Giáo án Vật lý 12 (cơ bản)

Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC Tiết 1: DAO ĐỘNG TUẦN HOÀN VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA – CON LẮC LÒ XO I. Mục đích yêu cầu: - Phân biệt dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa. - Nắm được các khái niệm chu kì, tần số, li độ, biên độ và biểu thức chu kỳ (và tần số), của dao động điều hòa, chu kỳ của con lắc lò xo. * Trọïng tâm: Dao động điều hòa; T, f (w) của dao động điều hòa; Chuyển động của con lắc lò xo. * Phương pháp: Pháp vấn, thực nghiệm. II. Chuẩn bị: - GV: lò xo, quả nặng; (hoặc dây cao su thay cho lò xo). - HS: xem sách GK. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: GV giới thiệu chương trình. C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I/ * GV nêu ví dụ: gió rung làm bông hoa lay động; quả lắc đồng hồ đung đưa sang phải sang trái; mặt hồ gợn sóng; dây đàn rung khi gãy * GV nhận xét: những ví dụ trên, ta thấy vật chuyển động trong một vùng không gian hẹp, không đi quá xa một vị trí cân bằng nào đó -> chuyển động như vậy gọi là dao động. I. DAO ĐỘNG: Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng. - Vị trí cân bằng thường là vị trí khi vật đứng yên. II/ * GV nêu ví dụ về dao động tuần hoàn: dao động của con lắc đồng hồ. * Hs nhắc lại ở lớp 10, các khái niệm, ký hiệu, đơn vị của: - Chu kỳ? (Là khoảng thời gian ngắn nhất vật thực hiện 1 lần dao động; [T], (s)) - Tần số? (Là số lần dao động vật quay được trong 1s. [n]: (Hz)) VD: 1 dao động -> T(s) f dao động <- 1(s) è f = ? II. DAO ĐỘNG TUẦN HOÀN: Dao động tuần hoàn: là dao động mà trạng thái chuyển động của vật được lặp đi lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. Chu kỳ: là khoảng thời gian ngắn nhất sau đó trạng thái dao động lặp lại như cũ (hay là khoảng thời gian để vật thực hiện được một lần dao động). Ký hiệu: T, đơn vị:s (giây) Tần số: là đại lượng nghịch đảo của chu kì, là số lần dao động trong một đơn vị thời gian. Ký hiệu: f, đơn vị Hz (Hezt). Biểu thức: III/ Xét con lắc lòxo: - Hs nhắc lại: bt đluật Hooke? bt đl II Newton? * Lưu ý: bt: F = -kx, trong đó: k: hệ số đàn hồi. x: độ dời của vật hay độ biến dạng. Dấu “-“ chỉ rằng lực đàn hồi luôn luôn hướng về vị trí cân bằng, nghĩa là khi chiếu lực lên trục x’x thì nó luôn ngược dấu với x. III. CON LẮC LÒ XO. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA A. Con lắc lò xo: Xét con lắc lò xo gồm: một hòn bi có khối lượng m, gắn vào một lò xo có khối lượng không đáng kể, lò xo có độ cứng k. Cả hệ thống được đặt trên một rãnh nằm ngang, chuyển động của hòn bi là chuyển động không ma sát. - Chọn hệ trục x’Ox nằm ngang, chiều dương từ trái sang phải. Gốc tọa độ O là lúc hòn bi đứng yên (vị trí cân bằng). - Kéo hòn bi ra khỏi vị trí cân bằng (O) một khoảng x = A, làm xuất hiện một lực đàn hồi có xu hướng kéo hòn bi về vị trí cân bằng. Khi buông tay, dưới tác dụng của lực đàn hồi , hòn bi dao động quanh vị trí cân bằng (Ngoài ra còn xuất hiện hai lực cân bằng là trọng lực và phản