Công thức tính gia tốc hướng tâm hay chi tiết nhất - Vật lý lớp 10

Công thức tính gia tốc hướng tâm hay chi tiết nhất - Vật lý lớp 10
1. Công thức tính gia tốc hướng tâm - Vật lý lớp 10
Khái niệm gia tốc hướng tâm
Chuyển động tròn đều là chuyển động bao gồm các đặc điểm sau:
Quỹ đạo chuyển động là một đường tròn
Tốc độ trung bình của chuyển động trên mọi cung tròn là như nhau
Trong một chuyển động tròn đều, tuy vận tốc có độ lớn không đổi nhưng
hướng luôn luôn thay đổi, nên chuyển động này sẽ có gia tốc. Gia tốc trong
một chuyển động tròn đều sẽ luôn hướng vào tâm nên gọi là gia tốc hướng tâm.
Công thức tính gia tốc hướng tâm là: aht = v2/r = r.ω2 Trong đó: v là tốc độ dài (m/s)
ω là tốc độ góc (rad/s)
r là bán kính đường tròn (m)
Từ công thức tính gia tốc hướng tâm, chúng ta sẽ tính ra được công thức tính
tốc độ góc ω nếu biết độ lớn của gia tốc hướng tâm.
Một số kiến thức mở rộng
Vectơ của vận tốc trong một chuyển động tròn đều luôn có:
Phương tiếp tuyến với đường tròn của quỹ đạo.
Độ lớn (tốc độ dài): v = =
Tốc độ góc trong chuyển động tròn là đại lượng được đo bằng góc mà bán
kính OM có thể quét được Δα trong một đơn vị thời gian Δt. Tốc độ góc trong
chuyển động tròn đều là một đại lượng không thay đổi
Công thức liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: v =
Chu kì của một chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được 1 vòng.
Tần số chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong vòng 1s. Đơn vị vòng/s hoặc héc (Hz).
2. Giáo án Vật lý lớp 10 bài Gia tốc hướng tâm I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức
- Nêu được hướng của vectơ gia tốc, và viết được công thức của gia tốc
hướng tâm trong chuyển động tròn đều.
- Nêu được công thức tính lực hướng tâm. 2. Năng lực a. Năng lực chung
- Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu.
- Năng lực trình bày và trao đổi thông tin.
- Năng lực nêu và giải quyết vấn đề.
- Năng lực hoạt động nhóm.
b. Năng lực đặc thù môn học
- Giải được các bài tập đơn giản xung quanh công thức tính lực hướng tâm. 3. Phẩm chất
- Có thái độ hứng thú trong học tập.
- Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan.
- Có tác phong làm việc của nhà khoa học.
I . THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1. Đối với giáo viên - SGK, SGV, Giáo án.
- Các video, hình ảnh sử dụng trong bài học. - Các ví dụ lấy ngoài. - Máy chiếu (nếu có).
2. Đối với học sinh: SGK, vở ghi, giấy nháp, bút, thước kẻ.
I I. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
a. Mục tiêu: Hoạt động này, từ một hoạt động tương đối quen thuộc nhưng sẽ
được mô tả bằng thuật ngữ vật lý, không bằng ngôn ngữ hằng ngày, tạo
cho HS sự hào hứng trong việc tìm hiểu nội dung bài học. b. Nội dung:
- GV chiếu video và yêu cầu HS quan sát, trả lời câu hỏi của GV.
- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi mở đầu bài học.
c. Sản phẩm học tập: Bước đầu HS đưa ra được nhận xét về quá trình thực hiện của hoạt động. d. Tổ chức thực hiện:
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV chiếu video (khoảng 2 phút đầu) về chuyển động của trái đất quanh mặt
trời, ôtô, xe máy chuyển động trên đoạn đường cong.
(https://www.youtube.com/watch?v=r_OeYj b3Ts)
- GV đặt câu hỏi: “Tại sao Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời? Tại sao trên
những đoạn đường vòng thường phải hạn chế tốc độ của xe và mặt đường
thường hơi nghiêng về phía tâm mà em đã được xem ở trên?”
- GV cho HS đọc và trả lời câu hỏi ở ví dụ mở đầu bài học.
Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập
- HS quan sát video, hình ảnh để trả lời cho câu hỏi mà GV đưa ra.
Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình.
- HS trả lời câu hỏi của GV sau khi xem video:
+ Trái Đất chuyển động quanh Mặt Trời do có lực hấp dẫn của Mặt Trời tác
dụng lên Trái Đất, lực hấp dẫn giữ cho Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo của nó.
+ Khi xe đi vào đoạn đường cong giống như xe đang chuyển động trên quỹ
đạo tròn, khi đó hợp lực giữa trọng lực và thành phần phản lực vuông góc
của mặt đường đóng vai trò lực hướng tâm nằm ngang làm cho xe chuyển động dễ dàng.
+ Nếu xe đi với tốc độ quá lớn khi đó lực hướng tâm không đủ lớn để giữ
được cho xe chuyển động trên quỹ đạo tròn mà sẽ bị văng ra nên người ta
phải làm mặt đường hơi nghiêng về phía tâm đồng thời hạn chế tốc độ của xe
khi đi trên đoạn đường đó.
