Giáo án và PPT Vật lí 10 chân trời Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

BÀI 21. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN. LỰC HƯỚNG TÂM (2 tiết)

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG (MỞ ĐẦU)

- GV đặt câu hỏi mở đầu: Em có nhận xét gì về mặt đường đua trong Hình 21.1? Tại sao người ta phải xây dựng mặt đường ở một số đoạn vòng cung có độ nghiêng so với phương ngang như vậy?

B.HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI

Hoạt động 1. Lực hướng tâm 

- Theo em, những đại lượng nào liên quan đến lực hướng tâm?

- Khi một chất điểm có khối lượng m, chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm thì lực tác dụng lên vật

- Lực hướng tâm là gì? Có đặc điểm gì?

- Điều kiện để một vật có thể chuyển động tròn đều là gì?

- Tại sao đến đoạn đường cua, tài xế cần giảm tốc độ?

Sản phẩm dự kiến:

- Đại lượng mà em đã học sẽ liên quan đến lực hướng tâm là: 

+ Gia tốc hướng tâm: 

a =

+ Định luật II Newton: F = m.a.

- Khi một chất điểm có khối lượng m, chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm thì lực tác dụng lên vật có mối liên hệ như sau:

- có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo, và được gọi là lực hướng tâm, có độ lớn không đổi và bằng: 

= m.

- Điều kiện để một vật có thể chuyển động tròn đều: Hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật. Hợp lực này là lực hướng tâm. 

- Khi ô tô chạy theo đường vòng cung, xe có xu hướng trượt ra ngoài. Do đó, tài xế cần chú ý giảm tốc độ và tránh cua gấp để giảm xu hướng trượt ra ngoài. 

Hoạt động 2. Ứng dụng trong thực tế của chuyển động tròn.

- Phát biểu khái niệm chuyển động tròn. 

- Với một chuyển động cong ta có thể phân tích chuyển động đó như thế nào?

- Xác định tốc độ góc của chuyển động tròn. 

- Hãy lấy ví dụ về chuyển động tròn đều và chuyển động tròn không đều.

- Trong chuyển động tròn, mỗi điểm trên bán kính đều:

+ Có cùng tốc độ góc không?

+ Có cùng tốc độ chuyển động không? 

- Tốc độ của một chất điểm chuyển động tròn được tính như thế nào?

Sản phẩm dự kiến:

- Khái niệm: Một chất điểm chuyển động tròn khi có quỹ đạo là đường tròn.

- Ta có thể phân tích chuyển động cong bất kì thành chuỗi liên tiếp các chuyển động thẳng và tròn.

- Tốc độ góc trong chuyển động tròn có giá trị bằng góc quay được bởi bán kính trong một đơn vị thời gian:

- Chuyển động của kim giây đồng hồ là chuyển động tròn đều. 

- Chuyển động của cánh quạt bắt đầu quay không phải là chuyển động tròn đều.

- Trong chuyển động tròn, mỗi điểm trên bán kính đều có cùng tốc độ góc, nhung vì mỗi điểm này có thể có quãng đường chuyển động khác nhau nên tốc độ chuyển động của chúng cũng sẽ khác nhau.

- Tốc độ của một chất điểm chuyển động tròn được tính bằng quãng đường mà chất điểm di chuyển được trong một đơn vị thời gian. 

v =

Hoạt động 3. Gia tốc hướng tâm của chuyển động tròn đều. 

- Nêu khái niệm gia tốc hướng tâm. 

- Gia tốc trong chuyển động tròn đều có đặc điểm gì?

Sản phẩm dự kiến:

- Khái niệm: Gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc và được đo bằng thương số giữa độ biến thiên vận tốc Δv và khoảng thời gian vận tốc biến thiên Δt.

Công thức tính:

- Đặc điểm của gia tốc chuyển động tròn đều:

+ Phương: Trùng với bán kính.

+ Chiều: Hướng về tâm của vòng tròn quỹ đạo (nên có tên là gia tốc hướng tâm)

+ Độ lớn: Không đổi và bằng

=

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

GV yêu cầu HS thực hiện bài tập trắc nghiệm.

Câu 1: Chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời có thể xem như là chuyển động tròn đều vì

A. lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời có độ lớn đáng kể.

B. lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời có độ lớn rất nhỏ.

C. lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời là lực hướng tâm, có độ lớn không đổi.

D. vectơ vận tốc của Trái Đất luôn không đổi.

Câu 2: Một vật khối lượng m đặt trên đĩa quay đều với vận tốc góc w. Vật đã vạch nên đường tròn bán kính R. Vật đã chuyển động tròn đều nên lực đóng vai trò lực hướng tâm là:

A. Trọng lực.

B. Phản lực của đĩa.

C. Lực ma sát nghỉ.

D. Hợp lực của 3 lực trên.

Câu 3: Một tài xế điều khiển một ôtô có khối lượng 1000 kg chuyển động quanh vòng tròn có bán kính 100 m nằm trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc có độ lớn là 10 m/s. Lực ma sát nghỉ cực đại giữa lốp xe và mặt đường là 900 N. Ôtô sẽ:

A. trượt vào phía trong của vòng tròn.

B. trượt ra khỏi đường tròn.

C. chạy chậm lại vì tác dụng của lực li tâm.

D. Chưa đủ cơ sở để kết luận

Câu 4: Chọn phát biểu sai.

A. Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất do lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm.

B.Xe chuyển động vào một đoạn đường cong (khúc cua có mặt đường nghiêng), lực đóng vai trò hướng tâm luôn là lực ma sát.

C. Xe chuyển động đều trên đỉnh một cầu võng, hợp lực của trọng lực và phản lực vuông góc đóng vai trò lực hướng tâm.

D. Vật nằm yên đối với mặt bàn nằm ngang đang quay đều quanh trục thẳng đứng thì lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.

Câu 5: Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất thì lực nào đóng vai trò lực hướng tâm.

A. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh.

B. Lực cản của không khí.

C. Lực đẩy Acsimet của không khí.

D. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng.

Gợi ý đáp án:

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

GV yêu cầu HS hoạt động hoàn thành bài tập trong sgk.