Giáo án môn Vật lí 10 - Cân bằng của vật có trục quay cố định, momen lực

Ngày soạn : 01/12/2017	 Tuần 15
Ngày dạy :02/12/2017 Tiết KHDH : 29
CÂN BẰNG CỦA VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. MOMEN LỰC
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
 - Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức của momen lực và nêu được đơn vị đo momen của lực
- Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định .
- Vận dụng quy tắc momen lực để giải được các bài toán về các điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực.
2. Kỹ năng
 - Vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí thường gặp trong đời sống và kĩ thuật cũng như để giải các bài tập vận dụng đơn giản.
- Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản.
- Vận dụng giải một số bài tập đơn giản về mô men và quy tắc momen lực
3. Thái độ
 - Có hứng thú học tập. Có tinh thần tự lực, tự giác tham gia xây dựng kiến thức.
 - Yêu thích khoa học, tác phong của nhà khoa học.
4. Định hướng phát triển năng lực
 - Năng lực chung : tự học, giải quyết vấn đề, tư duy, tự quản lý, giao tiếp, hợp tác.
 - Năng lực chuyên biệt : biểu diễn được các vectơ lực, và vẽ được cánh tay đòn của lực 
II. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 
1. Chuẩn bị của GV 
- Các hình vẽ về mô men và quy tắc mô men lực.
- Bộ dụng cụ thớ nghiệm về quy tắc mô men lực
- Phiếu học tập 
2. Chuẩn bị của HS
- Ôn tập lại các kiến thức liên quan đã học ở THCS.
- Hoàn thành các bảng phụ mà GV đó yêu cầu chuẩn bị
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP
1. Ổn định lớp
Kiểm tra sĩ số.
2. Kiểm tra bài cũ.(5 phút)
Cho biết trọng tâm của một số vật đồng chất và có dạng hình học đối xứng? Phát biểu quy tắc tổng hợp 2 lực đồng quy?
Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song là gì?
KHỞI ĐỘNG
Hoạt động 1: Khởi động( 10 phút) 
 a) Mục tiêu hoạt động:
Từ các thí nghiệm thực hiện học sinh thấy được một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì nó chịu tác dụng của mấy lực, các lực này có đặc điểm gì. 
b) Phương pháp dạy học: Dạy học nêu vấn đề
c) Hình thức tổ chức hoạt động: Cá nhân và thảo luận nhóm
d) Phương tiện dạy học: SGK, máy chiếu, dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm, phiếu học tập
e) Sản phẩm: Báo cáo kết quả hoạt động của các nhóm
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
- Giáo viên mô tả một tình huống trong đời sống liên quan đến vấn đề cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực
Ví dụ: Đóng, mở cửa; cuốc chim; đòn bẩy...
Các vật trên là các vật có trục quay và bây giờ chúng ta cũng: Khảo sát trạng thái của vật có trục quay cố định khi chịu tác dụng của 1 lực và 2 lực. 
- Chuyển giao nhiệm vụ cho các nhóm và yêu cầu các nhóm làm việc theo nhóm, thảo luận để đi đến thống nhất về các câu hỏi nghiên cứu của bài học. 
-GV phát phiếu học tập số 1 yêu cầu các nhóm thảo luận và trả lời các câu hỏi.
-Học sinh lắng nghe, tiếp thu.
Học sinh thảo luận nhóm trả lời phiếu học tập số 1.
Hoạt động 1: Tìm hiểu về tác dụng làm quay của vật rắn quanh một trục cố định. Momen lực
Phiếu hóc tập số 1 (PHT1): HS làm ở nhà
Tìm hiểu tác dụng làm quay của vật rắn quanh một trục cố định. Momen lực
P1.1. Ở nhà HS thực hiện TN với cánh cửa theo các cách tác dụng lực khác nhau:
Tác dụng lực có giá song song với trục lề cửa
Tác dụng lực có giá đi qua trục lề cửa
Tác dụng lực có giá không đi qua và không song song trục lề cửa
Nhận xét: Lực tác dụng có giá như thế nào sẽ làm cho cánh cửa quay quanh trục bản lề, lực tác dụng như thế nào cửa không quay ?
P1.2. HS tiến hành đo độ rộng cánh cửa của nhà mình và tiến hành tác dụng lực tại các vị trí cách trục bản lề khác nhau làm cho cánh cửa quay và rút ra nhận xét
Tại cùng một vị trí ngoài mép cánh của ta tác dụng lực mạnh, yếu khác nhau ta thấy trường hợp nào cánh cửa quay nhanh hơn ?
Tác dụng tực tương đối như nhau tại các vị trí khác nhau tính từ trục bản lề ra xa dần đề mép cánh cửa, cánh cửa quay nhanh chậm thế nào ?
Nhận xét: 
+ Cánh cửa quay nhanh chậm phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
I
M
+ Đại lượng vật lý nào đặc trưng cho tác dụng làm quay của vật rắn quanh một trục cố định ? Đại lượng đó có mối quan hệ thế nào với độ lớn của lực tác dụng và khoảng cách ?
P1.3. Momen lực là gì ? Viết công thức tính ? Suy ra đơn vị của momen lực ?
P1.4. Tay đòn là gì ? Hãy chỉ ra tay đòn trong trường hợp sau ? 
I: là trục quay
M: điểm đặt của lực
Stt
Thời gian
Bước
Nội dung
Những năng lực được hình thành
1
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
+ Phát (PHT1): Tiết trước
+ Tiếp nhận nhiệm vụ và thực hiện thí nghiệm ở nhà với cánh cửa, rút ra nhận xét
K1, K3, K4, P1, P3, P5, P9, X2, X3, X5, 
X6, X7, X8, C4
2
Thực hiện nhiệm vụ học tập
+ Yêu cầu các nhóm thực hiện thí nghiệm theo phiếu học tập 1
+ Yêu cầu học sinh thảo luận
3
Báo cáo kết quả thảo luận
+ Mời đại diện học sinh của các nhóm báo cáo kết quả
+ Mời đại diện học sinh nhóm khác nhận xét và bổ sung ý kiến
+ Giáo viên xác nhận ý kiến đúng của từng câu trả lời của học sinh
4
Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ
+ Giáo viên khái quát hóa kiến thức
+ Học sinh ghi nhận kiến thức khái niệm momen lực, công thức, đơn vị
Hoạt động 2: Tìm hiểu về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
Phiếu học tập số 2 ( PHT 2): HS làm tại lớp
Tìm hiểu điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định
P2.1. HS tiến hành TN 1 với đĩa momen
Các bước TN:
+ Dùng lực kế đo trọng lượng các quả cân
+ Lắp đĩa momen lên bảng từ trên giá sắt
+ Dùng dây dọi gióng cho thước thẳng của đĩa momen nằm ngang
+ Lần 1: Tiến hành lắp bên trái 2 quả cân ở vị trí cách trục quay 3cm. Tìm vị trí để lắp bên phải 1 quả cân để đĩa thăng bằng. Ghi số liệu vào bảng
+ Lần 2: Dịch chuyển 2 quả cân bên trái lại gần trục quay, cách trục quay 2cm. Tìm vị trí gắn bên phải 1 quả cân để nó thăng bằng. Ghi số liệu vào bảng
Bảng số liệu:
Bên trái
Bên phải
P1
d1
M1 = P1d1
P2
d2
M2 = P2d2
Lần 1
Lần 2
Từ bảng số liệu hãy so sánh M1 và M2 ?
P2.2. HS tiến hành TN 2 với đĩa momen
+ Lần 3: Giữ nguyên TN 2. Vắt dây qua ròng rọc làm đổi hướng của lực. 
Hãy rút ra nhận xét về trạng thái của đĩa khi đổi hướng của lực.
+ Lần 4: Lắp bên trái hai quả cân cách trục quay 5cm. Tìm vị trí lắp bên phải 3 quả cân, mỗi quả cân ở một vị trí sao cho đĩa cân bằng. Từ đó nhận xét về tổng momen làm quay theo chiều kim đồng hồ so với tổng momen làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. 
P2.3. Từ các thí nghiệm nêu điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định ? 
Stt
Thời gian
Bước
Nội dung
Những năng lực được hình thành
1
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
+ Phát (PHT2): Tiết trước
+ Tiếp nhận dụng cụ thí nghiệm, tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm
K1, K2, K3, K4, P2, P3, P4, P5, P8, P9, X2, X5, X6, X8, C1, C4, C5
2
Thực hiện nhiệm vụ học tập
+ Yêu cầu các nhóm thực hiện thí nghiệm theo phiếu học tập 2
+ Yêu cầu học sinh thảo luận
+ Ghi kết quả TN vào bảng số liệu
3
Báo cáo kết quả thảo luận
+ Mời đại diện học sinh của các nhóm báo cáo kết quả
+ Mời đại diện học sinh nhóm khác nhận xét và bổ sung ý kiến
+ Giáo viên xác nhận ý kiến đúng của từng câu trả lời của học sinh
4
Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ
+ Giáo viên khái quát hóa kiến thức
+ Học sinh ghi nhận kiến thức về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định 
+ Suy ra điều kiện cân bằng tổng quát
Hoạt động 3: Tìm hiểu về ứng dụng của qui tắc momen
Phiếu học tập 3 (PHT3): Tìm hiểu ứng dụng qui tắc momen trong cuộc sống
P3.1. Hãy nêu một vài ví dụ về vật rắn chuyển động quay nhưng không có trục quay cố định ?