lực của thanh ngang, hai lực này xuất hiện theo phương thẳng đứng không ảnh hưởng gì tới chuyển động của viên bi). Theo định luật Hooke, trong giới hạn đàn hồi: F = -kx (Dấu trừ chứng tỏ lực F luôn ngược chiều với độ dịch chuyển x của hòn bi) . Áp dụng định luật II Newton: F = ma => ma = - kx Đặt: Vậy ta có pt: a = -w2x (1) * Ta biết, theo định nghĩa thì: - Vận tốc tức thời: - Gia tốc tức thời: Khi Dt vô cùng nhỏ, thì trở thành đạo hàm của x theo t, hoặc v theo t. Vậy, ta có thể viết: Từ pt dao động: x = A.sin(wt = j) + Vận tốc tức thời: v = x’ = wA.cos (wt + j). + Gia tốc tức thời: a = v' = x” = -w2A.sin (wt + j). Mặt khác, theo ý nghĩa đạo hàm: + Vận tốc bằng đạo hàm bậc nhất của quãng đường: v = x’ + Gia tốc bằng đạo hàm bậc nhất của vận tốc (hay bằng đạo hàm bậc hai của quãng đường): a = v’ = x’’ Từ (1) ta có thể viết lại: x’’ + w2 x (2) Phương trình (2) là một phương trình vi phân bậc hai nghiêïm có dạng: x = Asin(wt + j) (4) đây là phương trình chuyển động của con lắc lò xo. * GV hướng dẫn và nhắc thêm: - HS có thể cho biết đồ thị hàm sin là một đồ thị như thế nào? - Ngoài phương trình dạng sin, chúng ta còn có phương trình dạng cos: x = A.cos(wt + j) - Nhắc lại đơn vị của các đại lượng trong phương trình x? ([x]: (m); [A]: (m); [j]: (rad); [wt + j]: (rad); [w]: (rad/s)) B. Dao động điều hòa: Hàm sin là một hàm dao động điều hòa nên ta nói con lắc lò xo dao động điều hòa. 1. Định nghĩa dao động điều hòa: dao động điều hòa là một dao động được mô tả bằng một định luật dạng sin (cosin) đối với thời gian. 2. Phương trình dao động điều hòa: x = Asin(wt + j) hoặc x = Acos(wt + j) Trong đó: A, w, j là những hằng số. x: li độ dao động: là độ lệch của vật ra khỏi vị trí cân bằng. A: biên độ dao động: là giá trị cực đại của li độ dao động (xmax = A). j : pha ban đầu của dao động (pha ban đầu của dao động khi t = 0). (wt + j) : pha của dao động (pha dao động của vật ở tại thời điểm t). w: tần số gốc: là đại lượng trung gian cho phép xác định tần số (f) và chu kỳ (T) của dao động: * Hs nhắc lại: hàm sin là một hàm tuầnhoàn có chu kỳ bằng bao nhiêu? 4. Chu kỳ của dao động điều hòa: Chúng ta biết hàm sin là một hàm tuần hoàn có chu kỳ 2p, do đó: x = A.sin(wt+ j) = A.sin(wt + 2p + j) Vậy, li độ của dao động ở thời điểm cũng bằng li độ của nó ở thời điểm t => khoảng thời gian T= là chu kỳ của dao động điều hòa. * Ta có: * Con lắc lò xo: => T =? * Nếu có phương trình dạng cos: x = Acos(wt + j), thì: v, a =? (v = x’ = -wA.sin(wt+j) a = v' = - w2Acos(wt+j)) 5. Một số điểm lưu ý: * Ta có: ; vậy: tần số của dao động điều hòa. * Đối với con lắc lò xo, ta có: và * Cách chuyển phương trình dao động từ dạng cos sang dạng sin: x = A. cos(wt + j) = A sin(wt+j + D. Củng cố: * Nhắc lại: - Định nghĩa về: dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa. - Khái niệm chu kì, tần số, li độ, biên độ và biểu thức chu kỳ (và tần số) của dao động điều hòa, chu kỳ của con lắc lò xo. * Hướng dẫn trả lời các câu hỏi Sgk trang 7. E. Dặn dò: Hs xem trước