Xác định trọng tâm của vật rắn

2.4.1. Nội dung 1: Xác định trọng tâm của vật rắn

Hoạt động 1: Làm thế nào xác định được trọng tâm của vật rắn?

(Ý tưởng dạy học: muốn phân biệt được các dạng cân bằng của vật rắn

và đặc điểm của từng loại trước tiên HS phải biết xác định vị trí trọng tâm của

vật rắn vì nguyên nhân gây ra các dạng cân bằng khác nhau đó là vị trí trọng

tâm của vật)

a. Mục tiêu dạy học

-



Phát biểu được điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 2 lực.

Viết được biểu thức cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 2 lực.

Trình bày được khái niệm trọng tâm của vật rắn.

Biết cách xác định được trọng tâm của vật rắn bằng dây dọi.

Vận dụng được kiến thức để giải một số hiện tượng vật lí trong cuộc sống.

b. Nhiệm vụ học tập

Làm việc nhóm để trả lời câu hỏi sau:

Tại sao khi xây các bức tường các bác thợ xây lại hay dùng

dây dọi (hay còn gọi là lập lòn) để kiểm tra xem tường có thẳng

đứng không?

Làm việc toàn lớp để chia sẻ kết quả làm việc của các

nhóm

Làm việc cá nhân với phiếu học tập số 1:



Phiếu học tập số 1

1. Trọng tâm của vật rắn là gì? Hãy phân tích các lực tác dụng lên quả dọi để trả lời

câu hỏi: Tại sao người ta dùng dây dọi để xác định đường thẳng đứng?

2. Hãy nêu các phương án xác định trọng tâm của các vật xung quanh em (ví dụ,

Hãy

chia

kết quả

quyển

vở,sẻthước

kẻ) làm việc của cá nhân trong nhóm và hoàn thành phiếu làm

Sản phẩm mong đợi của phiếu học tập số 1

việc của nhóm.

3.

Lựa chọn

hìnhđiểm

dạngxác

chữđịnh

T, hình

Áp dụng

phương

trên

1.Trọng

tâm tấm

của bìa

vật có

là một

gắnchữ

với nhật.

vật trùng

với điểm

đặt pháp

của trọng

lựcxác

tác định

dụngtrọng

lên vật

để

tâmđó.

của tấm bìa đó.

Phân tích lực tác dụng lên dây dọi khi quả dọi ở trạng thái cân bằng:

Lực căng T (có giá trùng với sợi dây) và trọng lực P (có điểm đặt ở trọng tâm, giá

trùng với đường thẳng đứng). Vì hai lực này là trực đối nên:

- Dây treo phải trùng với đường thẳng đứng đi qua trọng tâm G của vật.

- Độ lớn của lực căng dây T phải bằng 87

trọng lượng của vật

Vậy khi quả dọi CB thì phương của dây treo trùng với phương thẳng đứng.

2. Có thể đưa ra các phương án như: treo vật, dùng ngón tay xác định trọng tâm của

vật,..



Hoạt động 2: Thực hành xác định trọng tâm của một số vật rắn.

a. Mục tiêu dạy học

HS biết cách xác định trọng tâm của vật rắn bằng nhiều cách.

b. Nhiệm vụ học tập

Giáo viên yêu cầu học sinh chuẩn bị sẵn một số vật liệu ở nhà và mang

đến lớp như: phim X-quang, tấm bìa cứng, dây mềm, bút chì, thước kẻ.

Làm việc toàn lớp để trao đổi về vấn đề sau: Đối với một số vật xung

quanh chúng ta như tấm X-quang, tấm bìa cứng có hình dạng bất kì ... thì vị trí

trọng tâm của chúng ở đâu? Xác định chúng như thế nào?



88



Làm việc theo nhóm với phiếu học tập số 2:

Phiếu học tập số 2

1. Hãy nêu phương án xác định trọng tâm của các vật trong các trường hợp sau

theo các phương án khác nhau.



Trường hợp 1: Tấm phim X- Quang

Trường hợp 2: Vật mỏng, phẳng có

hình chữ nhật.

hình chữ T

2. Trong các phương án đó phương án nào tối ưu nhất (phương án tốt nhất, tiết

kiệm chi phí, tài nguyên sức lực mà lại đạt hiệu quả cao)

ản phẩm mong đợi của phiếu học tập số 2

Trường hợp 1: Xác định vị trí trọng tâm của tấm phim X- Quang

Phương án 1:

- Treo vật

- Dùng kẹp sắt kẹp tấm phim X- Quang ở góc bên

trái

- Buộc một đầu sợi dây vào kẹp sắt đầu còn lại cố

định vào tường sao cho thước CB



- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó lấy bút kẻ theo phương sợi

dây - Tháo tấm phim X ra khỏi kẹp sắt; và dùng kẹp sắt kẹp tấm phim ở một điểm

bất kì trên cạnh tấm phim.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó lấy bút kẻ theo phương sợi

dây.

Giao của hai đường vẽ được ta được trọng tâm của tấm phim X.



89



Phương án 2:

- Đặt tấm phim trên mặt phẳng nằm

ngang; dùng thước kẻ hai đường chéo

ta được trọng tâm của tấm phim.



Phương án 3:

- Đặt tấm phim trên đầu ngón tay trỏ

và giữ cho tấm phim CB; sau đó lấy bút

đánh dấu điểm trọng tâm.

Trong 3 phương án thì phương án 2

tối ưu nhất.

Trường hợp 2: Xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng có hình chữ T

Phương án 1: Treo vật

- Dùng kẹp sắt kẹp tấm bìa hình chữ T ở một góc bên

trái

- Buộc một đầu sợi dây vào kẹp sắt đầu còn lại cố

định vào tường sao cho tấm bìa CB.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó

lấy bút kẻ theo phương sợi dây.

- Tháo tấm bìa ra khỏi kẹp sắt; và dùng kẹp sắt kẹp

tấm

bìa ở một góc bên phải.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó

lấy bút kẻ theo phương sợi dây.

- Giao của hai đường vẽ được ta được trọng tâm

của tấm bìa.

Phương án 2: Đặt tấm bìa chữ T trên ngón tay trỏ và giữ cho tấm bìa CB; sau

đó lấy bút đánh dấu trọng tâm tấm bìa



90



a. Phương án 2 là phương án tối ưu

nhất



Các nhóm trình bày các phương án xác định trọng tâm trước lớp. Cả

lớp thảo luận và thống nhất các phương án.

Các nhóm tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thống nhất xác định

trọng tâm của tấm X-quang, tấm bìa cứng.

Sản phẩm mong đợi của phiếu học tập số 2

Trường hợp 1: Xác định vị trí trọng tâm của tấm phim X- Quang

Phương án 1:

- Treo vật

- Dùng kẹp sắt kẹp tấm phim X- Quang ở góc bên

trái

- Buộc một đầu sợi dây vào kẹp sắt đầu còn lại cố

định vào tường sao cho thước CB



- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó lấy bút kẻ theo phương sợi

dây - Tháo tấm phim X ra khỏi kẹp sắt; và dùng kẹp sắt kẹp tấm phim ở một điểm

bất kì trên cạnh tấm phim.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó lấy bút kẻ theo phương sợi

dây.

Giao của hai đường vẽ được ta được trọng tâm của tấm phim X.

Phương án 2:

- Đặt tấm phim trên mặt phẳng nằm

ngang; dùng thước kẻ hai đường chéo ta

được trọng tâm của tấm phim.



91



Phương án 3:

- Đặt tấm phim trên đầu ngón tay trỏ

và giữ cho tấm phim CB; sau đó lấy bút

đánh dấu điểm trọng tâm.

Trong 3 phương án thì phương án 2

tối ưu nhất.

Trường hợp 2: Xác định vị trí trọng tâm của vật mỏng, phẳng có hình chữ T

Phương án 1: Treo vật

- Dùng kẹp sắt kẹp tấm bìa hình chữ T ở một góc bên

trái

- Buộc một đầu sợi dây vào kẹp sắt đầu còn lại cố

định vào tường sao cho tấm bìa CB.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó

lấy bút kẻ theo phương sợi dây.

- Tháo tấm bìa ra khỏi kẹp sắt; và dùng kẹp sắt kẹp

tấm

bìa ở một góc bên phải.

- Dùng thước đặt trùng với phương sợi dây sau đó

lấy bút kẻ theo phương sợi dây.

- Giao của hai đường vẽ được ta được trọng tâm của

tấm bìa.



Phương án 2: Đặt tấm bìa chữ T trên ngón tay trỏ và giữ cho tấm bìa CB; sau

đó lấy bút đánh dấu trọng tâm tấm bìa



b. Phương án 2 là phương án tối ưu

nhất

2.4.2. Nội dung 2: Các dạng cân bằng của vật rắn. Mức vững vàng

a. Mục tiêu dạy học

-



Phân biệt được các dạng cân bằng: bền, không bền, phiếm định.

92



-



Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế.

Vận dụng được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế để giải thích



-



một số kiến thức thực tiễn có liên quan.

Biết cách làm tăng tính vững vàng của một vật.

b. Nhiệm vụ học tập

Hoạt động 1: Khi nào vật cân bằng?

Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh làm việc cá nhân ở nhà để tìm

hiểu vấn đề:

Đặt con lật đật lên mặt bàn, dùng tay đẩy phần phía trên của nó

nghiêng xuống, khi bỏ tay ra, nó sẽ lật đi lật lại và cuối cùng lại

đứng thẳng dậy. Nếu nhấc con lật đật lên và đặt nó nằm xuống,

khi bỏ tay ra, nó sẽ lắc lưu rồi đứng thẳng dậy. Tại sao lại có hiện

tượng như vậy?

Hãy viết một bài viết ngắn khoảng 15 – 20 dòng để giải thích

hiện tượng trên.



Hướng dẫn tìm kiếm thông tin:

-



Hoàng Hoa-http://irv.moi.gov.vn

https://www.khoahoc.mobi/s/vi-sao-lat-dat-khong-nga

kienthuc.net.vn/.../vi-sao-con-lat-dat-khong-bao-gio-bi-do

khoahoc.tv

Giáo viên sử dụng kĩ thuật phòng tranh: Học sinh dán bài viết lên giấy

A0 và cả lớp đi tham quan, đọc và ghi lại các câu hỏi hoặc bình luận.

Trao đổi, thảo luận toàn lớp:



-



Cấu tạo của con lật đật như thế nào?

Có thể giải thích hiện tượng “lật đật” dựa trên các kiến thức vật lí nào?

Khi con lật đật nghiêng sang trái, dưới tác dụng momen của trọng lực con lật

đật sẽ bị nghiêng sang bên nào? Hãy biểu diễn lực tác dụng lên con lật đật để



-



giải thích hiện tượng.

Trong đời sống hàng ngày, có hiện tượng nào giống như “con lật đật”?

Sản phẩm mong đợi

- Để một vật thể được đứng vững, không dễ bị đổ, phải thoả mãn hai điều

kiện sau:

Thứ nhất, diện tích đáy của nó phải lớn; thứ hai, trọng lượng của nó phải

tập trung hết vào phần đáy và trọng tâm phải thấp. Trọng tâm của vật thể phải

93



là điểm hợp lực của trọng lực.

Đối với bất cứ vật thể nào, nếu diện tích đáy của nó càng lớn, trọng tâm

càng thấp, thì nó càng vững vàng, ổn định và không dễ bị đổ. Ví dụ: vật có kiến

trúc hình tháp luôn là phía dưới lớn, phía trên nhọn. Hay khi vận chuyển hàng

hóa, phải đặt hàng hoá nặng xuống dưới, nhẹ lên trên.

Con lật đật là một vật điển hình có cấu tạo tuân theo nguyên lý này. Toàn

thân con lật đật đều rất nhẹ. Chỉ có phần dưới của nó là có một miếng chì hay

sắt tương đối nặng, và vì thế trọng tâm của nó rất thấp. Mặc khác, phần dưới

của con lật đật to, tròn trịa, rất dễ lắc lư. Khi con lật đật nghiêng về một bên, do

điểm tựa (điểm tiếp xúc giữa con lật đật và mặt bàn) có sự thay đổi, trọng tâm

và điểm tựa không cùng trên một đường thẳng, lúc này, dưới tác động của trọng

lực, con lật đật sẽ lắc lư quanh điểm tựa cho đến khi khôi phục lại vị trí bình

thường. Mức độ nghiêng của con lật đật càng lớn, hiệu quả lắc lư mà trọng lực

tạo ra cũng càng lớn khiến cho xu thế khôi phục lại vị trí ban đầu càng rõ ràng,

vì vậy, con lật đật không bay giờ bị đổ.

- Khi chịu tác dụng của một lực đẩy, trọng tâm của lật đật và điểm tiếp xúc với

mặt bàn không nằm trên đường thẳng đứng, do vậy dưới tác dụng của trọng lực

con lật đật sẽ dao động.

Khi con lật đật bị đẩy về bên trái dưới tác dụng của trọng lực sẽ tạo ra

momen lực làm cho con lật đật nghiêng về bên phải



Khi năng lượng dao động của con lật đật bị hao hụt do một phần động năng

chuyển thành nhiệt năng dẫn đến động năng và thế năng của con lật đật giảm về 0,

phương của trọng lực đi qua tiếp điểm, lúc đó con lật đật sẽ thôi không dao động.

- Giống như con lật đật, những vật thể tĩnh (ví dụ, con lắc) sau khi chịu sự tác

động nhỏ có thể tự khôi phục trạng thái cân bằng của vị trí ban đầu, trong vật lý gọi

là cân bằng ổn định hay cân bằng bền.

Hoạt động 2: Các dạng cân bằng

Trao đổi toàn lớp để thảo luận câu hỏi:

Trạng thái cân bằng của các vật khác nhau có giống nhau hay không?

94



Nếu khác nhau thì chúng khác nhau như thế nào? Hãy lấy ví dụ chứng tỏ điều

đó.

Làm việc cá nhân:

Hãy đọc sách giáo khoa và cho biết có mấy dạng cân bằng và lập bảng

so sánh đặc điểm của mỗi loại cân bằng đó. Lấy ví dụ cho mỗi trường hợp.

Các dạng cân

bằng

Đặc điểm



Sản phẩm mong đợi

Cân bằng

Cân bằng bền

không bền

Là cân bằng

Là cân bằng

mà khi vật bị lệch mà khi vật bị lệch

ra khỏi vị trí cân ra khỏi vị trí cân

bằng thì vật đó bằng thì vật đó tự

không thể trở về vị quay trở về vị trí

trí ban đầu

ban đầu



Cân bằng

phiếm định

Là cân bằng

mà khi vật bị lệch

ra khỏi vị trí cân

bằng thì vật tiếp

tục cân bằng ở vị

trí mới



trọng tâm ở vị

trọng tâm ở vị

trọng

tâm

trí

thấp

nhất so với

trí cao nhất so với

không thay đổi vị

các vị trí lân cận các vị trí lân cận

trí.

của chính nó.

của chính nó.



Hoạt động 3: Cân bằng của vật có mặt chân đế

Làm việc cá nhân với phiếu học tập số 3, sau đó chia sẻ kết quả và thảo

luận trong nhóm::



95



Phiếu học tập số 3

1. Điều kiện cân bằng của một vật là

gì?

2. Quan sát hình vẽ bên cho biết

khái niệm chân đế.

3. Đuan sát hình vẽ bên cho biếm.

Đuan sát biĐuan sát hình vẽ bên cho

biết khái n

3a. Có nhát hình vẽ bên cho biết khái niệm chân đế. sẻ kết quả và

3b. Trong trưìng hẽ bên cho biết khái niệm chân đế. sẻ kết quả và thảo luận

trong nhómrí mớiầuầu cân b

4. MTrong trưìng hẽ bcân bron ph brong trưìng hẽ bên ch

Sản phẩm mong đợi của phiếu học tập số 3

1. Vật rắn nằm cân bằng khi lực (hợp lực) tác dụng vào nó bằng 0

2. Mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các diện tích tiếp xúc.

3a. Mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất chứv Mặt có giá đi xuyên qua m đa

giác lồ

Trư giá đi xuyên qua m đa giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các

3b. Đi. giá đi xuvi. giá có miá đi xuyên quacân biá là giá chân đên qua m đa

giác lồi nhỏ nhất chứa tất cả các diện tích tiếp xúc.ong nhómrí mớiầuầu

4. Mức vững vàng của cân bằng phụ thuộc vào độ cao trọng tâm vật rắn và diện

tích mặt chân đế.

Hoạt động 4: Tại sao lại thế?

Làm việc cá nhân:

Hai bạn Hải và Đăng tranh luận với nhau: Tại sao ta đang ngồi ghế

muốn đứng lên thì cứ phải nghiêng người về phía trước nhỉ? Hải thì cho rằng:

đó chỉ là do thói quen thôi, Đăng thì khăng khăng cho rằng không phải như vậy

mặc dù chưa biết giải thích như thế nào? Em hãy phân xử giúp hai bạn bằng

việc sử dụng kiến thức vật lí. Hãy trải nghiệm lại tư thế đó.

Sản phẩm mong đợi



96



Khi ngồi trọng tâm của người và

ghế “rơi” vào mặt chân đế (diện tích

hình chữ nhật nhận 4 chân ghế làm các

đỉnh).



Khi muốn đứng dậy (tách khỏi ghế)

cần phải làm cho trọng tâm của người

rơi vào chân đế của chính họ (phần bao

của hai chân tiếp xúc với mặt đất).

Động tác chúi người về phía trước là để

lấy trọng tâm của người rơi vào chân đế

của chính người ấy.



Trao đổi kết quả làm việc trước lớp và một vài học sinh lên trải nghiệm,

các học sinh khác quan sát.

Hoạt động 5: Tiến hành thí nghiệm về cân bằng của vật có mặt chân

đế

- Mục đích thí nghiệm: xác định điều kiện cân bằng của một vật và cách làm

tăng mức vũng vàng của cân bằng.

- Dụng cụ thí nghiệm: hộp giấy có gắn mũi tên để xác định phương của trọng

lực, cái nêm.

- Lắp đặt và tiến hành:

Đặt hộp giấy trên bàn

97