Giáo án vật lí 10 chân trời bài 14: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật (4 tiết)

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1. Tìm hiểu khái niệm moment lực.

Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho HS quan sát hình 14.4 kết hợp với theo dõi SGK, và đặt ra câu hỏi cho HS:

CH1. Xét trường hợp lực tác dụng vuông góc với trục quay cố định của vật như trong hình 14.4, bu lông càng dễ quay trong các trường hợp nào?

CH2. Có ý kiến cho rằng việc làm cho vật quay phụ thuộc vào yếu tố duy nhất là độ lớn của lực tác dụng vào vật. Em có đồng ý với kiến trên không?

- GV chia lớn thành 4 nhóm, làm việc theo kĩ thuật khăn trải bàn để trả lời câu hỏi:

Thảo luận 1: Quan sát Hình 14.2, mô tả chuyển động của cánh cửa khi chịu lực tác dụng của bạn học sinh.

GV gợi ý: Cửa chuyển động như thế nào, hướng ra làm sao

Thảo luận 2: Quan sát Hình 14.4, nhận xét về khả năng lắp bu lông khi đặt áp lực ở các vị trí khác nhau trên cờ lê.

Thảo luận 3: Lực có gây ra tác dụng làm quay vật không nếu có phương song song với trục quay? Dựa vào tình huống trong Hình 14.4 để minh họa cho câu trả lời của em.

GV đưa ra gợi ý câu trả lời bằng việc cho HS thực hiện thử nghiệm: Tác dụng lực lên cánh cửa của phòng học hoặc cánh cửa sổ theo các hướng khác nhau để thấy rõ tác dụng làm quay của lực. (Trong đó có tác dụng lực với phương song song với trục quay lên các cạnh của cửa thì không làm cửa quay)

- GV đưa ra kết luận về tác dụng làm quay vật của lực phụ thuộc vào những yếu tố nào.

- GV yêu cầu HS nêu định nghĩa moment lực.

+ Đại lượng đặc trưng có tác dụng làm quay vật của lực là moment lực. Em hãy theo dõi SGK và nêu định nghĩa moment lực?

- GV yêu cầu HS làm việc nhóm để trả lời câu Luyện tập: Xét lực tác dụng vào mỏ lết có hướng như Hình 14.5. Hãy xác định cánh tay đòn và độ lớn của moment lực. Biết F= 50N, l=20cm và = .

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS chăm chú nghe giảng, áp dụng kĩ thuật khăn trải bàn để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của GV.

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- GV mời đại diện 1-2 bạn trình bày câu trả lời  cho mỗi câu hỏi.

- Các HS còn lại nhận xét, đánh giá, bổ sung.

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV đánh giá, nhận xét, các câu trả lời của HS.

=> GV đưa ra kết luận về moment lực.

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu về moment ngẫu lực.

- GV chiếu hình 14.6 về các ví dụ trong thực tiễn và yêu cầu HS làm việc nhóm đôi để trả lời câu Thảo luận 4: Quan sát Hình 14.6 và thực hiện các yêu cầu sau: 
a, Xác định các cặp lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước (Hình 14.6a) , cầm vô lăng khi lái ô tô ( Hình (14.6b).
b, Nhận xét tính chất của các cặp lực này và chuyển động của các cặp đang xét.

 - GV yêu cầu HS theo dõi SGK:

+ Nêu khái niệm ngẫu lực. 

+ Trả lời Thảo luận 5: Có thể xác định được lực tổng hợp của ngẫu lực không ? Tại sao?

- GV cho HS xét trường hợp ở hình 14.6b, rút ra công thức xác định moment của ngẫu lực.

+ Cánh tay đòn ở hình 14.6b được biểu diễn như hình 14.7 dưới đây:

- GV đưa ra lưu ý về sự thay đổi chuyển động quay của vật dưới tác dụng của ngẫu lực.

- GV yêu cầu HS đưa ra ví dụ về ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống.

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS chú ý nghe giảng và trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của GV.

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- GV mời 1-2 bạn trình bày câu trả lời  cho mỗi câu hỏi.

- Các bạn còn lại nhận xét, đánh giá, bổ sung.

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV đánh giá, nhận xét các câu trả lời của HS . Đưa ra kết luận về ngẫu lực, moment ngẫu lực rồi chuyển sang nội dung mới.

1. Khái niệm moment lực.

Trả lời:

CH1. Bu lông càng dễ quay trong các trường hợp:

+ Khi điểm đặt lực cố định (Hình 14.4b): Độ lớn của lực tác dụng lên cờ lê càng lớn.

+ Khi giữ lực có độ lớn không đổi: Điểm đặt lực càng xa trục quay.

CH2. Ý kiến đó không đúng. Vì ngoài phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng thì việc làm cho vật quay còn phụ thuộc vào giá của lực.

Trả lời:

*Thảo luận 1:

Khi lực tác dụng vào cửa có hướng phù hợp thì lực này làm cánh cửa quay. Cụ thể trong hình 14.2, cửa quay quanh tâm là bản lề, hướng vào phía trong phòng.

*Thảo luận 2:

Nhận xét:

+ Tác dụng lực như ở hình 14.4a SGK thì không làm bu lông quay.

+ Tác dụng lực như ở hình 14.4b,c SGK thì làm bu lông quay. Trong đó, lực ở hình 14.4c dễ làm cho bu lông quay hơn.

*Thảo luận 3:

Lực có phương song song với trục quay thì không làm cho vật quay.

=> Kết luận: Tác dụng làm quay vật của lực phụ thuộc vào phương của lực và khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực, gọi là cánh tay đòn.

Trả lời:

Moment lực đối với một trục quay là đại 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 (14.1)

Trong hệ SI, đơn vị của moment lực là N.m

*Luyện tập

Đổi 20cm=0,2m

+ Cánh tay đòn:

d = l.sin = 0,2.sin0,0684 (m)

+ Độ lớn của moment lực:

M= F.d= 50. 0,0684=3,42 (N.m)

2. Moment ngẫu lực

a. Khái niệm

Trả lời:

*Thảo luận 4:

a. Cặp lực tác dụng lên vòi nước và vô lăng là  như trong hình 14.6a,b.

b. Tính chất của các cặp lực:  hai lực song song, ngược chiều, có cùng độ lớn. Các vật đang xét đang thực hiện chuyển động quay quanh trục của nó.

=> Khái niệm ngẫu lực:

Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật được gọi là ngẫu lực.

*Thảo luận 5:

Không thể xác định được lực tổng hợp của ngẫu lực. Vì theo khái niệm, lực tổng hợp phải là một lực duy nhất đại diện cho tất cả các lực thành phần. Dưới tác dụng của lực tổng hợp, vật có tính chất chuyển động như khi chịu tất cả các lực thành phần. Do ngẫu lực là 2 lực ngược chiều, bằng độ lớn nên lực tonge hợp nếu có thì phải bằng 0, khi đó tác dụng làm quay vật sẽ không còn. Đây là điều phi lí.

=> Ngẫu lực không có lực tổng hợp.

Trả lời:

  tác dụng vào vô lăng có cánh tay đòn lần lượt là . Khi đó cánh tay dòn của ngẫu lực chính là khoảng cách giữa hai giá của hai lực d=.

=> Moment của ngẫu lực đối với trục quay đi qua điểm O (Tâm của vô lăng) được xác định:

M= ( 14.2)

Trả lời:

Ví dụ về ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống: 

+ Ngẫu lực tác dụng lên tuanovit khi vặn đinh ốc vào một tấm gỗ.

+ Ngẫu lực tác dụng lên ghi  đông xe đạp khi điều khiển xe.