bài: “Khảo sát dao động điều hòa”. Ngµy so¹n Ngµy d¹y Tiết 2: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I. Mục đích yêu cầu: - Hiểu cách chiếu một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo. - Nắm được các khái niệm: pha, pha ban đầu, tần số góc, dao động tự do, chu kỳ riêng và biểu thức của chu kỳ con lắc đơn. * Trọïng tâm: Chuyển động tròn đều và dao động điều hòa; Vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa; Chu kỳ của con lắc đơn. * Phương pháp: Pháp vấn, thực nghiệm. II. Chuẩn bị: - GV: một con lắc đơn dài khoảng 1m. Các đường biểu diễn x, v, a (hình 1.3 – Sgk trang 10) - HS: xem sách GK. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: 1. Định nghĩa: dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa? Phân biệt 3 dao động đó? 2. Viết phương trình của dao động điều hòa? Giải thích và định nghĩa của các đại lượng trong phương trình dao động đó? Định nghĩa chu kỳ và tần số của dao động điều hòa? 3. Công thức xác định T, f của con lắc lò xo? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. * GV Trình bày: Mt Mo C P x 0 x x' wt j wt + j Chiếu Mt xuống trục xx' tại P, ta được tọa độ: x= OP = ? => x = ? => Kết luận gì ve điểm dao động của P trên trục xx' I. Chuyển động tròn đều và dao động điều hòa. Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm 0, bán kính A, với vận tốc góc là w (rad/s) Chọn C là điểm gốc trên đường tròn. Tại: - Thời điểm ban đầu t = 0, vị trí của điểm chuyển động là M0, xác định bởi góc j. - Thời điểm t ¹ 0, vị trí của điểm chuyển động là Mt, Xác định bởi góc (wt + j) Chọn hệ trục tọa độ x’x đi qua 0 và vuông góc với 0C. Tại thời điểm t, chiếu điểm Mt xuống x’x là điểm P à có được tọa độ x = OP, ta có: x = OP = OMt sin(wt + j). Hay: x = A.sin (wt + j). Vậy chuyển động của điểm P trên trục x’x là một dao động điều hòa. Kết luận: Một dao động điều hòa có thể được coi như hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo. II. * HS nhắc lại ở bài trước, các đại lượng: j?; (wt + j)?; w?; f? * HS Nhắc lại: II. Pha và tần số của dao động điều hòa. * Pha của dao động điều hòa: + Tại thời điểm ban đầu t0, điểm P được xác định bởi góc j: pha ban đầu (hay góc pha ban đầu) cho phép xác định trạng thái ban đầu. + Pha của dao động điều hòa (wt + j) là đại lượng cho phép xác định trạng thái dao động ở mỗi thời điểm t bất kỳ (rad/s). * Tần số góc của dao động điều hòa: Vận tốc góc w cho biết số vòng quay của điểm M trong thời gian 1s; đồng thời cũng là số lần dao động của P trong 1s, nó cho phép xác định lượng: . Với: f: tần số; w: tần số góc (tần số vòng). III. * Gv diễn giảng: Xét con lắc, có độ cứng (k) và hòn bi (m). Pt d/động: x = A.sin(wt+j). Chọn t = 0 là gốc thời gian, là lúc ta buông tay và hòn bi bắt đầu dao động x = A, Thay t = 0 và x = A vào pt x => => * GV Nhận xét: Như vậy ta đã xác định được: A, j, T, w. Trong đó: A, j là điều kiện ban đầu, phụ thuộc cách kích thích dao động, hệ trục tọa độ và gốc thời gian. Nhưng T, w lại không đổi (không phụ thuộc yếu tố bên ngoài) => dao động của con lắc lò xo là một dao động tự do IV. Từ pt: x = A.sin(wt+j) Học sinh xác định v = ?, a = ? + Từ các pt x, v, a => kết luận gì? + Học sinh xác định ở các thời điểm: t = 0, , t = T thì li độ x, vận tốc v, gia tốc a có những giá trị nào, biến thiên như thế nào? III. Dao động tự do. 1. Định nghĩa: Dao động tự do là dao động mà chu kỳ chỉ phụ thuộc vào đặc tính của hệ (ở đây ta xét con lắc), không phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài thì gọi là dao động tự do. Ví dụ: con lắc lò xo dao động theo chu kỳ riêng là: nghĩa là: T dao động chỉ phụ thuộc m, k của lò xo. 2. Điều kiện để hệ dao động tự do: là các lực ma sát phải rất nhỏ (có thể bỏ qua). IV. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa: Xét phương trình dao động: x = A.sin(wt+j) Tại t = 0 là lúc buông ta thì , vậy pt sẽ là: Vận tốc tức thời: Gia tốc tức thời: Kết luận: khi hòn bi dao động điều hòa với phương trình x, thì vận tốc v, và gia tốc a cũng biến thiên theo định luật dạng sin hoặc cosin, tức là chúng biến thiên điều hòa cũng tần số với hòn bi. Hay, sau mỗi chu kỳ thì tọa độ x, vận tốc và gia tốc a lại có giá trị như cũ. Đồ thị: Hình 1.3 SGK V.* HS nhắc lại ở lớp 10: cấu tạo của con lắc đơn? * Hs phân tích: + Xét tại M, hòn bi chịu tác dụng của hai lực? V. Dao động của con lắc đơnXét một con lắc đơn gồm một hòn bi nhỏ và nặng (coi như một chất điểm), treo vào đầu một sợi dây không giãn (sợi dây có khối lượng không đáng kể). Con lắc ở vị trí cân bằng là vị trí CO Chọn O làm điểm gốc, chiều dương hướng sang phải. Đẩy hòn bi tới A theo cung OA = s0 rồi buông tay ra, ta thấy con lắc dao động quanh vị trí cân bằng CO với biên độ góc là a0 (với a0 nhỏ: a0 £ 100) + Tác dụng của lực ? từ đó phân tích thành các lực thành phần như thế nào? * Gv hướng dẫn: theo ĐL II Newton, ta có: Lấy cung OM làm hệ trục tọa độ, O là điểm gốc, chiều dương hướng sang phải (theo chiều tác dụng lực), chiếu biểu thức vecto trên lên hệ trục tọa độ, thì F2 = ? => a = ? Vì a rất bé, nên: Mà: a = x’’ => s'’ = ? * HS nhận xét: Từ pt: s'’ = -w2s hs nhận xét xem nó tương đương pt nào đã học? Từ đó có thể rút ra nghiệm cho pt? à Kết luận gì về dao động của con lắc đơn? => Từ biểu thức: * HS nhắc lại: Nhắc lại dao động tự do? Vậy dao động của con lắc đơn có xem là dao động tự do không? (xét khi g không đổi: ở vị trí cố định) Tại một điểm M bất kỳ: OM = s , hòn bi được xác định bằng góc a, và chịu tác dụng bởi 2 lực: Trọng lực , Lực căng dây Phân tích lực thành 2 lực thành phần: + theo phương của dây cân bằng với lực căng dây + vuông góc với phương của dây, làm hòn bi chuyển động nhanh dần về phía cân bằng O. Theo định luật II Newton, ta có: Chọn trục tọa độ x’Ox trùng với dây cung OM, chiều dương như trên, chiếu biểu thức (*) lên hệ trục tọa độ => Vì a0 £ 100 => a nhỏ (rất nhỏ) => Vậy: . Đặt: => => s'’ = -w2s Phương trình s'’ có nghiệm là: s = s0 sin(wt+j) đây là phương trình chuyển động của con lắc đơn. Kết luận: chuyển động của con lắc