Giáo án vật lý - Chuyển động tròn đều

Bài 5: CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU I/ MỤC TIÊU; 1) Kiến thức: Phát biểu được định nghĩa về chuyển động tròn đều Viết được công thức tính: độ lớn của vận tốc dài và đặc điểm của vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều. Đặc biệt là hướng của vectơ vận tốc. Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức, đơn vị đo của tốc độ góc trong chuyển động tròn đều. Hiểu được tốc độ góc chỉ nói lên sự quay nhanh hay chậm của bán kính quỹ đạo quay. Chỉ ra được mối quan hệ giữa tốc độ góc và vận tốc dài. Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức, đơn vị đo của 2 đại lượng là chu kỳ và tần số. 2) Kỹ năng; Nêu được 1 số ví dụ về chuyển động tròn đều. Chứng minh được các công thức 5.4; 5.5; 5.6 trong SGK. Giải được 1 số bài tập đơn giản xung quanh công thức tính vận tốc dài, tốc độ góc của chuyển động tròn đều. 3) Thái độ: Có hứng thú học vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học. Trân trọng đối với những đóng góp của vật lí học cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học. II/ CHUẨN BỊ: * GiáoViên: Một vài thí nghiệm đơn giản để minh họa các dạng chuyển động, ví dụ như 1 chiếc đồng hồ, 1 chiếc quạt bàn có nhiều số, một đĩa quay, một quả địa cầu. Một viên bi, một chiếc ô tô có điều khiển từ xa. Kiến thức về đại lượng vật lý. * Học Sinh: Ôn lại kiến thức về chuyển động tròn đều, vận tốc, gia tốc. Xem lại kiến thức về mối quan hệ giữa độ dài quay, bán kính đường tròn và góc ở tâm chắn cung. III/ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC. * Ổn định lớp. * Kiểm tra bài củ. * Bài mới. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Nội dung I/ Định nghĩa: (10’) 1. Chuyển động tròn - Từng HS trả lời câu hỏi của GV. Quan sát chuyển động của các vật để thấy được các vật giống, khác nhau chuyển động với các quỹ đạo khác nhau. * Chuyển động thẳng là chuyển động như thế nào ?, chuyển động thẳng có đặc điểm gì ? công thức tính vận tốc, gia tốc của chuyển động thẳng ? * Trong thực tế, chuyển động của các vật rất đa dạng và phong phú. Vật có thể chuyển động với quỹ đạo là đường thẳng ( gọi là chuyển động thẳng) cũng có thể chuyển động với quỹ đạo là đường cong (gọi là chuyển động cong). Một dạng đặc biết của chuyển động cong là chuyển động tròn đặc biệt hơn nữa là chuyển động tròn đều. * Trong định nghĩa chuyển động . Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là đường tròn. * Chuyển động tròn đều là chuyển động có đặc điểm: . Quỹ đạo là 1 đường . Cụm từ “ quỹ đạo tròn” đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kỳ. VD: Chuyển động của đầu kim đồng hồ, của 1 điểm trên cánh quạt đang chạy ổn định một điểm trên đĩa tròn đang quay ổn định. 2/ Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn. HS nghe GV phân tích để thấy được sự cần thiết phải đưa ra khái niệm vận tốc dài. tròn đều có cụm từ nào chúng ta cần lưu ý ? * C1: Hãy nêu 1 vài ví dụ về chuyển động tròn đều ? * Trong chuyển động thẳng đều, chúng ta dùng khái niệm tốc độ để chỉ mức độ nhanh chậm của chuyển động và ta có công thức: v = t S . Còn trong chuyển động tròn đều thì quãng đường vật đi được là đường tròn do vậy vận tốc phải là đại lượn không những đặc trưng cho mức độ nhanh chậm của chuyển động mà còn đặc trưng cho sự thay đổi về tròn. . Tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau. . Tốc độ trung bình bằng độ dài cung tròn mà vận tốc được chia cho thời gian chuyển động. 3. Chuyển động tròn đều. Trả lời: chọn khoảng thời gian ngắn đến mức đoạn đường đi trong thời gian đó có thể coi như 1 đoạn thẳng. II/ Tốc độ dài và tốc độ góc (30’) 1. Tốc độ dài: (5’) v = t S   , ta gọi thương số này là tốc độ dài của chất điểm tại M. tốc độ dài chính là độ lớn của vận tốc tức thời trong chuyển động tròn đều. Chiều dài quãng đường phương và chiều của chuyển động, vì thế người ta đưa ra khái niệm vận tốc dài. * Chúng ta có thể áp dụng công thức trên trong chuyển động tròn đều được không ? Muốn áp dụng được thì phải làm thế nào ? * Độ lớn của vận tốc dài được tính bằng công thức nào ? có đặc điểm gì ? gọi S là độ dài của cung tròn mà vật đi được từ điểm M đến điểm M’ trong khoảng thời gian rất ngắn  t. khoảng thời gian này phải chọn ngắn đến mức có thể coi cung tròn như 1 đoạn thẳng. Trong chuyển động tròn đều tốc độ dài của vận tốc không đổi. * C2: R = 100 (m) t = 2ph = 120 r v = ? Định nghĩa: Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau. gọi S là độ dài của cung tròn mà vật đi được từ điểm M đến điểm M’ trong khoảng thời gian rất ngắn  t , xe đi được 1 vòng. S = 2 R = 2. 3,14. 100 S = 628 (m) v = t S   = 23,5 120 628  (m/s) 2. Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều. (40’) HS cần phân biệt được: . Trong chuyển động thẳng đều vectơ vận tốc có phương trùng với quỹ đạo chuyển động, chiều cùng chiều chuyển động, hướng của vận tốc không lên xuống trong suốt quá trình chuyển động. . Cho HS vẽ hình 5.3 * Trong chuyển động tròn đều, nếu coi S như 1 đoạn thẳng ta thấy tại mỗi thời điểm khác nhau, S lại có phương chiều khác nhau, cho nên để chỉ quãng đường đi được, vừa để chỉ hướng của chuyển động người ta đưa ra đại lượng S  (gọi là vectơ độ dài) * Cung tròn có độ dài rất nhỏ, có thể coi như 1 đoạn thẳng, người ta dùng 1 vectơ  S  vừa để chỉ quãng đường đi được vừa để chỉ hướng chuyển động.  S  gọi là vectơ độ dời, khi đó v được biểu diễn bằng vectơ vận tốc cùng phương cùng chiều với độ dời v = t S    * Quan sát trên hình 5.4 nhận thấy trong chuyển động tròn đều khi M là v = t S   , tốc độ dài của vật tại m trong chuyển động tròn đều tốc độ dài của vật không đổi. . Trong chuyển động tròn đều vectơ vận tốc v có phương trùng với tiếp tuyến của đường tròn quỹ đạo và có hướng luôn luôn thay đổi. v = t S    3. Tốc độ góc, chu kỳ, tần số. (10’) a. Định nghĩa. HS suy nghĩa trả lời: Khái niệm tốc độ góc chỉ nói lên sự quay nhanh hay chậm của bán kính OM. b. Đơn vị tốc độ góc. . Đơn vị tốc độ góc là rad/s c. Chu kỳ: vị trí tức thời của vật chuyển động được 1 cung tròn S thì bán kính OM quay được 1 góc   * Biểu thức nào thể hiện được sự quay nhanh hay chậm của bán kính OM ? * Đơn vị tốc độ góc là gì ? * Đơn vị góc quay là rad còn thời gian đo bằng giây. * Chu kỳ của chuyển động tròn là gì ? Thương số của góc quay và khoảng thời gian  t gọi là tốc độ góc   : t     Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng góc mà bán kính OM quét được trong 1 đơn vị thời gian. Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là đại lượng không đổi. Đơn vị đo góc là rad/s . Chu kỳ T của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được 1 vòng. . Đơn vị chu kỳ là giây (s) . Theo định nghĩa tốc độ góc.    2     t d. Tần số. Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong 1 giây. Đơn vị là vòng/s hoặc héc (H ) e. Công thức liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc. (5’) . Độ dài cung tròn:  .rS * Đơn vị chu kỳ là gì ? * C4: T là thời gian vật chuyển động tròn đều, chuyển động được đúng 1 vòng bán kính nối từ tâm quay đến vật quét được góc = 2 * Tần số f của chuyển động tròn đều là gì ? * Đơn vị đo tần số là gì ? * Trong hình tròn thì độ dài cung tròn S bằng đại lượng nào ? . Chu kỳ của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được 1 vòng T =  2 . Đơn vị chu kỳ là (s) Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong 1 giây. f = T 1 Đơn vị tần số là HZ. . Độ dài cung trònh: (bán kính X góc ở tâm chắn cung) . Ta có v = t r t S       v= r.  c2: có v = 5,23 m/s; R = 100 052,0.  R vrv  III/ Gia tốc hướng tâm: (30’) 1. Hướng của vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều. (20’) Từng HS suy nghĩ để trả lời câu hỏi của GV. * Cho HS tìm ra công thức liên hệ? * C6: Hãy tính tốc độ góc của chiếc xe đạp trong câu 2 ? * Trước khi đi vào phần III gọi HS nhắc lại kiến thức cũ. . Nhắc lại khái niệm gia tốc ? . Gia tốc cho biết sự ….. của yếu tố nào của vận tốc ? . Gia tốc có hướng như thế nào trong các dạng chuyển động thẳng lên xuống đều. * Chuyển động tròn đều có độ lớn vận tốc không đổi nhưng có phương của vectơ vận tốc luôn lên xuống.  .rS v = t r t S       .rv  . Vectơ gia tốc a của chuyển động tròn đều cũng được xác định bằng công thức: t v a      . Trong chuyển động tròn đều gia tốc luôn nằm theo phương bán kính, hướng vào tâm quỹ đạo gia tốc này gọi là gia tốc hướng tâm. Gia tốc hướng tâm chỉ đặc trưng cho sự biến đổi về phương của vận tốc.         l v r v t va r tvv r tv OM MM v v ht 2 2 1 21 . .          2. Độ lớn của gia tốc hướng tâm. Vì v = r.    2 22 . .   ra r r r va ht ht   . Đại lượng nào đặc trưng cho sự biến đổi đó ? * Vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều có đặc điểm gì ? được xác định bằng công thức nào ? Vì sao gọi gia tốc của chuyển động tròn đều là gia tốc hướng tâm ? * GV cũng có thể yêu cầu HS chứng minh rằng vectơ gia tốc trong chuyển động tròn đều được xác định bằng công thức: t v a      và hướng vào tâm của quỹ đạo của chuyển động. * Công thức tính độ lớn của gia tốc Vectơ a  cùng hướng với vectơ v   nên nó nằm dọc theo bán kính và hướng vào tâm nên gọi là gia tốc hướng tâm. * Vậy trong chuyển động tròn đều tuy vận tốc có độ lớn không đổi, nhưng có hướng luôn lên xuống nên chuyển động này có gia tốc. Gia tốc trong chuyển động tròn đều luôn hướng vào tâm của quỹ đạo nên gọi là gia tốc hướng tâm. hướng tâm. * Hãy chứng minh công thức aht = r. 2 ? . Công thức tính gia tốc hướng tâm aht = r v 2 aht = r. 2 IV/ CỦNG CỐ: (5’) * Giáo viên: Giáo viên nhắc lại khái niệm đã được xây dựng trong bài học, lưu ý về ý nghĩa vật lý của vận tốc dài. Tốc độ góc và mối quan hệ giữa hai đại lượng đó. Nhắc kiến thức về chuyển động tròn đều. * Học sinh. Từng cá nhân trả lời câu hỏi của giáo viên. Cho HS điền vào ô trống trong câu sau khi nói về chuyển động tròn đều. “ Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo là ………………… vận tốc dài của các điểm nằm trên quỹ đạo có độ lớn …………………… và………………… còn tốc độ góc và gia tốc hướng tâm của các điểm đó có độ lớn…………………….. Biểu thức tính vận tốc dài, tốc độ góc và gia tốc hướng tâm lần lượt là …………………., ………………….; ……………………….. vận tốc dài và vận tốc gốc được liên hệ với nhau bằng biểu thức. V/ DẶN DÒ: * Giáo viên: Giáo viên nhận xét giờ học. Bài tập về nhà: bài 11, 12 (SGK) Các kiến thức đã học 11, 12 về chuyển động tròn đều và quy tắc cộng vectơ. * Học sinh: Học sinh nhận nhiệm vụ học tập. Hoàn thành bài tập mà giáo viên đưa ra. “ Đường tròn ……………. Như nhau ……… ………… không đổi ……………….. thay đổi v = t S   ; t     ; aht = r v 2 = r. 2 v =r. 