo viên GV : Tiến hành làm thí nghiệm hình 9.1 HS : Song song GV : Hợp lực F có phương như thế nào so với phương các lực thành phần ? HS : Cùng chiều GV : Hợp lực F có chiều như thế nào so với chiều các lực thành phần ? HS : Tổng độ lớn của hai lực GV : Hợp lực F có độ lớn như thế nào so với độ lớn các lực thành phần ? HS : Đường tác dụng của hợp lực chia GV : Đường tác dụng của hợp lực có đặc khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai điểm gì ? lực thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó. HS : Hoàn chỉnh nội dung quy tắc hợp lực của hai lực song song cùng chiều ? GV : Phát biểu quy tắc hợp lực của hai lực song song cùng chiều ? Hoạt động 2 : HS : Song song GV : Tiến hành làm thí nghiệm hình 9.3 GV : Hợp lực F có phương như thế nào so với phương các lực thành phần ? HS : Cùng chiều với lực lớn GV : Hợp lực F có chiều như thế nào so với chiều các lực thành phần ? HS : Hiệu độ lớn của hai lực GV : Hợp lực F có độ lớn như thế nào so với độ lớn các lực thành phần ? HS : Đường tác dụng của hợp lực chia ngoài GV : Đường tác dụng của hợp lực có đặc khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai điểm gì ? lực thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn GIÁO ÁN VẬT LÝ 12 PHÂN BAN TRANG 20