đơn là một dao động điều hòa với tần số góc là . Chu kỳ của con lắc đơn là: Lưu ý: Chu kỳ của con lắc đơn có độ lớn phụ thuộc g, l, nhưng xét ở vị trí cố định (g không đổi) thì dao động của con lắc được xem là dao động tự do. Biểu thức T chỉ đúng với các dao động nhỏ. D. Củng cố: Nhắc lại các định nghĩa: - Mối quan hệ giữa chuyển động tròn và dao động điều hòa - Dao động tự do. E. Hướng dẫn: - BTVN: 5 – 6 – 7 sgk trang 12 - Xem bài “Năng lượng trong dao động điều hòa”. Ngày sọan: 10/09/2005 Ngày dạy: 12/09/2005 Tiết 3: BÀI TẬP I. Mục đích yêu cầu: - Vận dụng kiến thức bài “Khảo sát dao động điều hòa” để giải một số bài tập trong sách giáo khoa. Qua đó, giúp học sinh củng cố và nâng cao kiến thức lý thuyết. - Rèn luyện kỹ năng tính toán nhanh chóng, chính xác. * Trọïng tâm: Tính T, f, x, v, a * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng, gợi mở II. Chuẩn bị: - HS làm bài tập ở nhà. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: 1. Chứng tỏ hình chiếu của một chuyển động tròn đều lên mặt phẳng quỹ đạo là một dao động điều hòa? 2. Định nghĩa dao động điều hòa? Viết biểu thức x, v, a? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG 5. Cho pt: x = 4cos 4pt (cm) Tính: a) f = ? b) x, v = ? khi t = 5s. Hướng dẫn: a. b. Thay t vào pt x, v? + cos 20p = ? (= 1) + v = x’ = ? và sin 20p = ? (= 0) Bài tập 5 – Sgk trang 12 Pt: x = 4cos 4pt. a. Tần số: b. * Khi t = 5s, thay vào pt x, ta có: x = 4 cos20p = 4 (cm) * Từ pt x => v = x’ = -16p. sin4pt Thay t = 5s vào pt v, ta có: v = -16 p sin20p = 0 (cm/s) 6. Cho: con lắc đơn có: T = 1,5s. Với: g = 9,8 m/s2. Tính: l = ? Bài tập 6 – Sgk trang 12 7. Cho: ở mặt trăng có g' nhỏ hơn g ở trái đất là 5,9 lần. Biết: l = 0,56m (như ở bài trên). Tính: T' ở mặt trăng. Bài tập 7 – Sgk trang 12 Biết: , khi đưa con lắc lên mặt trăng thì: => T' = 3,6 (s) Bài làm thêm: 1.7. Cho: con lắc lò xo có khối lượng của hòn bi là m, dao động với T = 1s. a. Muốn con lắc dao động với chu kỳ T' = 0,5s thì hòn bi phải có khối lượng m' bằng bao nhiêu? b. Nếu thay hòn bi bằng hòn bi có khối lượng m' = 2m, thì chu kỳ của con lắc sẽ là bao nhiêu? c. Trình bày các dùng con lắc lò xo để đo khối lượng của một vật nhỏ? Bài 1.7 – Sách Bài tập. a. Chu kỳ dao động của con lắc lò xo: Gọi m' là của con lắc có chu kỳ T' = 0,5s, ta có: Lập tỉ số: => Cách giải khác ở câu a, b: b. Từ biểu thức: Thay: m' = 2m => T'2 =2m/m.1 = 2 => c. – Mắc một vật đã biết khối lượng m vào một lò xo để tạo thành một con lắc lò xo. Cho nó dao động trong thời gian t(s) ta đếm được n dao động, theo định nghĩa chu kỳ ta xác định được: - Muốn đo vật có khối lượng m' (chưa biết), ta thay m bằng m' , sau đó cho dao động và tính được T' như trên. - Biết m, T, T' ta tính được: 2. Cho một con lắc dao động với biên độ A = 10cm, chu kỳ T = 0,5s. Viết pt dao động của con lắc trong các trường hợp: a. Chọn t = 0: vật ở vị trí cân bằng. b. Chọn t = 0: vật ở cách vị trí cân bằng một đoạn 10cm. Bài 2: Dạng tổng quát của pt: x = A sin(wt+j). Với: Vậy: x = 