Bài giảng môn học Vật lý lớp 12 - Bài 1: Dao động điều hoà

Tiế PPCT: 1+2 Ngày soạn:10/08/10 Ngày giảng:.../..../10 Ngày giảng:.../..../10 DAO ĐỘNG CƠ Chương I Bài 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu được: + Định nghĩa dao động điều hoà. + Li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì? - Viết được: + Phương trình của dao động điều hoà và giải thích được cá đại lượng trong phương trình. + Công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số. + Công thức vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà. - Vẽ được đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng 0. - Làm được các bài tập tương tự như Sgk. 2. Kĩ năng: - Quan sát hình vẽ để rút ra nhận xét - Vẽ được đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng không. - Vận dụng lí thuyết làm được các bài tập tương tự. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Hình vẽ mô tả dao động của hình chiếu P của điểm M trên đường kính P1P2 và thí nghiệm minh hoạ. 2. Học sinh: Ôn lại chuyển động tròn đều (chu kì, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kì hoặc tần số). III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định tổ chức: 3. Bài mới: Hoạt động 1 (10 phút): Tìm hiểu về dao động cơ Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Lấy các ví dụ về các vật dao động trong đời sống: chiếc thuyền nhấp nhô tại chỗ neo, dây đàn ghita rung động, màng trống rung động ® ta nói những vật này đang dao động cơ ® Như thế nào là dao động cơ? - Khảo sát các dao động trên, ta nhận thấy chúng chuyển động qua lại không mang tính tuần hoàn ® xét quả lắc đồng hồ thì sao? - Dao động cơ có thể tuần hoàn hoặc không. Nhưng nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau (T) vật trở lại vị trí như cũ với vật tốc như cũ ® dao động tuần hoàn. - Là chuyển động qua lại của một vật trên một đoạn đường xác định quanh một vị trí cân bằng. - Sau một khoảng thời gian nhất định nó trở lại vị trí cũ với vận tốc cũ ® dao động của quả lắc đồng hồ tuần hoàn. I. Dao động cơ 1. Thế nào là dao động cơ - Là chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng. - VTCB: thường là vị trí của vật khi đứng yên. 2. Dao động tuần hoàn - Là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí như cũ với vật tốc như cũ. Hoạt động 2 (30 phút): Tìm hiểu phương trình của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Minh hoạ chuyển động tròn đều của một điểm M M M0 P1 x P O wt j + - Nhận xét gì về dao động của P khi M chuyển động? - Khi đó toạ độ x của điểm P có phương trình như thế nào? - Có nhận xét gì về dao động của điểm P? (Biến thiên theo thời gian theo định luật dạng cos) - Y/c HS hoàn thành C1 - Hình dung P không phải là một điểm hình học mà là chất điểm P ® ta nói vật dao động quanh VTCB O, còn toạ độ x chính là li độ của vật. - Gọi tên và đơn vị của các đại lượng có mặt trong phương trình. - Lưu ý: + A, w và j trong phương trình là những hằng số, trong đó A > 0 và w > 0. + Để xác định j cần đưa phương trình về dạng tổng quát x = Acos(wt + j) để xác định. - Với A đã cho và nếu biết pha ta sẽ xác định được gì? ((wt + j) là đại lượng cho phép ta xác định được gì?) - Tương tự nếu biết j? - Qua ví dụ minh hoạ ta thấy giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà có mối liên hệ gì? - Trong phương trình: x = Acos(wt + j) ta quy ước chọn trục x làm gốc để tính pha của dao động và chiều tăng của pha tương ứng với chiều tăng của góc trong chuyển động tròn đều. - Trong quá trình M chuyển động tròn đều, P dao động trên trục x quanh gốc toạ độ O. x = OMcos(wt + j) - Vì hàm sin hay cosin là một hàm điều hoà ® dao động của điểm P là dao động điều hoà. - Tương tự: x = Asin(wt + j) - HS ghi nhận định nghĩa dao động điều hoà. - Ghi nhận các đại lượng trong phương trình. - Chúng ta sẽ xác định được x ở thời điểm t. - Xác định được x tại thời điểm