P3.2. Quy tắc momen có vận dụng được cho các vật có trục quay tạm thời hay không ?
P3.3. Qui tắc momen có ứng dụng như thế nào trong cuộc sống ? Nêu ví dụ ?
Stt
Thời gian
Bước
Nội dung
Những năng lực được hình thành
1
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
+ Phát (PHT3): Tiết trước
+ Suy nghĩ tìm ví dụ về vật có trục quay tạm thời
K3, K4, P1, P2, P3, X4, C5
2
Thực hiện nhiệm vụ học tập
+ Yêu cầu các nhóm thực hiện thí nghiệm theo phiếu học tập 3
+ Yêu cầu học sinh thảo luận
3
Báo cáo kết quả thảo luận
+ Mời đại diện học sinh của các nhóm báo cáo kết quả
+ Mời đại diện học sinh nhóm khác nhận xét và bổ sung ý kiến
+ Giáo viên xác nhận ý kiến đúng của từng câu trả lời của học sinh
4
Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ
+ Giáo viên khái quát hóa kiến thức
+ Học sinh ghi nhận kiến thức về qui tắc momen cũng như sự vận dụng qui tắc đòn bẩy trong cuộc sống
 TÓM TẮT KIẾN THỨC:
1. Mômen lực: 
	Momen lực đối với trục quay là đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.
M=Fd
	Chú ý: d là cánh tay đòn của lực: là khoảng cách từ giá của lực đến trục quay.
2. Điều kiện cân bằng (Quy tắc momen lực):
	Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
	Quy tắc: 
Hoạt động 4: Kiểm tra, đánh giá năng lực học sinh
Stt
Thời gian
Bước
Nội dung
Những năng lực được hình thành
1
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
+ Phát (PHT4): Phiếu bài tập vận dụng
+ Học sinh tiếp nhận nhiệm vụ, đọc đề bài tập
K1, K3, P5
2
Thực hiện nhiệm vụ học tập
+ Học sinh làm việc cá nhân
+ Yêu cầu học sinh thảo luận
3
Báo cáo kết quả thảo luận
+ Mời đại diện học sinh của các nhóm báo cáo kết quả
+ Mời đại diện học sinh nhóm khác nhận xét và bổ sung ý kiến
+ Giáo viên xác nhận ý kiến đúng của từng câu trả lời của học sinh
4
Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ
+ Giáo viên thông qua từng câu hỏi
+ Phân tích, hướng dẫn, bổ sung và nhận xét và kết luận
+ Nêu ý kiến cá nhân về tiết học
Hệ thống câu hỏi và bài tập
Stt
Câu hỏi/ Bài tập
Cấp độ
Đánh giá năng lực
1
Mômen lực tác dụng lên một vật là đại lượng
	A. dùng để xác định độ lớn của lực tác dụng.
	B. đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực.
	C. đặc trưng cho tác dụng làm vật chuyển động tịnh tiến.
	D. luôn luôn có giá trị dương.
Nhận biết
K1, K3 
2
Ở trường hợp nào sau đây, lực có tác dụng làm cho vật rắn quay quanh một trục?
	A. Lực có giá nằm trong mặt phẵng vuông góc với trục quay và cắt trục quay.
	B. Lực có giá song song với trục quay.
	C. Lực có giá cắt trục quay.
	D. Lực có giá nằm trong mặt phẵng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay.
Nhận biết
K1, K3
3
Cánh tay đòn của lực là
A. khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.	
B. khoảng cách từ trục quay đến điểm đặt của lực.
C. khoảng cách từ vật đến giá của lực.
D. khoảng cách từ trục quay đến vật.
Nhận biết
K1, K3
4
Mômen lực của một lực đối với trục quay là bao nhiêu nếu độ lớn của lực là 5,5 N và cánh tay đòn là 2 mét ?
A. 10 N.	B. 10 Nm.	
C. 11N.	D. 11Nm.
Vận dụng thấp
K1, K3
5
Điền từ cho sẵn dưới đây vào chỗ trống.
“Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng ... có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các ... có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
A. mômen lực.	B. hợp lực.	
C. trọng lực.	D. phản lực
Thông hiểu
K1, K3
6
Một thanh AB = 7,5m có trọng lượng 200N có trọng tâm G cách đầu A một đoạn 2m. Thanh có thể quay xung quanh một trục đi qua O. Biết OA = 2,5m. Hỏi phải tác dụng vào đầu B một lực theo phương vuông góc với thanh có độ lớn bằng bao nhiêu để AB cân bằng?
A. 100N. B. 25N. 
C. 10N. D. 20N. 
Vận dụng cao
K1, K3, P5