Giáo án Tập huấn Vật lý 12 - Bài 1: Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định - Trường THPT chuyên Nguyễn Du

GIÁO ÁN SỐ 1
CHƯƠNG 1: 	ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN
BÀI 1: CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH
Mục tiêu:
Kiến thức:
Hiểu được các khái niệm : vật rắn, chuyển động tịnh tiến của một vật rắn, toạ độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc của một điểm trên vật rắn.
Nắm vững các công thức liên hệ giữa tốc độ góc, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn.
Kỹ năng:
Vận dụng đựơc các công thức của chuyển động quay đều, quay biến đổi đều để giải các bài tập đơn giản.
Chuẩn bị:
Giáo viên:
Chuẩn bị các hình vẽ, tranh ảnh, đoạn phim minh hoạ về chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến của vật rắn để minh hoạ cho phần mở đầu và phần bài dạy.
Soạn phần minh hoạ Powerpoint : hình vẽ số 1.1 (với các hiệu ứng xuất hiện cho phù hợp với trình tự giảng phần 1, soạn các câu hỏi củng cố trên máy để chiếu cho HS làm sau bài học lý thuyết.
Học sinh:
Oân tập phần Động học ở lớp 10: phương trình chuyển động thẳng đều, chuyển thẳng biến đổi đều, các công thức về chuyển động tròn, khái niệm chuyển động tịnh tiến.
Tổ chức các hoạt động dạy học:
Dự kiến ghi bảng (Nội dung bài):
Tọa độ góc:
Vật rắn chỉ chuyển động quay quanh trục Oz có đặc điểm sau:
Mỗi điểm trên vật vạch một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay, có bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay, tâm nằm trên trục quay.
Mọi điểm của vật đều quay được cùng một góc trong cùng một khoảng thời gian.
Vị trí của vật tại mỗi thời điểm xác định bằng tọa độ góc j xác định bởi mặt phẳng động P gắn với vật và mặt phẳng cố định Po. Đơn vị của tọa độ góc là radian (rad).
Chú ý: ta chỉ xét vật quay theo một chiều, chọn chiều dương là chiều quay của vật, khi đó j>0 
Tốc độ góc:
Xét vật rắn chuyển động quay:
Tại thời điểm t, tọa độ góc của vật là j.
Tại thời điểm t+Dt, tọa độ góc là j+Dj.
Như thế, trong thời gian Dt, vật quay góc Dj.
Tốc độ góc trung bình: 
Tốc độ góc tức thời: hay w=j’(t)
Tốc độ góc tức thời (tốc độ góc) là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh, chậm của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục tại thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của tọa độ góc theo thời gian.
Đơn vị : rad/s
Gia tốc góc:
Xét vật chuyển động quay: 
Tại thời điểm t, vật có tốc độ góc w.
Tại thời điểm t+Dt, vật có tốc độ góc w+Dt.
Như thế, sau thời gian t, tốc độ góc biến thiên một lượng Dw.
Gia tốc góc trung bình: 
Gia tốc góc tức thời: hay 
Gia tốc góc tức thời (gia tốc góc) của vật rắn chuyển động quay quanh một trục ở thời điểm t là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó và được xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian.
Đơn vị: rad/s2.
Các phương trình động học của chuyển động quay:
Chuyển động quay đều:
Tốc độ quay: w=const
Phương trình chuyển động: j=jo+wt
Trong đó: jo là tốc độ góc ban đầu khi t=0.
Chuyển động quay biến đổi đều:
Gia tốc góc: g=const
Các phương trình chuyển động quay biến đổi:
PT tốc độ quay: w=wo+gt.
PT tọa độ góc: j=jo+wot+
Công thức liên hệ tọa độ góc và tọa độ góc: 
Chú ý: với quy ước chọn chiều quay là chiều dương, j>0, w>0:
Chuyển động quay là nhanh dần: g>0.
Chuyển động quay là chậm dần: g<0.
Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay:
Nếu vật rắn quay đều: mỗi điểm trên vật có gia tốc hướng tâm độ lớn xác định 
Nếu vật rắn quay không đều: vecto gia tốc của mỗi điểm có hai thành phần:
Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho sự thay đổi về hướng của vận tốc.
Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của vận tốc: 
Gia tốc của vật rắn: với độ lớn: 
Các hoạt động tổ chức dạy học tại lớp:
HOẠT ĐỘNG 1: ỔN ĐỊNH TỔ CHỨC LỚP, DẪN DẮT VÀO CHƯƠNG, VÀO BÀI MỚI
Đặt vấn đề, khơi gợi hứng thú học tập, tìm hiểu vấn đề của HS
Hiểu khái niệm vật rắn, chuyển động tịnh tiến.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Cán bộ lớp báo cáo.
Lớp tiến hành chia nhóm theo hướng dẫn của GV và cán bộ lớp
HS xem băng hình.
HS định nghĩa.
HS nêu đặc điểm chuyển động tịnh tiến.
HS trả lời : khảo sát các đại lượng đặc trưng cho vật chuyển động như: xác định vị trí, vận tốc, gia tốc, quỹ đạo, xác định các phương trình chuyển động
HS lắng nghe để thấy mục tiêu của bài.
Yêu cầu cán bộ lớp giới thiệu lớp.
Hướng dẫn HS phân chia nhóm học tập (chia 6 nhóm, theo vị trí ngồi thuận lợi) để tiến hành các hoạt động nhóm trong suốt năm học.
Cho HS xem hình ảnh, phim về chuyển động của vật rắn (đu quay, cáp treo) để giới thiệu chương.
Yêu cầu HS thử định nghĩa: Thế nào là vật rắn? 
Yêu cầu HS nhắc lại về đặc điểm chuyển động tịnh tiến (đã học ở lớp 10)
Từ đó, GV dẫn dắt, giới thiệu vào khảo sát chương: khảo sát chuyển động quay của vật rắn.
Hỏi: khi khảo sát một chuyển động ta cần khảo sát những đại lượng nào? (có thể tùy mức độ để gợi ý, dẫn dắt HS)
GV dẫn dắt vào bài: để khảo sát chuyển động quay của vật rắn, ta cũng đi vào khảo sát các đại lượng đặc trưng cho chuyển động (tọa độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc) và thiết lập các phương trình đặc trưng cho chuyển động của vật rắn.
HOẠT ĐỘNG 2: TỌA ĐỘ GÓC
Hiểu khái niệm Tọa độ góc.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS quan sát và trả lời:
Mỗi điểm trên vật vạch một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay, có bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay, tâm nằm trên trục quay.
Mọi điểm của vật đều quay được cùng một góc trong cùng một khoảng thời gian.
HS quan sát, ghi chép:
Vị trí của vật tại mỗi thời điểm xác định bằng tọa độ góc j xác định bởi mặt phẳng động P gắn với vật và mặt phẳng cố định Po. Đơn vị của tọa độ góc là radian (rad).
Chú ý: ta chỉ xét vật quay theo một chiều, chọn chiều dương là chiều quay của vật, khi đó j>0 
GV cho HS xem lại hình ảnh về chuyển động quay của vật rắn, kết hợp làm thí nghiệm thật tại lớp: cho quyển sách quay quanh trục cố định đi qua gáy quyển sách, cánh cửa quay quanh bản lề. Từ đó yêu cầu HS đưa ra nhận xét đặc điểm của chuyển động quay.
GV dùng hình ảnh bằng powerpoint để minh họa hình vẽ 1.1, từ đó giới thiệu các nội dụng về tọa độ góc.
HOẠT ĐỘNG 3: TỐC ĐỘ GÓC
Hiểu khái niệm Tốc độ góc.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS trả lời: 
; (Dt rất nhỏ)
HS nghe hiểu và ghi chép:
Tốc độ góc trung bình: 
Tốc độ góc tức thời: hay w=j’(t)
Tốc độ góc tức thời (tốc độ góc) là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh, chậm của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục tại thời điểm t và được xác định bằng đạo hàm của tọa độ góc theo thời gian.
HS trả lời: Đơn vị : rad/s
GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm, công thức vận tốc trung bình, vận tốc tức thời đã học ở lớp 10
Dùng suy luận tương tự để đưa ra các công thức định nghĩa tốc độ góc trung bình, tốc độ góc tức thời.
Yêu cầu HS suy luận từ công thức đưa ra đơn vị của tốc độ góc.
HOẠT ĐỘNG 4: GIA TỐC GÓC
Hiểu khái niệm Gia tốc góc.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS trả lời: 
; (Dt rất nhỏ)
HS nghe hiểu và ghi chép:
Gia tốc góc trung bình: 
Gia tốc góc tức thời: 
 hay 
Gia tốc góc tức thời (gia tốc góc) của vật rắn chuyển động quay quanh một trục ở thời điểm t là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của tốc độ góc ở thời điểm đó và được xác định bằng đạo hàm của tốc độ góc theo thời gian.
HS trả lời: Đơn vị : rad/s
GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm, công thức gia tốc đã học ở lớp 10
Dùng suy luận tương tự để đưa ra các công thức định nghĩa gia tốc góc.
Yêu cầu HS suy luận từ công thức đưa ra đơn vị của gia tốc góc.
HOẠT ĐỘNG 5: CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG QUAY
Hiểu và vận dụng được các công thức của chuyển động quay, chuyển động quay biến đổi.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS trả lời ra kết quả giống bảng 1.1 (t6_SGK).
HS trả lời: 
Tốc độ quay: w=const
Phương trình chuyển động: j=jo+wt
Trong đó: jo là tốc độ góc ban đầu khi t=0.
HS thảo luận nhóm, báo cáo kết quả
Gia tốc góc: g=const
Các phương trình chuyển động quay biến đổi:
PT tốc độ quay: w=wo+gt.
PT tọa độ góc: j=jo+wot+
Công thức liên hệ tọa độ góc và tọa độ góc: 
Chú ý: với quy ước chọn chiều quay là chiều dương, j>0, w>0:
Chuyển động quay là nhanh dần: g>0.
Chuyển động quay là chậm dần: g<0.
GV yêu cầu HS so sánh các đại lượng đặc trưng giữa chuyển động của chất điểm và chuyển động quay của vật rắn quanh trục.
GV yêu cầu HS nhắc lại đặc điểm, phương trình chuyển động thẳng đều, từ đó rút ra phương trình chuyển động quay đều.
Yêu cầu HS làm việc theo nhóm, trả lời câu hỏi C4 (t7_SGK), từ đó rút ra các đặc điểm của chuyển động quay đều
HOẠT ĐỘNG 6: VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA CÁC ĐIỂM TRÊN VẬT QUAY
Nắm vững các công thức liên hệ giữa tốc độ góc, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS trả lời: v=w.R
HS nghe, ghi chép:
Nếu vật rắn quay đều: mỗi điểm trên vật có gia tốc hướng tâm độ lớn xác định 
HS nghe, ghi chép:
Nếu vật rắn quay không đều: vecto gia tốc của mỗi điểm có hai thành phần:
Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho sự thay đổi về hướng của vận tốc.
Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của vận tốc: 
Gia tốc của vật rắn: với độ lớn: 
Yêu cầu HS nhắc lại liên hệ giữa gia tốc, vận tốc dài và bán kính trong chuyển động tròn đều. 
GV lập luận để HS thấy mỗi điểm trên vật rắn chuyển động tròn đều, từ đó thiết lập công thức quan hệ.
GV phân tích, giảng giải cho trường hợp quay không đều.
HOẠT ĐỘNG 7: CỦNG CỐ, ÔN TẬP, DẶN DÒ
Củng cố kiến thức, dặn dò bài tập về nhà.
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS nghe, ghi chép lại yêu cầu.
GV nhấn mạnh lại những điểm trọng tâm,cho HS bài tập về nhà (1 đến 8 SGK).
Kinh nghiệm rút ra từ bài dạy: