Giáo án Vật lý 12 - Chương I: Dao động và sóng cơ học - Lê Đình Bửu

CHƯƠNG I DAO ĐỘNG VÀ SÓNG CƠ HỌC Tiết 1 + 2: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Thông qua quan sát, học sinh hình thành khái niệm về dao động cơ học, dao động toần hoàn; Biết cách thiết lập phương trình động lực của con lắc lò xo; Hiểu được các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà và ý nghĩa vật lí của các đại lượng đó; viết được biểu thức liên hệ giữa vận tốc góc, chu kì và tần số, biểu thức của vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà; 2. Kĩ năng: Học sinh vận dụng được phương pháp động lực học để tìm phương trình dao động điều hoà của con lắc lò xo và con lắc đơn (con lắc toán học), hiểu được biểu thức của dao động là nghiệm của phương trình động lực học;Vẽ được đồ thị li độ theo thời gian với pha ban đầu j = 0. 3. Giáo dục thái độ: Giáo dục học ham mê khám phá khoa học, tìm hiểu và nghiên cứu hiện tượng mới của khoa học, tính tập thể trong nghiên cứu khoa học. B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Con lắc lò xo, con lắc đơn, hình vẽ miêu tả sự dao động hình chiếu P của điểm M trên đường kính P1P2. 2. Học sinh: Ôn lại kiến thức về động lực học và đặc điểm của lực đàn hồi; những kiến thức về chuyển động tròn đều như chu kì, tần số, vận tốc góc đã học ở lớp 10. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Đặt vấn đề - giới thiệu nội dung bài học. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Trong chương trình lớp 10, 11 chúng ta đã nghiên cứu và sử dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu các dạng chuyển động của vật thể, chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường và từ trường.Tuy nhiên chúng ta chưa bắt gặp được dạng chuyển động lặp đi lặp lại xung quanh một vị trí xác định. *Giáo viên tiến hành thí nghiệm để yêu cầu học sinh rút ra đặc điểm của chuyển động và hình thành khái niệm dao động. *Học sinh chú ý lắng nghe giáo viên đặt vấn đề, giới thiệu nội dung bài học; *Học sinh quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm và nhận xét được: Trong các trường hợp này, vật chỉ chuyển động qua lại xung quanh một vị trí xác định, vị trí xác định này là vị trí vật đứng yên. * Học sinh khái niệm dao động: Là những chuyển động được lặp đi lặp lại xung quanh một vị trí xác định gọi là vị trí cân bằng. Hoạt động 2: Tìm hiểu dao động tuần hoàn. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên tiến hành thí nghiệm, yêu cầu học sinh sử dụng đồng hồ bấm giây để kiếm tra quá trình thực hiện dao động của con lắc lò xo. * Giáo viên kết luận: Vậy vật sẽ lặp lại trạng thái dao động trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì. * Giáo viên yêu cầu học sinh hình thành khái niệm chu kì T của dao động điều hoà. *Học sinh quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm, sử dụng đồng hồ bấm giây để chứng tỏ vật sẽ thực hiện những dao động toàn phần với những khoảng thời gian bằng nhau bất kì; * Học sinh ghi nhận khái niệm dao động tuần hoàn. * Học sinh nắm được dao động tuần hoàn thì có tính chu kì, liên hệ với chuyển động tròn đều đã học ở lớp 10 để hình thành khái niệm chu kì dao động. Hoạt động 3: Nghiên cứu dao động điều hoà. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên tiến hành thí nghiệm dao động điều hoà với con lắc đơn; * Lắp sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ (ở sách giáo khoa); * Tiến hành cho con lắc đơn dao động và cho mặt bàn chuyển động đều nhờ một động cơ; *Yêu cầu học sinh nhận xét đường mà bút lông vạch trên bàn; *Học sinh nhận xét được: Li độ x của bi là một hàm cosin (sin) theo thời gian t: x = Acos(wt + j) *Giáo viên trình tự phân tích và dẫn dắt học sinh nắm được khái niệm về dao động điều hoà. Dao động điều hoà là dao động có li độ x tuân theo quy luật hàm cosin (hoặc sin) đối với thời gian t: x = Acos(wt + j) Trong đóA, w và j là các hằng số đặc trưng cho mỗi dao động. * Giáo viên dẫn dắt học sinh nắm được khái niệm về phương trình dao động điều hoà; * Giáo viên yêu cầu học sinh tìm mối liên hệ giữa hàm cosin và hàm sin để chứng tỏ hai hàm trên đều là hai hàm điều hoà về mặt toán học. *Học sinh quan sát giáo viên lắp ghép dụng cụ thí nghiệm; * Học sinh tìm hiểu và nghiên cứu đê nắm được mục đích thí nghiệm: Khi cho bàn chuyển động thẳng đều, tập hợp điểm mà bút lông vạch lên bàn cho ta biết được li độ của con lắc theo thời gian; * Học sinh quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm và nhận xét được: Hình dạng của đường cong là một đường cosin hay đường sin của thời gian t. *Học sinh nắm được khái niệm về dao động điều hoà; Dao động điều hoà là dao động có li độ x tuân theo quy luật hàm cosin (hoặc sin) đối với thời gian t: x = Acos(wt + j) Trong đóA, w và j là các hằng số đặc trưng cho mỗi dao động. *Học sinh nắm được phương trình của dao động điều hoà; *Học sinh thảo luận theo nhóm, tìm mối liên hệ giữa hàm cosin và hàm sin, vận dụng kiến thức toán học để chứng minh là hàm điều hoà, từ đó suy ra những chuyển động có li độ tuân theo quy luật hàm cosin hay sin đối với thời gian t là dao động điều hoà. Hoạt động 4: Tìm hiểu các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hoà HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh tìm giới hạn li độ dao động điều hoà; * Giáo viên phân tích, để học sinh rút ra được biên độ A = xmax > 0; * Giáo viên nhấn mạnh: - A £ x £ A; * Giáo viên dẫn dắt học sinh nắm được khái niệm pha dao động: wt + j; * Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để tìm ý nghĩa vật lí của pha dao động; * Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận để tìm khái niệm pha ban đầu (t = 0) và ý nghĩa của pha ban đầu; *Giáo viên nêu khái niệm độ lệch pha dao động ban đầu Dj = j2 - j1; *Giáo viên nêu khái niệm hai dao động cùng pha. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại khái niệm chu kì trong chuyển động tròn đều đã học lớp 10, từ đó yêu cầu học sinh rút ra khái niệm chu kì dao động điều hoà; * Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm, tìm mối liên hệ giữa w và T; * Giáo viên nhấn mạnh: Đại lượng f = được gọi là tần số dao động, được xác định là số dao động toàn phần trong 1 giây. * Giáo viên nhấn mạnh: đại lượng w = = 2pf được gọi là tần số góc của dao động điều hoà có đơn vị là rad/s. *Giáo viên nhấn mạnh: Nếu biết được các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà thì ta có thể thiết lập được phương trình của dao động điều hoà. *Học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời câu hỏi của giáo viên, câu trả lời đúng: + Quỹ đạo trong dao động điều hoà của vật là đoạn thẳng s = 2A. + Li độ của vật biến thiên trong khoảng: - A £ x £ A *Học sinh thảo luận theo nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên, câu trả lời đúng: Pha dao động là đại lượng trung gian cho phép ta xác định được trạng thái dao động của vật ở thời điểm t; * Học sinh rút ra được khái niệm pha ban đầu j ứng với pha dao động tại thời điểm t = 0, là đại lượng trung gian cho phép ta xác định được trạng thái dao động ban đầu, ứng với t = 0. * Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; * Học sinh nhắc lại khái niệm chu kì trong chuyển động tròn đều: Là khoảng thời gian để vật chuyển động tròn đều được một vòng. * Học sinh nắm được khái niệm chu kì trong dao động điều hoà; * Học sinh thảo luận theo nhóm để thiết lập được biểu thức: T = * Học sinh nắm được ý nghĩa vật lí của tần số trong dao động điều hoà của con lắc lò xo, qua đó tìm mối liên hệ giữa vận tốc góc, chu kì và tần số trong dao động điều hoà. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức theo yêu cầu của giáo viên. Hoạt động 5: Tìm hiểu vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nêu ý nghĩa cơ học của đạo hàm cấp 1 và đạo hàm cấp 2 ở giải tích 11 *Giáo viên cho phương trình dao động điều hoà của một chất điểm: x = Acos(wt + j); *Giáo viên yêu cầu học sinh tìm biểu thức vận tốc tức thời của một chất điểm tại thời điểm t; *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm, chứng minh rằng, tại mọi thời điểm t, ta luôn luôn có hệ thức: A2 = x2 + => v = *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm, nhận xét về pha dao động của vận tốc và li độ; *Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về vận tốc của vật tại vị trí biên (x = ±A) và vận tốc của vật tại vị trí cân bằng (x = 0). *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc cá nhân, thiết lập biểu thức của gia tốc tức thời tại thời điểm t; * Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về giá trị của gia tốc tại vị trí biên (x = ±A) và tại vị trí cân bằng (x = 0); *Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về độ lệch pha của gia tốc tức thời và li độ. *Học sinh thảo luận theo nhóm trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. Câu trả lời đúng về ý nghĩa cơ học của đạo hàm: + vận tốc tức thời của chuyển động là đạo hàm cấp 1 của quỹ đạo đối với thời gian; + Gia tốc tức thời của chuyển động là đạo hàm cấp 2 của quỹ đạo theo thời gian. *Học sinh làm việc cá nhân, thiết lập biểu thức tức thời của vận tốc: x = -wAsin(wt + j) *Học sinh thảo luận theo nhóm, thiết lập biểu thức A2 = x2 + => v = theo yêu cầu của giáo viên. *Học sinh thảo luận theo nhóm, kết luận về độ lệch pha của vận tốc và li độ. *Học sinh làm việc cá nhân, rút ra được: + Tại vị trí biên: x = ±A thì v = 0; + Tại vị trí cân bằng, x = 0, v = ±wA. => max = wA *Học sinh làm việc cá nhân, thiết lập biểu thức gia tốc trong dao động điều hoà: a = -w2Acos(wt + j); => a = -w2x *Học sinh làm việc theo nhóm, trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Học sinh thảo luận theo nhóm, nhận xét được gia tốc ngược pha với li độ. Hoạt động 6: Tìm hiểu đồ thị toạ độ - thời gian trong dao động điều hoà: x = x(t) HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại đặc điểm của đồ thị hàm cosin; * Giáo viên nhấn mạnh: Đồ thị hàm cosin tuần hoàn với chu kì T = 2p; * Giáo viên phân tích và hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị hàm số x = A1cosin(wt) và x = A2cosin(wt) trên cùng một hệ trục toạ độ. *Giáo viên phân tích và yêu cầu học sinh vẽ vào giấy đồ thị hai hàm số trên cùng hệ trục toạ độ: x = Acosin(wt) và x = Acosin(wt + ) . * Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm vẽ đồ thị hai hàm cosin ngược pha trên cùng một hệ trục toạ độ: x = Acosin(wt) và x = Acosin(wt +p ) *Học sinh nhắc lại dạng đồ thị của hàm số cosin (sin) theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh ghi nhớ kiến thức; *Học sinh làm việc theo nhóm, vẽ đồ thị theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh nhận xét hai đồ thị trên cùng một hệ trục toạ độ; *Học sinh làm việc theo nhóm, vẽ hai đồ thị lên cùng một hệ trục toạ độ; *Học sinh nhận xét đồ thị hai hàm số; *Học sinh làm việc theo nhóm, vẽ hai đồ thị lên cùng một hệ trục toạ độ; *Học sinh nhận xét đồ thị hai hàm số; Hoạt động 7: Củng cố bài học và định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên đưa ra các câu hỏi nhằm củng cố kiến thức cho học sinh: + Trình bày khái niệm dao động tuần hoàn và dao động điều hoà? Dao động điều hoà có phải là dao động tuần hoàn không? Tại sao? + Viết biểu thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số trong dao động điều hoà; *Giáo viên yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập ở sách giáo khoa; *Giáo viên yêu cầu học sinh xem trước bài mới: Con lắc lò xo.. *Học sinh làm việc cá nhân trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. Câu trả lời đúng: + Khái niệm về dao động tuần hoàn, dao động điều hoà (như sách giáo khoa); + Dao động điều hoà là dao động tuần hoàn vì chúng có tính chu kì, ngược lại dao động tuần hoàn không phải là dao động điều hoà, vì chưa hẳn chúng có li độ tuân theo quy luật dạng sin đối với thời gian. + Học sinh viết biểu thức theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh tiếp thu và ghi nhận nhiệm vụ học tập theo yêu cầu của giáo viên; D. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY ..........E. PHẦN GIÁO ÁN BỔ SUNG ..........Tiết CON LẮC LÒ XO A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh 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. 2. Kĩ năng: Học sinh giải thích được tại sao dao động của con lắc là dao động điều hoà, nêu được định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động; Áp dụng được công thức và đinh có trong bài để giải các bài tập cơ bản liên quan; Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo. 3. Giáo dục thái độ: B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Con lắc lò xo dao động theo phương ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ nhật “V” ngược chiều chuyển động trên đệm không khí. 2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi đã học lớp 10. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - Đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh làm bài tập; *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số. *Giáo viên nhận xét, bổ sung và cho điểm. *Giáo viên nêu mục tiêu bài học. * Một học sinh lên bảng làm bài tập theo yêu cầu của giáo viên; * Học sinh làm việc theo nhóm, tìm kết quả và đánh giá bài làm của bạn; *Học sinh tiếp nhận thông tin, nhận thức vấn đề cần nghiên cứu. Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo của con lắc lò xo và chuyển động của vật khi vật bị lệch ra khỏi VTCB. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên cho học sinh quan sát con lắc lò xo và yêu cầu học sinh mô tả cấu tạo của nó. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét trạng thái ban đầu của vật khi lò xo không bị biến dạng. *Giáo viên tiến hành thí nghiệm: Đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng rồi buông vật để vật dao động, yêu cầu học sinh nhận xét trạng thái chuyển động của vật. * Vậy chuyển động của con lắc lò xo được mô tả bởi phương trình toán học nào. *Học sinh quan sát và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. Câu trả lời đúng về cấu tạo của con lắc lò xo: + Một lò xo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể (có thể bỏ qua trong quá trình khảo sát); + Một vật có khối lượng m, kích thước không đáng kể; *Học sinh thảo luận làm việc theo cặp, trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. Vật đứng yên, ở vị trí cân bằng (hợp lực tác dụng lên vật m bằng không). *Học sinh quan sát và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: Vật sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng. *Học sinh tiếp nhận thông tin, suy nghĩ và dự đoán dạng phương trình chuyển động của vật cần phải thiết lập. Hoạt động 3: Khảo sát dao động con lắc lò xo về mặt động lực học. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại phương pháp động lực học đã học ở lớp 10; * Giáo viên hướng dẫn học sinh chọn hệ trục toạ độ thích hợp. *Giáo viên yêu cầu học sinh xác định các lực tác dụng lên vật m tại vị trí cân bằng và tại vị trí lò xo dãn . * Giáo viên nhấn mạnh: * Giáo viên phân tích và dẫn dắt học sinh = x. *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức của định luật II Newton. *Giáo viên hướng dẫn học sinh đặt: w = *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm, chứng minh rằng biểu thức có đơn vị là giây. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại mối liên hệ giữa gia tốc tức thời và li độ trong dao động điều hoà => Kết luận vấn đề. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại mối liên hệ giữa tần số góc, tần số và chu kì trong dao động điều hoà => Tìm biểu thức tính chu kì, tần số trong dao động điều hoà của con lắc lò xo. *Giáo viên yêu cầu học sinh phân tích lực tác dụng và tìm hướng của hợp lực khi vật ở li độ x? *Giáo viên nhấn mạnh: Lực kéo về còn được gọi là lực hồi phục, lực này gây ra gia tốc cho vật dao động điều hoà. *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm, phân biệt lực đàn hồi và lực kéo về (lực hồi phục). *Học sinh làm việc theo nhóm, tái hiện lại kiến thức để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Học sinh xác định được hệ trục toạ độ để trong quá trình khảo sát được thuận lợi. *Học sinh thảo luận theo nhóm và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; + Tại vị trí cân bằng: + Tại vị trí vật mà lò xo biến dạng . *Học sinh chiếu lên hệ trục toạ độ và vận dụng biểu thức của định luật Hooke để xác định được: a = - x *Học sinh làm việc theo nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Học sinh ghi nhận phương pháp. *Học sinh làm việc theo nhóm để rút ra được kết luận: Hệ dao động điều hoà, với li độ: x = Acos(wt + j) *Học sinh làm việc cá nhân, tái hiện lại kiến thức trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: + Chu kì dao động của con lắc lò xo: T = 2p + Tần số dao động của con lắc lò xo: f = *Học sinh ghi nhận đặc điểm của lực kéo về (lực hồi phục); *Học sinh thảo luận theo nhóm, phân biệt lực hồi phục và lực đàn hồi. Hoạt động 4: Khảo sát đao dộng của con lắc lò xo về mặt năng lượng. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại biểu thức tính động năng của vật dao động. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại biểu thức tính thế năng đàn hồi của lò xo. *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức cơ năng toàn phần của con lắc lò xo; *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm để chứng minh rằng cơ năng toàn phần của hệ dao động được bảo toàn. *Giáo viên yêu cầu học sinh kết luận vấn đề. *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm trả lời câu hỏi C2. + Khi con lắc chuyển động từ VTCB ® biên: Động năng giảm, thế năng tăng; + Khi con lắc chuyển động từ biên ® VTCB: Động năng tăng, thế năng giảm. *Học sinh tái hiện lại kiến thức để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên? Wđ = mv2; Wt = k = kx2 *Học sinh viết được biểu thức của cơ năng toàn phần hệ dao động: W = mv2 + kx2; *Học sinh làm việc theo nhóm để chứng minh được: W = kA2 = mw2A2 = const *Học sinh kết luận vấn đề: + Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động; + Nếu bỏ qua masát thì cơ năng của con lắc được bảo toàn. *Học sinh làm việc theo nhóm, trả lời câu hỏi C2: Hoạt động : Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh hệ thống kiến thức và các công thức cơ bản của bài học; *Giáo viên yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập ở sách giáo khoa trang 13; *Giáo viên yêu cầu học sinh về nhà chuẩn bị bài tiếp theo. *Học sinh trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh ghi nhận nhiệm vụ học tập. PHẦN GIÁO ÁN BỔ SUNG : .. .. .. Tiết CON LẮC ĐƠN A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh nắm 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, tần số dao động của con lắc đơn; 2. Kĩ năng: Viết được công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn; xác định được lực kéo về tác dụng lên con lắc đơn; Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng của con lắc khi dao động; Vận dụng kiến thức về con lắc đơn và dao động điều hoà để giải một số bài tập cơ bản liên quan; Nắm được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. 3. Giáo dục thái độ: B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Con lắc đơn. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực, cơ năng của con lắc lò xo. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên nêu câu hỏi và bài tập để kiểm tra bài cũ của học sinh: 1. Viết biểu thức tính chu kì, tần số và cơ năng toàn phần của con lắc lò xo; 2. Giải bài tập 5,6/sgk – 13; *Giáo viên nhận xét và cho điểm. * Giáo viên đặt vấn đề, nêu mục tiêu của bài học. *Học sinh tái hiện lại kiến thức để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Hai học sinh lên bảng giải bài tập theo yêu cầu của giáo viên, các học sinh còn lại thảo luận theo nhóm, nhận xét bài làm của bạn. *Học sinh nhận thức vấn đề, hình thành ý tưởng nghiên cứu bài học. Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo và chuyển động của con lắc đơn. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên giới thiệu con lắc đơn (con lắc toán học), yêu cầu học sinh mô tả cấu tạo; *Giáo viên giữ cho vật nằm ở vị trí cân bằng, yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét đặc điểm của vị trí này. * Giáo viên tiến hành thí nghiệm: Đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng rồi buông tay, yêu cầu học sinh quan sát và nhận xét dạng chuyển động của con lắc đơn. * Vậy con lắc đơn có dao động điều hoà không? Để làm rõ vấn đề này, chúng ta cần phải thiết lập phương trình chuyển động của nó. *Học sinh quan sát và nhận xét về cấu tạo của con lắc lò xo: Vật nhỏ có khối lượng m được treo vào một đầu của một sợi dây không dãn dài l. Đầu kia của dây được treo vào một điểm cố định. *Học sinh quan sát và nhận xét được: + Khi vật ở vị trí cân bằng thì dây treo có phương thẳng đứng; + Học sinh quan sát và nhận xét được: Vật m dao động qua lại xung quanh vị trí cân bằng. *Học sinh suy nghĩ và phán đoán rằng: Vật dao động điều hoà. Hoạt động 3: Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên hướng dẫn học sinh chọn hệ quy chiếu thích hợp; * Giáo viên yêu cầu học sinh phân tích các lực tác dụng lên vật m trong hai trường hợp: + Vật ở vị trí cân bằng; + Vật ở vị trí có li độ góc a; *Giáo viên hướng dẫn học sinh phân tích lực căng , trọng lực thành hai thành phần pháp tuyến và thành phần tiếp tuyến ; *Giáo viên phân tích và lập luận thành phần pháp tuyến không làm thay đổi tốc độ của vật. *Giáo viên phân tích để chứng tỏ rằng hợp lực của chúng là lực hướng tâm để giữ cho vật chuyển động trên cung tròn; *Giáo viên hướng dẫn để học sinh rút ra được biểu thức của lực kéo về: Pt = -mgsina; * Vậy con lắc đơn có dao động điều hoà không? Vì sao? Muốn con lắc đơn dao động điều hoà thì cần phải có điều kiện gì? *Giáo viên dẫn dắt học sinh vào điều kiện của con lắc đơn dao động điều hoà: Khi a≤ 10o => sina » a (rad) = *Giáo viên chứng tỏ rằng trong trường hợp này thì con lắc dao động điều hoà. *Giáo viên yêu cầu học sinh kết luận vấn đề. *Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra biểu thức tính chu kì và tần số dao động của con lắc đơn: *Học sinh làm việc theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh phân tích lực tác dụng lên vật m: ,; + Tại vị trí cân bằng: + = 0; + Tại vị trí có li độ góc a: = + ¹ 0 *Học sinh làm việc theo trình tự dẫn dắt của giáo viên: + Phân tích trọng lực thành hai thành phần pháp tuyến và thành phần tiếp tuyến ; + Học sinh lập luận: Thành phần luôn vuông góc với phương chuyển động nên không làm thay đổi tốc độ chuyển động, vì vật + = 0; *Học sinh làm việc cá nhân, rút ra được biểu thức: Pt = -mgsina *Học sinh nhận xét được rằng, lực kéo về không tỉ lệ với li độ nên con lắc đơn không dao động điều hoà. * Học sinh làm việc theo nhóm, tìm điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà khi: Pt = -mga. Điều đó xảy ra khi chỉ khi: sina » a => a≤ 10o. *Học sinh thảo luận theo nhóm để thiết lập được biểu thức: Pt = - ms, so sánh và rút ra được phương trình dao động của con lắc đơn: s = socos(wt + j). *Học sinh làm việc cá nhân, rút ra biểu thức tính chu kì, tần số dao động của con lắc đơn: T = 2p (s) ; f = (Hz) Hoạt động 4: Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh xác định các dạng năng lượng trong quá trình dao động của con lắc đơn; * Giáo viên yêu cầu học sinh xác định gốc thế năng trọng trường để dễ khảo sát thế năng; *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức tính động năng của vật; * Giáo viên yêu cầu học sinh thiết lập biểu thức tính thế năng tại vị trí có li độ góc a; *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức cơ năng toàn phần của con lắc trong quá trình dao động; *Có nhận xét gì về cơ năng toàn phần của hệ trong quá trình dao động nếu bỏ qua sức cản của môi trường? *Giáo viên yêu cầu học sinh mô tả một cách định tính sự biến đổi năng lượng của con lắc đơn trong quá trình dao động. *Học sinh thảo luận để rút ra các dạng năng lượng trong quá trình dao động của con lắc đơn: động năng và thế năng trọng trường; *Học sinh nêu biểu thức động năng:Wđ = mv2 * Học sinh làm việc theo nhóm, chứng minh được biểu thức thế năng: Wt = mgl(1 - cosa); * Học sinh làm việc cá nhân, viết biểu thức cơ năng toàn phần: W = mv2 + mv2 *Học sinh tái hiện kiến thức đã học, nhận định được cơ năng toàn phần của hệ được bảo toàn: W = mv2 + mv2 = const * Học sinh thảo luận theo nhóm, tìm hiểu sự biến đổi năng lượng cảu con lắc đơn trong quá trình dao động. Hoạt động 5: Tìm hiểu ứng dụng của con lắc đơn để xác định gia tốc rơi tự do. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh đọc sách giáo khoa để tìm hiểu nội dung. Học sinh làm việc theo yêu cầu của giáo viên. Hoạt động 6: Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu một học sinh đọc nội dung tóm tắt ở sách giáo khoa; * giáo viên yêu cầu hai học sinh lên bảng làm bài tập 6,7/sgk – 17; * Giáo viên yêu cầu học sinh chuẩn bị nội dung bài học tiếp theo. *Học sinh làm việc cá nhân theo yêu cầu của giáo viên; * Hai học sinh làm việc theo yêu cầu của giáo viên, cả lớp làm việc theo nhóm, nhận xét và bổ sung bài làm; *Học