ban đầu t0. - Một điểm dao động điều hoà trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó. II. Phương trình của dao động điều hoà 1. Ví dụ - Giả sử một điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn theo chiều dương với tốc độ góc w. - P là hình chiếu của M lên Ox. - Giả sử lúc t = 0, M ở vị trí M0 với (rad) - Sau t giây, vật chuyển động đến vị trí M, vớirad - Toạ độ x = của điểm P có phương trình: x = OMcos(wt + j) Đặt OM = A x = Acos(wt + j) Vậy: Dao động của điểm P là dao động điều hoà. 2. Định nghĩa - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) của thời gian. 3. Phương trình - Phương trình dao động điều hoà: x = Acos(wt + j) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0) + w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm. 4. Chú ý (Sgk) Tiết2 Hoạt động 3 (15 phút): Tìm hiểu về chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dao động điều hoà có tính tuần hoàn ® từ đó ta có các định nghĩa - Trong chuyển động tròn đều giữa tốc độ góc w, chu kì T và tần số có mối liên hệ như thế nào? - HS ghi nhận các định nghĩa về chu kì và tần số. III. Chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà 1. Chu kì và tần số - Chu kì (kí hiệu và T) của dao động điều hoà là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần. + Đơn vị của T là giây (s). - Tần số (kí hiệu là f) của dao động điều hoà là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây. + Đơn vị của f là 1/s gọi là Héc (Hz). 2. Tần số góc - Trong dao động điều hoà w gọi là tần số góc. Đơn vị là rad/s. Hoạt động 4 (15 phút): Tìm hiểu về vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian ® biểu thức? ® Có nhận xét gì về v? a<0 a>0 P2 P1 x x>0 0 x<0 - Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc theo thời gian ® biểu thức? - Dấu (-) trong biểu thức cho biết điều gì? x = Acos(wt + j) ® v = x’ = - wAsin(wt + j) - Vận tốc là đại lượng biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ. ® a = v’ = - w2Acos(wt + j) - Gia tốc luôn ngược dấu với li độ (vectơ gia tốc luôn luôn hướng về VTCB) IV. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà 1. Vận tốc v = x’ = - wAsin(wt + j) - Ở vị trí biên (x = ±A): ® v = 0. - Ở VTCB (x = 0): ® |vmax| = wA 2. Gia tốc a = v’ = - w2Acos(wt + j) = - w2x - Ở vị trí biên (x = ±A): ® |amax| = - w2A - Ở VTCB (x = 0): ® a = 0 Hoạt động 5 (10 phút): Vẽ đồ thị của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Hướng dẫn HS vẽ đồ thị của dao động điều hoà x = Acoswt (j = 0) - Dựa vào đồ thị ta nhận thấy nó là một đường hình sin, vì thế người ta gọi dao động điều hoà là dao động hình sin. - HS vẽ đồ thị theo hướng dẫn của GV. V. Đồ thị trong dao động điều hoà t 0 x T Hoạt động 6 (5 phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Baøi taäp : Moät vaät dao ñoäng ñieàu hoøa coâng thöùc naøo sau ñaây sai : A T = B . f = C. D . - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Chọn phương án. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. V. Rút kinh nghiệm: Tiết PPCT: 03 Ngày soạn: 20/8/09 Ngày giảng:27/8/09 BÀI TẬP I- MỤC TIÊU 1.Kiến thức -Củng cố các kiến thức về dao động điều hoà 2.Kỹ năng -Học sinh dụng được công thức tính chu kỳ , tần số ,tần số gốc ,vận tốc , gia tốc của vật dao động điều hòa . -Học sinh viết được phương trình dao động điều hòa và giải thích được các đại lượng trong phương trình . II. CHUẨN BỊ: 1 . Giaùo vieân : Đề bài tập 2 . Hoïc sinh : Ôn bài cũ( dao ñoäng, dao ñoäng ñieàu hoaø.chu kì, taàn soá, li ñoä, bieân ño,ä ) II- TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (5 phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản -Phát biểu định nghĩa của dao động điều hoà. -Viết phương trình của dao động điều hoà và giải thích các đại lượng trong phương trình. -Nhận xét ghi điểm - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin hay sin của thời gian -Phương trình dao động điều hoà :x = Acos(wt + j) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0) + w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm. - Nhận xét trả lời của bạn. - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin hay sin của thời gian -Phương trình dao động điều hoà :x = Acos(wt + j) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0) + w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm. Hoạt động 2(35 phút) Bài tập tự luận HOAÏT ÑOÄNG G.V HOAÏT ÑOÄNG H.S NOÄI DUNG CÔ BAÛN BÀI 1. Một vật dao động điều hoà có pt x = 5Cos(2pt) a-Xác định A,j,w,T,f. b-Viết biểu thức v,a. tính vmax, amax. c-Xác định x,v,a khi t=0,5s và nhận xét về tính chất CĐ d-Xác định vận tốc, gia tốc khi vật cách vị trí cân bằng 3cm. +Goïi HSnhaéc PT dao ñoäng? + So saùnh vôùi PTd ñ goïi HS xñ caùc ñaïi löôïng A,j,w,T,f. - Vmax xaùc ñònh baèng coâng thöùc naøo ? -a max xaùc ñònh baèng coâng thöùc naøo ? - goïi Hs leân xaùc ñònh a , v khi x= 2 cm gôi yù : cho bieát heä thöùc giöõa : A ,v, x? Bài 2 (SBT 1.7) Một vật dao động điều hòa có biên độ A = 24 cm ,chu ký T= 4 s Tại thời điểm t = 0 vật có li độ cực đại âm ( x = -A) a) Viết phương trình dao động điều hòa x ? b) Tình x ? v ? a ? ở thời điểm t = 0 ,5s c) Xác định thời điểm lần đầu tiên vật qua vị trí có li độ x = -12 cm và tốc độ tại thời điểm đó ? - nhaéc PT dao ñoäng x = Acos(wt + j) - xñ caùc ñaïi löôïng A,j,w,T,f. c vmax = w A - xaùc ñònh vmax a max = w2 A - xaùc ñònh a max - leân vieât CT a , v thay t = 0,5s tính giaù trò x, v, a . Döïa vaø heä thöùc ñoäc laäp HS xaùc ñònh a, v - nhaän xeùt tính chaát CÑ Giải: PT: x = 5Cos(2pt) a-Đồng nhất thức với PT : x=Acos(wt+j) ta có A=5cm; j= 0 (rad); w=2p (rad/s). + T=2p /w= 1(s); f=1/T= 1Hz. b- PT vận tốc v= - Aw cos(wt+j) v = - 10p sin (2pt) cm/s do vậy vmax=10pcm/s. -PT gia toác :a= -w2A cos (wt+j) = -20p2Cos(2pt) cm/s2 do vaäy amax= 20p2cm/s2. c-Thay t=0,5s vaøo caùc PT x,v,a ta laàn löôït tìm: +x= 5Cos(2pt) = 5 cos p= - 5 cm +v=- 10p sin (2p.0,5 ) cm/s = 0 a=- = - w2 x = 20p2cm/s2. Nhận xét: Vì x < 0 nên vật ở phía âm của trục toạ độ, v<0: vật chuyển động theo chiều âm, tích a.v<0: vật chuyển động chậm dần. d- Dùng hệ thức độc lập nên ±8pcm/s +x=±3cmÞa=-w2x=±12p2cm/s2 Bài 2 (SBT 1.7) Giải: a) (rad/s) Tại t = 0 Vậy x = 24 b) c) suy ra : t = v = 32,6 cm/s Hoạt động 3 (5 phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Bài 3 (SBT 2.19) Một vật dao động điều hòa có A = 4 cm ; T = 2 s a) Viết x ? chọn t = 0 lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương ? b) Tính li độ của vật tại thời điểm t = 5 ,5 s c) Các định những thời điểm vật đi qua điểm có li độ x1 = 2cm .Phân biệt lúc vật đi qua theo chiều + và theo chiều -? - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. HD: a) b) x = -4 cm c) vật đi theo chiều âm vật đi theo chiều dương V. Rút kinh nghiệm: Tiết PPCT: 04 Ngày soạn: 20/8/09 Ngày giảng:27/8/09 Bài 2 : CON LẮC LÒ XO I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Viết được: + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà. + Công thức tính chu kì của con lắc lò xo. + Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động. - Áp dụng được các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập. - Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo. 2. Kĩ năng: - Quan sát dao động và rút ra những nhận xét hợp lí - Vận dụng các công thức và định luật có trong bài để giải BT có trong SGK và các BT tương tự. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Con lắc lò xo theo phương ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ “V” ngược chuyển động trên đêm không khí. 2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (5 phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản -Phát biểu định nghĩa của dao động điều hoà. -Viết phương trình của dao động điều hoà và giải thích các đại lượng trong phương trình - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin hay sin của thời gian -Phương trình dao động điều hoà :x = Acos(wt + j) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0) + w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm. - Nhận xét trả lời của bạn. - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin hay sin của thời gian -Phương trình dao động điều hoà :x = Acos(wt + j) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0) + w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm. Hoạt động 2 (5 phút): Tìm hiểu về con lắc lò xo Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Minh hoạ con lắc lò xo trượt trên một mặt phẳng nằm ngang không ma sát và Y/c HS cho biết gồm những gì? x O x/ - HS dựa vào hình vẽ minh hoạ của GV để trình bày cấu tạo của con lắc lò xo. - HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay. I. Con lắc lò xo 1. ĐN: Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu kia của lò xo được giữ cố định. 2. VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng. Hoạt động 3 (15 phút): Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Vật chịu tác dụng của những lực nào? - Ta có nhận xét gì về 3 lực này? - Khi con lắc nằm ngang, li độ x và độ biến dạng Dl liên hệ như thế nào? - Giá trị đại số của lực đàn hồi? - Dấu trừ ( - ) có ý nghĩa gì? - Từ đó biểu thức của a? - Từ biểu thức đó, ta có nhận xét gì về dao động của con lắc lò xo? - Từ đó w và T được xác định như thế nào? - Nhận xét gì về lực đàn hồi tác dụng vào vật trong quá trình chuyển động. - Trường hợp trên lực kéo về cụ thể là lực nào? - Trường hợp lò xo treo thẳng đứng? - Trọng lực , phản lực của mặt phẳng, và lực đàn hồi của lò xo. - Vì nên hợp lực tác dụng vào vật là lực đàn hồi của lò xo. x = Dl F = -kx - Dấu trừ chỉ rằng luôn luôn hướng về VTCB. - So sánh với phương trình vi phân của dao động điều hoà a = -w2x ® dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Đối chiếu để tìm ra công thức w và T. - Lực đàn hồi luôn hướng về VTCB. - Lực kéo về là lực đàn hồi. - Là một phần của lực đàn hồi vì F = -k(Dl0 + x) II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học 1. Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài l của lò xo. Gốc toạ độ O tại VTCB, giả sử vật có li độ x. - Lực đàn hồi của lò xo ® F = -kx 2. Hợp lực tác dụng vào vật: - Vì ® Do vậy: a = -w2x 3. - Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo và 4. Lực kéo về - Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về. Vật dao động điều hoà chịu lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ. Hoạt động 4 (15 phút): Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Khi dao động, động năng của con lắc lò xo (động năng của vật) được xác định bởi biểu thức? III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng 1. Động năng của con lắc lò xo - Khi con lắc dao động thế năng của con lắc được xác định bởi biểu thức nào? - Xét trường hợp khi không có ma sát ® cơ năng của con lắc thay đổi như thế nào? - Cơ năng của con lắc tỉ lệ như thế nào với A? - Không đổi. Vì Vì k = mw2 nên - W tỉ lệ với A2. 2. Thế năng của con lắc lò xo 3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng a. Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động năng và thế năng của con lắc. b. Khi không có ma sát - Kết luận: Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. - Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn. Hoạt động 5 (5 phút): Củng cố,giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Câu 1. Tăng khối lượng vật nặng lên 4 lần thì chu kì của con lắc lò xo A. tăng 2 lần B. giảm 2 lần C. tăng 4 lần D. giảm 4 lần Câu 2. Trong quá trình dao động điều hoà cơ năng không đổi và tỉ lệ với A. khối lượng B. biên độ C. tần số D. bình phương biên độ -Nhắc lại những điểm kiến thức quan trọng - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Trả lời - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. V. Rút kinh nghiệm: Tiết PPCT: 05 Ngày soạn: 27/8/09 Ngày giảng:31/8/09 Bài 3 : CON LẮC ĐƠN I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu được cấu tạo của con lắc đơn. - Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà. Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn. - Viết được công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn. - Xác định được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn. - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động. - Giải được bài tập tương tự như ở trong bài. - Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. 2. Kĩ năng: - Quan sát dao động và rút ra những nhận xét hợp lí - Vận dụng các công thức và định luật có trong bài để giải BT có trong SGK và các BT tương tự. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Chuẩn bị con lắc đơn. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (5 phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản 1. Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về 2. Nêu công thức chu kì của con lắc lò xo 3. Viết công thức của động năng, thế năng và cơ năng củacon lắclò xo.Khi con lắc lò xo dao động điều hoà thì động năng và thế năng biến đổi qua lại như thế nào? 1. Khi con lắc lò xo đặt nằm ngang thì lực kéo về chính là lực đàn hồi của lò xo, xác định bởi công thức F = -kx. Dấu “- ” cho biết lực kéo về luôn ngược hướng với li độ x 2. Công thức tính chu kì củacon lắclò xo: 3. Động năng: Với Thì Thế năng: Với Thì Khi con lắc lò xo dao động điều hoà thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi qua lại lẫn nhau, khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại, nhưng tổng của chúng gọi là cơ năng luôn bảo toàn vàcó giá trị bằng: 1. Khi con lắc lò xo đặt nằm ngang thì lực kéo về chính là lực đàn hồi của lò xo, xác định bởi công thức F = -kx. Dấu “- ” cho biết lực kéo về luôn ngược hướng với li độ x 2. Công thức tính chu kì củacon lắclò xo: 3. Động năng: Với Thì Thế năng: Với Thì Khi con lắc lò xo dao động điều hoà thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi qua lại lẫn nhau, khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại, nhưng tổng của chúng gọi là cơ năng luôn bảo toàn vàcó giá trị bằng: Hoạt động 2 (3 phút): Tìm hiểu thế nào là con lắc đơn Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Mô tả cấu tạo của con lắc đơn m l α - Khi ta cho con lắc dao động, nó sẽ dao động như thế nào? - Ta hãy xét xem dao động của con lắc đơn có phải là dao động điều hoà? - HS thảo luận để đưa ra định nghĩa về con lắc đơn. - Dao động qua lại vị trí dây treo có phương thẳng đứng ® vị trí cân bằng. I. Thế nào là con lắc đơn 1. Con lắc đơn gồm vật nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu của một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, dài l. 2. VTCB: dây treo có phương thẳng đứng. Hoạt động 2 (17 phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản M l α > 0 α < 0 O + s = lα C - Con lắc chịu tác dụng của những lực nào và phân tích tác dụng của các lực đến chuyển động của con lắc. - Dựa vào biểu thức của lực kéo về ® nói chung con lắc đơn có dao động điều hoà không? - Xét trường hợp li độ góc α nhỏ để sinα » a (rad). Khi đó a tính như thế nào thông qua s và l. - Ta có nhận xét gì về lực kéo về trong trường hợp này? - Trong công thức mg/l có vai trò là gì? ® có vai trò gì? - Dựa vào công thức tính chu kì của con lắc lò xo, tìm chu kì dao động của con lắc đơn. - HS ghi nhận từ hình vẽ, nghiên cứu Sgk về cách chọn chiều dương, gốc toạ độ - Con lắc chịu tác dụng của hai lực và . - P.tích ® không làm thay đổi tốc độ của vật ® lực hướng tâm giữ vật chuyển động trên cung tròn. - Thành phần là lực kéo về. - Dù con lắc chịu tác dụng của lực kéo về, tuy nhiên nói chung Pt không tỉ lệ với α nên nói chung là không. s = la ® - Lực kéo về tỉ lệ với s (Pt = - k.s) ® dao động của con lắc đơn được xem là dao động điều hoà. - Có vai trò là k. ® có vai trò II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học 1. Chọn chiều (+) từ phải sang trái, gốc toạ độ tại O. + Vị trí của vật được xác định bởi li độ góc hay bởi li độ cong . + α và s dương khi con lắc lệch khỏi VTCB theo chiều dương và ngược lại. 2. Vật chịu tác dụng của các lực và . - Phân tích ® thành phần là lực kéo về có giá trị: Pt = -mg.sinα NX: Dao động của con lắc đơn nói chung không phải là dao động điều hoà. - Nếu a nhỏ thì sinα » a (rad), khi đó: Vậy, khi dao động nhỏ (sina » a (rad)), con lắc đơn dao động điều hoà với chu kì: Hoạt động 3 (10 phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Trong quá trình dao động, năng lượng của con lắc đơn có thể có ở những dạng nào? - Động năng của con lắc là động năng của vật được xác định như thế nào? - Biểu thức tính thế năng trọng trường? C m h H 0 h = - Trong quá trình dao động mối quan hệ giữa Wđ và Wt như thế nào? - Công thức bên đúng với mọi li độ góc (không chỉ trong trường hợp a nhỏ). - HS thảo luận từ đó đưa ra được: động năng và thế năng trọng trường. - HS vận dụng kiến thức cũ để hoàn thành các yêu cầu. Wt = mgz trong đó dựa vào hình vẽ z = l(1 - cosa) ® Wt = mgl(1 - cosa) - Biến đổi qua lại và nếu bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng được bảo toàn. III. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng 1. Động năng của con lắc 2. Thế năng trọng trường của con lắc đơn (chọn mốc thế năng là VTCB) Wt = mgl(1 - cosa) 3. Nếu bỏ qua mọi ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn. = hằng số. Hoạt động 4 (5 phút): Tìm hiểu các ứng dụng của con lắc đơn. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Y/c HS đọc các ứng dụng của con lắc đơn. - Hãy trình bày cách xác định gia tốc rơi tự do? - HS nghiên cứu Sgk và từ đó nêu các ứng dụng của con lắc đơn. + Đo chiều dài l của con lắc. + Đo thời gian của số dao động toàn phần ® tìm T. + Tính g theo: IV. Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do - Đo gia tốc rơi tự do Hoạt động 5 (5 phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản 1.Câu hỏi và bài tập về nhà: 1-Chu kỳ con lắc đơn thay đổi như thế nào ? khi tăng chiều dài 2 lần và giảm gia tốc 2 lần ( chu kỳ tăng 2 lần ) 2-Ơ vị trí nào động năng cực đại ? Thế năng cực đại ? 3-Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động của con lắc đơn (bỏ qua lực cản của môi trường ) A.Khi vật nặng qua vị trí biên ,cơ năng của con lắc bằng thế năng . B.Chuyển động của con lắc từ vị trí biên về vị trí cân bằng là nhanh dần. C. Khi vật nặng đi qua vị trí cân bằng , thì trọng lực tác dụng lên vật cân bằng với lực căng dây . D.Với dao động nhỏ thì dao động của con lắc là dao động điều hòa .( Chọn C ) 2.Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. V. Rút kinh nghiệm Tiết PPCT: 06 Ngày soạn: 31/8/09 Ngày giảng: 01/9/09 BÀI TẬP I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: -Luyện tập cho HS biết cách vận dụng kiến thức về dao động điều hòa của con lắc đơn : + Điều kiện dao động điều hòa + Phương trình dao động điều hòa + Tần số góc, chu kì, tần số + Cơ năng 2. Kĩ năng: - Vận dụng kiến thức về dao động điều hòa của con lắc đơn để giải bài tập II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Một số hình vẽ và bài tập về con lắc đơn. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về dao động điều hòa của con lắc đơn. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (5 phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi: + điều kiện dao động điều hòa của con lắc đơn? + Tốc độ góc, chu kì, tần số của dao động điều hòa của con lắc đơn? Đơn vị? + Cơ năng của con lắc đơn? - Nhận xét, cho điểm. Trả lời câu hỏi của GV. - Nhận xét trả lời của bạn. + Điều