TRườNG THPT TRUNG GIÃCHÀO MỪNG QUÝ THẦY CÔ&CÁC EM HỌC SINHGVHD: NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNHNGƯỜI SOẠN: NGÔ THỊ TOÁN10a3KIỂM TRA BÀI CŨCâu hỏi 1: Phát biểu định nghĩa chuyển động tròn, chuyển động trònđều và viết công thức tính gia tốc trong chuyển động tròn đều?Trả lời:- Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn- Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độtrung bình trên mọi cung tròn là như nhau- Công thức gia tốc hướng tâm:v2a ht == r.ω 2rVệ tinh nhân tạoTrái ĐấtTại sao vệ tinh nhân tạo bay được vòng quanh Trái Đất?Bài 14LỰC HƯỚNG TÂMLực hướng tâm có đặc điểm gì?Áp dụng định luật II Niu – Tơn, viếtKhi vật chuyển động tròn đều thì giacông thức tính lực hướng tâm?Vậy theo định luật II điều kiện để cótốc của chuyển động có hướng như thếgia tốc hướng tâm là gì ?nào?uurahtuurFhtOHãy nêu định nghĩa củalực hướng tâm?Ví dụa) Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạoVệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đềuđóng vai trò là lực hướng tâm.quanh Trái Đất thì lực nào đã gây ra giatốc hướng tâm cho vệ tinh ?Vệ tinh nhân tạoLựTrái ĐấtchấpdẫnLực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời gây raTrái Đấtgia tốc hướng tâm cho Trái đất, đóng vai tròlà lực hướng tâmLựcgớnhưmtâOMặt TrờiVí dụb) Lực ma sát nghỉ đóng vai trò là lực hướng tâm giữuurNcho một vật đứng yên trên bàn quay chuyển độngtròn đều.urPrFmsnurmsn nào? Có đặcdụng của nhữngFlựcKhi vật đứng yên, vật chịu tácđiểm gì?Lực nào đã gây ra gia tốc hướng tâm choLực nào đóng vai trò là lực hướng tâm?vật?Ví dụTại sao đường ô tô và đường sắt ở những đoạncong thường phải làm nghiêng về phía tâmcong?Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn congVí dụNc) Hợp lực của phản lực N và trọng lực P khi xe quađường cong đóng vai trò là lực hướng tâm.urPKhi xe ô tô, tàu hỏa đi đến đoạn đường cong,phản lực N của mặt đường không cân bằng vớiNtrọng lực P nữa. Hợp lực của hai lực này nằmFngang hướng vào tâm của quỹ đạo, làm ô tô,Lực nào đóng vai trò là lực hướng tâm?tàu hỏa chuyển động dễ dàng.urPNhững hình ảnh về những mặt đường cong được làm nghiêng trong thực tếMặt TrăngNHÓM 2NHÓM 1FhdBiểu diễnOTrái ĐấtFht = FhdNHÓM 3các lựcLựctác dụnghướngvào vật?tâmCho biếtcó phải làlực nàomột loạiđóng vailực mớitrò là lựckhông?hướngtâm?OFht = FđhFht = T + PTOOFhlP4Lưu ý: Lực hướng tâm không phải là loạiNHÓMlực mớithêm vào các lực đã biết như trọng lực, lực đànhồi,phản lực… mà chỉ là một trong các lực đó hayhợp lực của các lực đó. Vì nó gây ra gia tốc hướngtâm nên gọi là lực hướng tâm.OFđhFht = TTCHUYỂN ĐỘNG LI TÂM1. Định nghĩaNếu bàn quay nhanh dần lên thì vật cònnằm trên bàn nữa hay không? Vì sao?Vật trượt trên bàn ra xa tâm quay rồi văng ra khỏi bàn theophương tiếp tuyến quỹ đạo. Vì khi đó lực ma sát nghỉ cực đạinhỏ hơn lực hướng tâm cần thiết giữ cho vật chuyển độngtròn.Chuyển động này được gọi là chuyển động li tâm.CHUYỂN ĐỘNG LI TÂM1. Định nghĩa2. Ứng dụngMáy vắt li tâmHạn chếtốc độ3. Lưu ýĐể tránh trượt li tâm nên giảm tốc độ khi đi quađường cong.Xe qua chỗ rẽ mà chạy nhanh quá sẽbị trượt li tâm dễ gây tai nạn.CÂU HỎI TRẮC NGHIỆMCâu 1: Chọn phát biểu sai.A. Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất do lực hấp dẫn đóngvai trò lực hướng tâm.B. Xe chuyển động vào một đoạn đường cong (khúc cua), lực đóng vai tròhướng tâm luôn là lực ma sát.C. Xe chuyển động đều trên đỉnh một cầu võng, hợp lực của trọng lực và phảnlực vuông góc đóng vai trò lực hướng tâm.D. Vật nằm yên đối với mặt bàn nằm ngang đang quay đều quanh trục thẳngđứng thì lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.CÂU HỎI TRẮC NGHIỆMCâu 2: Ở những đoạn đường vòng, mặt đường được làm nghiêng.Việc làm này nhằm mục đích nào kể sau đây?A.B.C.D.Giới hạn vận tốc của xe.Tạo lực hướng tâm.Tăng lực ma sát.Cho nước mưa thoát dễ dàng.BÀI TẬP TRẮC NGHIỆMCâu 3: Một xe đua chạy quanh một đường tròn nằm ngang, bán kính 250m.Vận tốc của xe không đổi có độ lớn 50m/s. Khối lượng xe là 1200kg. Độ lớn củalực hướng tâm của chiếc xe là:A. 10 000 N.B. 11 000 N.Tóm tắt:r = 250 mv = 50 m/sm = 1200kgFht = ?C. 12 000 N.D. 13 000 N.Giải:Độ lớn của lực hướng tâm của chiếc xe là:v250 2Fht = m.a ht = m. = 1200.= 12000 Nr250BÀI TẬP TRẮC NGHIỆMCâu 4: Đặt một vật có khối lượng 100g trên một bàn tròn có bán kính 60cm. Khi bànquay quanh một trục thẳng đứng đi qua tâm bàn thì thấy vật quay đều theo bàn vớivận tốc 3m/s. Vật cách rìa bàn 10cm. Lực ma sát nghỉ giữa vật và bàn là:C. 1,9 N.A. 1,7 N.B. 1,8 N.D. 2,0 N.Giải:Tóm tắt:m = 100g = 0,1kgr = 60 -10 = 50cm= 0,5mLực ma sát nghỉ giữa vật và bàn đóng vai trò là lựchướng tâm. Do đó:v = 3 m/sFmsn = ?Fmsnv232= Fht = m. = 0,1.= 1,8 Nr0,5CẢMƠNQUÝTHẦY CÔ&CÁCEMH ỌCSINH
Tóm tắt lý thuyết lực hướng tâm kèm ví dụ minh họa và bài tập tự luyện
Tóm tắt lý thuyết lực hướng tâm kèm ví dụ minh họa và bài tập tự luyện
LỰC HƯỚNG TÂM
A)Tóm tắt lý thuyết:
1,Định nghĩa:
-Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
2,Công thức:
${{F}_{ht}}=m.{{a}_{ht}}=\frac{m{{v}^{2}}}{r}=m{{\omega }^{2}}r$
Trong đó: ${{F}_{ht}}$ là lực hướng tâm (N).
m là khối lượng của vật (kg).
${{a}_{ht}}$ là gia tốc hướng tâm (m/s$^{2}$).
v là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s).
r là bán kính quỹ đạo tròn (m).
$\omega $ là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s).
3,Lực quán tính li tâm:
-Lực li tâm (lực quán tính li tâm) là một lực quán tính xuất hiện trên mọi vật nằm yên trong hệ quy chiếu quay so với một hệ quy chiếu quán tính.Nó là hệ quả của trường gia tốc, xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính mà trong trường hợp này gọi là hệ quy chiếu quay.
-Hệ quy chiếu gắn với vật quay đều quanh một trục gọi là hệ quy chiếu quay.
-Trong hệ quy chiếu quay đều, ngoài các lực do các vật khác gây ra, mỗi vật còn chịu thêm một lực quán tính li tâm, lực này ngược chiều với lực hướng tâm và có độ lớn bằng lực hướng tâm:
$\overrightarrow{{{F}_{q}}}=-m.\overrightarrow{{{a}_{ht}}}$
-Lực quán tính li tâm có cùng độ lớn với lực hướng tâm:
${{F}_{q}}={{F}_{ht}}=m.\frac{{{v}^{2}}}{r}=m.{{\omega }^{2}}.r$
-Khi lực hướng tâm không đủ lớn để giữ cho vật chuyển động tròn đều trên quỹ đạo, vật sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo chuyển động tròn, chuyển động đó được gọi là chuyển động li tâm (rời tâm).
4,Ứng dụng:
-Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.
-Đặt một vật trên bàn quay, lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn.
-Đường ô tô và đường sắt ở những đoạn cong phải làm nghiêng về phía tâm cong để hợp lực giữa trọng lực và phản lực của mặt đường tạo ra lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng trên quỹ đạo.
-Các máy giặt hiện đại thường sử dụng chuyển động quay tròn của động cơ để tạo ra chuyển động tròn của lồng giặt, khi quần áo được giặt xong chuyển động tròn tạo ra lực quán tính li tâm đẩy văng các hạt nước dính trên quần áo ra khỏi lồng giặt thông qua các lỗ nhỏ nhờ đó mà quần áo được vắt khô hơn so với giặt tay. Đây cũng là nguyên lí chung của các loại máy li tâm.
Lưu ý: Trong thực tế tất cả các chuyển động tròn đều hoặc gần tròn đều có lực hướng tâm và lực quán tính li tâm.
B)Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Một vật khối lượng m đang chuyển động đều trên một quỹ đạo bán kính r với tốc độ góc $\omega $. Lực hướng tâm tác dụng vào vật là:
A.${{F}_{ht}}=m{{\omega }^{2}}r$ B.${{F}_{ht}}=\frac{mr}{\omega }$ C.${{F}_{ht}}={{\omega }^{2}}r$ D.${{F}_{ht}}=m{{\omega }^{2}}$
Chọn đáp án A.
Ví dụ 2: Chọn phát biểu sai:
A.Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất do lực hấp dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm.
B.Xe chuyển động vào một đoạn đường cong lực đóng vai trò hướng tâm luôn là lực ma sát.
C.Xe chuyển động đều trên đỉnh một cầu hình vòng cung, 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.
Hướng dẫn
A, C, D – đúng
B – sai vì : Không phải xe chuyển động vào một đoạn đường cong lực đóng vai trò hướng tâm luôn là lực ma sát.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 3: Điều nào sau đây là đúng khi nói về lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều?
A.Vật chỉ chịu tác dụng của một lực duy nhất.
B.Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm.
C.Ngoài các lực cơ học, vật còn chịu thêm tác dụng của lực hướng tâm.
D.Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật nằm theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo.
Hướng dẫn
Ta có: Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
A – sai vì vật có thể chịu tác dụng của nhiều lực.
B – đúng.
C – sai vì lực hướng tâm không phải là lực mới.
D – sai vì hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật hướng vào tâm.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 4: Khi vật chuyển động tròn đều, lực hướng tâm là:
A.Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật.
B.Trọng lực tác dụng lên vật.
C.Lực hấp dẫn.
D.Lực hướng tâm.
Hướng dẫn
Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 5: Các lực hướng tâm khi:
A.Vật đứng yên.
B.Vật chuyển động cong.
C.Vật chuyển động thẳng.
D.Vật chuyển động thẳng đều.
Hướng dẫn
Có lực hướng tâm khi vật chuyển động cong.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 6: Một vật đang chuyển động tròn đều dưới tác dụng của lực hướng tâm F. Nếu bán kính quỹ đạo tăng gấp hai lần so với trước và đồng thời giảm tốc độ quay còn một nửa thì so với ban đầu lực hướng tâm sẽ:
A.giảm 8 lần B.giảm 4 lần
C.giảm 2 lần D.không thay đổi
Hướng dẫn
Từ biểu thức tính lực hướng tâm: ${{F}_{ht}}=m.{{a}_{ht}}=m\frac{{{v}^{2}}}{r}=m.{{\omega }^{2}}r$
Ta suy ra, khi bán kính quỹ đạo tăng gấp 2 lần so với trước và giảm tốc độ quay còn một nửa thì so với ban đầu, lực hướng tâm giảm đi 2 lần.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 7: Một vật nhỏ khối lượng 150 g chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính 1,5 m với tốc độ dài là 2 m/s. Độ lớn lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn của vật là:
A.0,13 N B.0,2 N C.1,0 N D.0,4 N
Hướng dẫn
Ta có, lực hướng tâm: ${{F}_{ht}}=m.{{a}_{ht}}=m.\frac{{{v}^{2}}}{r}$ = 0,4 N
Chọn đáp án D.
Ví dụ 8: Một ô tô có khối lượng 4 tấn chuyển động qua một chiếc cầu lồi có bán kính cong 100 m với tốc độ 72 km/h. Áp lực của ô tô nén lên cầu khi nó đi qua điểm cao nhất ( giữa cầu) là:
A.36000 N B.48000 N C.40000 N D.24000 N
Hướng dẫn
+Hợp lực tác dụng lên ô tô: $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}$
+Chiếu lên phương hướng tâm, ta được: ${{F}_{ht}}=P-N=m\frac{{{v}^{2}}}{r}$
Ta suy ra: $N=P-m\frac{{{v}^{2}}}{r}=mg-m\frac{{{v}^{2}}}{r}=4000.10-4000\frac{{{20}^{2}}}{100}$ = 24000 N
Chọn đáp án D.
C)Bài tập tự luyện:
Câu 1: Chọn câu sai trong các câu sau:
A.Khi xe chạy qua cầu cong thì luôn có lực nén trên mặt cầu.
B.Khi ô tô qua khúc quanh thì hợp lực tác dụng có thành phần hướng tâm.
C.Lực hướng tâm giúp ô tô đi qua khúc quanh an toàn.
D.Lực nén của ô tô khi đi qua cầu phẳng luôn cùng hướng với trọng lực.
Câu 2: Ở những đoạn đường vòng mặt đường được nâng lên một bên. Việc làm này nhằm vào cái gì sau đây?
A.Tạo lực hướng tâm để xe chuyển hướng.
B.Tăng lực ma sát để khỏi trượt.
C.Giới hạn vận tốc của xe.
D.Cho nước mưa thoát dễ dàng.
Câu 3: Một tài xế điều khiển một ô tô 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 cực đại giữa lốp xe và mặt đường là 900 N. Ô tô sẽ:
A.Chưa đủ cơ sở để kết luận.
B.Trượt ra khỏi đường tròn.
C.Trượt vào phía trong đường tròn.
D.Chạy chậm lại vì lực hướng tâm.
Câu 4: Một vật khối lượng m đặt trên đĩa quay đều với vận tốc góc $\omega $. Vật đã vạch nên đường tròn bán kính R. Vật đã chuyển động tròn 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 5: Một vật đặt trên toa tàu đang chuyển động đều trên một đoạn đường vòng. Vật sẽ chịu tác dụng của lực quán tính li tâm nếu xét trong hệ qui chiếu gắn với vật nào sau đây:
A.Mặt đất.
B.Đường ray.
C.Toa tàu.
D.Vật bất kì.
Đáp án: