Vận Dụng Quy Tắc Hợp Lực Song Song Cùng Chiều Tìm Hợp Lực Của Nhiều Lực

Nếu học sinh không nêu được các dụng cụ chính thì giáo viên có thể gợi ý bằng các câu hỏi:

Δ:

Cần tác dụng 2 lực  và  vào vật nào?

Làm cách nào để tạo ra 2 lực  và  song song cùng chiều?

Thay thế 2 lực  và  bằng một lực. Vậy lực này sẽ trở thành hợp

lực của 2 lực đó khi nào? Làm cách nào để nhận biết điều đó?

HS:

Vật rắn là một thanh AB, treo bằng 2 lò xo hoặc dây đàn hồi như dây cao su nhỏ lên giá.

Treo các quả

chiều.

nặng vào 2 đầu thanh để

tạo ra 2 lực song song cùng

Lực thay thế  và  trở thành hợp lực khi nó có tác dụng giống như

tác dụng của 2 lực thành phần. Tức là nó kéo thanh trùng đến vị trí

ban đầu. Do vậy phải đánh dấu vị sánh.

trí của thanh lúc ban đầu để so

Có nhiều cách đánh dấu: dùng dây đàn hồi, nam châm, đánh dấu bằng bút hoặc phấn…

( HS thảo luận, nêu các dụng cụ nào thì đưa dụng cụ đó lên trên bàn).

Δ: Với các dụng cụ đó. Chúng ta sẽ tiến hành các bước thí nghiệm như thế nào để tìm được hợp lực của 2 lực song song cùng chiều?

HS:

Bước 1: lắp ráp các dụng cụ, bố trí thí nghiệm

Bước 2: đánh dấu vị trí thanh AB.

Bước 3: bỏ 2 lực  và  thay thế bằng một lực sao cho có tác dụng

kéo thanh trùng với vị

trí đánh dấu. Bằng cách treo tất cả

các quả

nặng vào thanh và dò tìm vị trí treo để thanh trùng với vị trí đánh dấu.

Bước 4: Đọc kết quả độ điểm đặt hợp lực.

lớn của hợp lực và lực thành phần, vị

trí

b. Thực hiện giải pháp:

HS: Tiến hành thí nghiệm theo nhóm dựa trên các bước vừa thảo luận.

Các nhóm chủ động chọn lựa độ lớn các lực thành phần.

( Giáo viên theo dõi hướng dẫn các nhóm thực hiện các bước tiến

hành thí nghiệm, giúp đỡ

các nhóm giải đáp thắc mắc, cách bố

trí sao

cho hợp lý. Ví dụ như: treo dây đàn hồi sao cho thẳng tránh trường hợp tạo ra lực đồng quy, chọn độ lớn các lực thành phần vừa phải tránh bị tuột khi treo…)

HS: Báo cáo kết quả thí nghiệm điền vào bảng.

F1(N)	F2(N)	l1(cm)	l2(cm)
Nhóm 1
Nhóm 2
Nhóm 3
Nhóm 4

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 85 trang tài liệu này.

Δ: Các nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ thứ nhất là xác định được hợp lực bằng thí nghiệm. Vấn đề của bài là tìm đặc điểm của hợp lực. Vậy các nhóm tiếp tục thảo luận về mối quan hệ giữa hợp lực và lực thành phần là như thế nào? Trên cơ sở đó kiểm tra các dự đoán ban đầu của các bạn đúng hay sai?

HS:

Hợp lực có phương song song với phương của lực thành phần

Chiều của hợp lực cùng chiều với các lực thành phần

Độ lớn hợp lực bằng tổng độ lớn các lực thành phần

Điểm đặt O của hợp lực thỏa mãn: F1 l2

2 1

Δ: Tại sao lại rút ra nhận xét như vậy?

Bằng cách nào biết được hợp lực cùng phương cùng chiều với lực thành phần?

Dựa vào đâu biết được độ lớn của hợp lực là như vậy? Có thể khác được không?

Tỷ số F1

HS:

l2 có đúng với tất cả kết quả của các nhóm không?

Hợp lực cùng phương với lực thành phần vì các lực đó đều là trọng lực của quả nặng.

Độ

lớn hợp lực vừa đúng bằng tổng độ

lớn lực thành phần vì nếu

nhỏ hơn thì dây cao su nhỏ hay lò xo giãn ít hơn, thanh sẽ không trùng với vị trí ban đầu.

Từ số liệu thí nghiệm các nhóm rút ra tỷ số đó.

Ο: Đối với vật rắn điểm đặt của lực không quan trọng bằng giá của lực nên thay vì xét khoảng cách giữa 2 điểm đặt lực ta xét khoảng cách giữa 2 giá của lực. Gọi d1, d2 lần lượt là khoảng cách giữa giá của hợp lực với các lực thành phần.

Δ: Vậy tỷ số F1

l2 được viết lại như thế nào?

HS: Áp dụng các tính chất của tam giác đồng dạng ta rút ra: F1 l2 d2

2 1 1

2.2.4.1.3 Khái quát và củng cố kết quả:

Ο: Các nhà khoa học cũng đã tiến hành rất nhiều các thí nghiệm giống như chúng ta. Và từ đó rút ra được quy tắc tìm hợp lực song song cùng chiều

Δ: Vậy hãy phát biểu quy tắc?

HS: Hợp lực của hai lực song song cùng chiều

và



  tác dụng vào một

vật rắn là một lực F song song cùng chiều với hai lực và có độ lớn

bằng tổng độ lớn của hai lực đó

F = F1 + F2

Giá của hợp lực nằm trong mặt phẳng của

  và chia khoảng cách

giữa giá của hai lực này thành những đoạn tỷ của hai lực đó

lệ nghịch với độ

lớn

F1 d2

F2 d1

(chia trong)

2.2.4.1.3.1 Vận dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tìm hợp lực của nhiều lực song song cùng chiều

a. Định hướng nhiệm vụ:

Δ: Nếu có nhiều hơn hai lực song song cùng chiều, đồng phẳng cùng tác dụng vào vật rắn thì hợp lực của chúng còn đúng theo quy tắc trên không?

b. Xác định và thực hiện giải pháp:

Δ: Ta sẽ tìm hợp lực của các lực đó bằng cách nào?

HS: Suy luận, thí nghiệm

Ta cộng 2 lực theo quy tắc hợp lực song song cùng chiều rồi cộng hợp lực đó với lực thứ 3…Cứ như thế cho đến khi cộng hết lực thì thôi.

( Nếu HS không trả lời được giáo viên có thể gợi ý bằng một trường hợp

cụ thể ví dụ như: có 3 lực song song cùng chiều tác dụng vào thanh. Tìm hợp lực của ba lực đó?)

c. Kết luận và vận dụng

Ο: Quy tắc hợp lực song song cùng chiều còn có thể

áp dụng đối với

trường hợp có nhiều lực song song, cùng chiều, đồng phẳng.

Khi đó hợp lực của chúng là một lực cùng phương, cùng chiều với các lực thành phần, có độ lớn bằng tổng độ lớn các lực thành phần.

Δ: Vận dụng làm bài số 1 trong phiếu học tập số 2. Xác định trọng tâm thanh đồng chất?

Ο: Trọng tâm vật rắn là điểm đặt của trọng lực. Bài trước ta đã biết cách xác định trọng tâm của các bản phẳng. Nhưng vật rắn trong bài là một thanh đồng chất. Vậy muốn xác định được trọng tâm ta phải xác định trọng lực của thanh.

Δ: Hãy xác định trọng lực của thanh?

HS:

Mỗi phần tử của thanh đều chịu tác dụng của trọng lực

p bằng nhau

và cách đều nhau. Vậy trọng lực của thanh chính là hợp lực của của các p song song cùng chiều.

p   

Vì 8

bằng nhau và cách đều nên các hợp lực

p45 , p36 , p18

trùng nhau và

trùng với hợp lực 

( Nếu học sinh không nghĩ ra giáo viên có thể gợi ý bằng các câu hỏi:

Trọng lực có mối quan hệ

như

thế

nào với các trọng lực của các

phần tử? Hãy xác định

 theo cách nhanh nhất)

2.2.4.1.3.2 Vận dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tìm điều kiện để phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều

a. Định hướng nhiệm vụ

Δ: Một vật rắn chịu tác dụng của một lực F. Có thể thay thế lực đó bằng hai lực khác song song cùng chiều được không?

HS: Được, vì phân tích là phép ngược lại của phép tổng hợp

Δ: Khi phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều thì hai lực đó có độ lớn và điểm đặt thế nào?

HS: F1

+ F2

= F và F1 d2

F2 d1

b. Xác định và thực hiện giải pháp

Ο: Để tìm câu trả lời ta có thể làm TN hoặc suy luận. Ta sẽ xét phân tích một vài trường hợp. Yêu cầu học sinh giải quyết bài toán 2 trong phiếu học tập.

HS: Giải hệ phương trình:

F1 d2

F2 d1

F1 F2

tìm ra F1, F2.

c. Kết luận và vận dụng:

Δ: Từ bài toán trên cho biết khi phân tích một lực thành hai lực song song cùng chiều thì phải tuân theo quy luật gì?

HS:

Các lực thành phần song song cùng chiều với hợp lực

Tổng độ lớn lực thành phần bằng độ lớn hợp lực

Điểm đặt của lực thành phần thỏa mãn F1 d2

2 1

2.2.4.2 Vấn đề 2: Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song

2.2.4.2.1 Định hướng mục tiêu hành động:

Ο: Theo dõi hình ảnh kết quả thí nghiệm ở phần 1 ta thấy lúc này ngoài

  

trọng lực , thanh còn chịu tác dụng của các lực F1 , F2 , F3 . Đây là hệ ba

lực song song, đồng phẳng. Vì trọng lực của thanh không đáng kể nên ta bỏ qua.

Δ: Trạng thái của thanh lúc này như thế nào?

HS: Thanh nằm cân bằng

Δ: Ta đã biết điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của ba lực không song song. Vậy trong trường hợp này điều kiện đó có thay đổi không? Nói cách khác khi thanh nằm cân bằng, hệ ba lực song song tác dụng lên thanh có mối quan hệ như thế nào?

2.2.4.2.2 Định hướng giải quyết nhiệm vụ

a. Xác định giải pháp:

Δ: Ta sẽ đi tìm câu trả lời bằng cách nào?

HS: Làm thí nghiệm hoặc có thể suy luận.

Ο: Chúng ta có thể tìm câu trả lời bằng cách suy luận và tiến hành thí nghiệm kiểm tra.

b. Xác định và thực hiện giải pháp:

Suy luận lý thuyết:

Δ: Từ kiến thức nào chúng ta đã biết để

tìm được điều kiện cân bằng

của vật rắn dưới tác dụng của ba lực song song?

HS: Từ định luật I Niu tơn ta suy ra điều kiện cân bằng là:    0

Giá của 3 lực song song F3 = F1 + F2 về độ lớn

Δ: Dựa vào đâu mà ta biết được F3 = F1 + F2?

HS:

Vì F3 là hợp lực của F1 và F2

Độ lớn F3 bằng độ lớn của hợp lực F1 và F2

 

Dựa vào (1) suy ra F1 F2



F3 .



Δ: Những suy đoán trên của các em đều có liên quan đến hợp lực của F1

và  

  

F2 là một lực F12 .Vậy nếu thay thế F1 và

F2 bằng hợp lực

F12 đó

thanh AB lúc này chịu tác dụng của những lực nào?

HS: Thanh AB chịu tác dụng của 2 lực



F12



và F3 .

Δ: Thanh muốn cân bằng thì 2 lực này phải thỏa mãn điều kiện gì? ( Điều kiện cân bằng của vật rắn dưới tác dụng của 2 lực là gì)?

F12

HS: 2 lực 



và F3

phải là 2 lực trực đối.

F3 = F12 = F1 + F2 về độ lớn

F3 cùng giá, ngược chiều với F12.

Ο: Vậy điều kiện cân bằng của thanh dưới tác dụng của ba lực song

song là: hợp lực của

Thí nghiệm kiểm tra:



F12

trực đối với lực



F3 .

Δ: Làm thế nào để kiểm tra điều này?

HS: Tiến hành thí nghiệm.

Δ: Tiến hành thí nghiệm như thế nào, có thể tận dụng luôn thí nghiệm phần 1 không?

HS: Tận dụng thí nghiệm ở phần 1 nhưng phải thay 2 lò xo hoặc dây

đàn hồi bằng 2 lực kế để đo được độ lớn F1 và F2.

và

Trước hết áp dụng quy tắc hợp lực song song cùng chiều tổng hợp 2

lực

  . Biểu diễn hợp lực



F12

Quan sát và so sánh



F12 với



F3 về độ lớn và phương chiều