=> Trong các ví dụ này, các lực hay hợp lực đóng vai trò lực hướng tâm giữ
cho vật chuyển động tròn.
Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập
- GV tiếp nhận và nhận xét câu trả lời của HS.
- GV dẫn dắt HS vào bài: Tại sao đường ôtô ở những đoạn cong thường phải
làm nghiêng? Tại sao ở chỗ rẽ bằng phẳng cần cần đặt biển chỉ dẫn tốc độ
cho oto? Tại sao vệ tinh nhân tạo bay được vòng quanh Trái Đất mà không bị
văng ra xa? Ta sẽ trả lời được các câu hỏi này qua tiết học hôm nay.
B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1. LỰC HƯỚNG TÂM
a. Mục tiêu: HS nhận biết và hiểu được khái niệm lực hướng tâm tác dụng lên
vật chuyển động tròn đều. b. Nội dung:
- GV cho HS đọc phần đọc hiểu trong mục I, GV đưa ra câu hỏi và yêu cầu HS trả lời.
- GV yêu cầu HS liên hệ tìm các ví dụ thực tế để giúp các em hiểu được rõ
hơn về chuyển động tròn đều và các lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều.
- HS thực hiện yêu cầu của giáo viên.
3. Bài tập công thức gia tốc hướng tâm - Vật lý 10
Bài 1: Một xe máy chuyển động thẳng đều với v = 46 km/h. Bán kính của lốp
xe là 60cm. Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe máy. Đáp án
Vận tốc của xe máy chính là tốc độ dài của một điểm trên lốp xe: V = 10 m/s Tốc độ góc là: ω = v/r = 16 rad/s
Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe là: Aht = v2/r = 160 m/s2
Bài 2: Một vệ tinh nhân tạo có quỹ đạo là một đường tròn cách mặt đất
500km, quay xung quanh trái đất 1 vòng hết 80p. Sử dụng công thức gia tốc
hướng tâm để tính Gia tốc hướng tâm của vệ tinh, biết Rtđ = 6497 km. Đáp án T = 80p = 4800s ω = 2πT = 30144 rad/s
Ta có: Aht = v2/r = (R + r). ω 2 = 6,26 m/s2
Bài 3: Một chiếc xe tập đi cho trẻ em chuyển động tròn đều với v = 81 km/h.
Bán kính của lốp xe là 42 m. Tính gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe? Đáp án
Vận tốc xe cũng là tốc độ dài của một điểm trên lốp xe v = 20 m/s
Gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe tròn là: aht = v2/r = 8,8 m/s2
Bài 4: Một chiếc xe tập đi cho trẻ em chuyển động tròn đều với vận tốc v = 81
km/h. Bán kính của lốp xe là 42 m. Hãy tính gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe? Đáp án:
Đầu tiên, chuyển đổi vận tốc từ km/h sang m/s bằng cách nhân với 5/18 (vì 1 km/h = 5/18 m/s):
v = 81 km/h * (5/18) = 22.5 m/s
Gia tốc hướng tâm (aht) tại một điểm trên lốp xe tròn được tính bằng công thức: aht = v²/r
Trong đó: aht là gia tốc hướng tâm (m/s²) v là vận tốc (m/s) r là bán kính của lốp xe (m) Thay vào công thức:
aht = (22.5 m/s)² / 42 m = 12.04 m/s² (kết quả làm tròn)
Vậy, gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp xe là khoảng 12.04 m/s² (kết quả làm tròn).
Bài 5: Một vệ tinh nhân tạo có quỹ đạo là một đường tròn cách mặt đất 500
km, quay xung quanh trái đất 1 vòng hết 80 phút. Sử dụng công thức gia tốc
hướng tâm để tính gia tốc hướng tâm của vệ tinh, biết bán kính trái đất (Rtđ) là 6497 km. Đáp án:
Chuyển đổi thời gian quay từ phút sang giây:
T = 80 phút = 80 x 60 giây = 4800 giây
Tính tốc độ góc (ω) của vệ tinh bằng công thức: ω = 2π / T
ω = 2π / 4800 giây ≈ 0.00131 rad/s
Gia tốc hướng tâm (Aht) của vệ tinh được tính bằng công thức: Aht = (Rtđ + r) * ω2 Trong đó:
r = 500 km + Rtđ = 500 km + 6497 km = 6997 km = 6.997 x 10^6 m
Rtđ là bán kính trái đất (km).
r là khoảng cách từ vệ tinh đến trái đất (km).
ω là tốc độ góc (rad/s).
Thay vào công thức gia tốc hướng tâm:
Aht = (6497 km + 6.997 x 10^6 m) * (0.00131 rad/s)2 Aht ≈ 6.26 m/s2
Vậy, gia tốc hướng tâm của vệ tinh là khoảng 6.26 m/s2
Document Outline

• Công thức tính gia tốc hướng tâm hay chi tiết nhất
  • 1. Công thức tính gia tốc hướng tâm - Vật lý lớp 1
  • 2. Giáo án Vật lý lớp 10 bài Gia tốc hướng tâm
  • 3. Bài tập công thức gia tốc hướng tâm - Vật lý 10