Giáo án môn Vật lý Lớp 12 - Bài 1: Chuyển động của vật rắn quay quanh một trục cố định

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 của giáo viên 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 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 ? tia OM thuận chiều kim đồng hồ. Hoạt động 3 : HS : Tự hình thành định nghĩa vận tốc trung bình. 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 Hoạt động 4 : HS : Tự hình thành định nghĩa gia tốc trung bình. ­ 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 ? 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 ? Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t1 có vận tốc góc 1 , ở thời điểm t2 có toạ độ góc 2 giáo viên vẽ HS : Khi t nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì gia tốc trung bình trở thành gia tốc tức thời. HS : Phát biểu định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. HS : Tự nhìn sách ghi HS : Tự nhìn sách ghi  = const.  = o + t  = o + ot + 1 2 .t2 2 - 2o = 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 hình và đặt câu hỏi : GV : Vật nào có sự thay đổi vận tốc góc nhanh hơn ? GV : Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. 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. GV : Trong chuyển động tròn đều v có đặc điểm gì ? GV : Trong chuyển động tròn không + Gia tốc tiếp tuyến 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. d ω= = '(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     + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s2. 4. Các công thức của chuyển động quay biến đổi đều.  = const.  = o + t  = o + ot + 1 2 .t2 2 - 2o = 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 ( na  ) 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. t na a a     Với : at = r. . d r dt   an = r.2 = 2v r V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm hai câu hỏi trắc nghiệm và các bài tập : 1,2,3,4,5,6,7.