10 sin (4pt + j) (cm) (1) Tính j: a. Cho t = 0 khi vật ở vị trí cân bằng, nghĩa là x = 0. Thay (1) ta có: 0 = 10 sin j => sinj = 0 => j = 0 Vậy, pt có dạng: x = 10 sin 4pt (cm) b. Cho t = 0 khi x = 10cm. Thay vào (1), ta có: 10 = 10 sin j => sinj = 1 => j = p/2 Vậy pt sẽ thành: x = 10 sin (4pt + p/2) (cm) D. Củng cố: Nhắc lại : Con lắc lò xo Con lắc đơn Phương trình : x = A. sin(wt+j) x = A. sin(wt+j) Chu kỳ : Tần số góc : E. Hướng dẫn: Hs xem bài “Năng lượng trong dao động điều hòa”. Ngày sọan: 11/09/2005 Ngày dạy: 13/09/2005 Tiết 4: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I. Mục đích yêu cầu: - Hs hiểu được sự bảo toàn cơ năng của một vật dao động điều hòa. - Nhớ các biểu thức của động năng, thế năng, cơ năng. * Trọng tâm: Cả 2 phần * Phương pháp: Pháp vấn. II. Chuẩn bị: - HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Dao động điều hòa? Viết pt ly độ, pt vận tốc của dao động đó? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG m I. Xét con lắc lò xo dao động quanh vị trí cân bằng O từ P à P'. * HS Nhắc lại: Et = ½ kx2: thế năng đàn hồi. Eđ = ½ mv2: động năng. * Hs nhận xét: trong các quá trình, sự thay đổi của x, v dẫn tới sự thay đổi của Et, Eđ tại các vị trí: + P ? (lò xo giảm cực đại). + P à O? (lò xo đang nén). + O ? (lò xo trở về vị trí cân bằng). + O à P'? (lò xo lại nén). + P' ? (lò xo nén cực đại). => Et, Eđ có giá trị thay đổi như thế nào? hs rút ra kết luận gì về sự biến đổi giữa Et, Eđ? I. Sự biến đổi năng lượng trong quá trình dao động: Xét một con lắc lò xo dao động quanh vị trí cân bằng giữa 2 điểm P và P'. + Tại P: xmax => Et max v = 0 => Eđ = 0 + Từ P đến O: x giảm dần => Et giảm dần. v tăng dần => Eđ tăng dần. + Từ O đến P': x tăng dần => Et tăng dần. v giảm dần => Eđ giảm dần. + Tại P': xmax => Et max v = 0 => Eđ = 0 Sau đó lò xo lại giãn ra, và quá trình lại tiếp tục. Kết luận: Trong suốt quá trình dao động luôn có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng, nghĩa là: khi động năng tăng thì thế năng giảm, và ngược lại. II. - Hs nhắc lại: - pt li độ? - pt vận tốc? Thay x, v vào biểu thức => Eđ = ? Et = ? Từ biểu thức: - Nhắc lại b/t cơ năng đã học ở lớp 10 thì E = ? Thay Eđ, Et vào E = ? - Từ biểu thức E = ½ mw2A2 = const. à hs rút ra nhận xét về E? => Công thức khác của Eđ, Et =? II. Sự bảo toàn cơ năng t dao động điều hòa: Ta hãy tính động năng và thế năng (cơ năng của con lắc lò xo) ở thời điểm t bất kỳ. Giả sử ở thời điểm t, hòn bi có li độ là: x = a sin(wt+j) Vận tốc của hòn bi bằng: v = x’ = wA cos(wt + j) Động năng của hòn bi bằng: (1) Thế năng của hòn bi bằng công của lực đàn hồi đưa hòn bi từ li độ x về vị trí cân bằng: Với: Vậy: (2) Cơ năng của con lắc ở tại thời điểm t là: E = Eđ + Et = ½ mw2 A2 = const (3) * Kết luận: Trong suốt quá trình dao động, cơ năng của con lắc là không đổi và tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động. * Cách viết khác của biểu (1), (2). Từ biểu thức (3), ta có: Eđ = E. cos2 (wt +j) Et = E. sin2 (wt+j) D. Củng cố: Nhắc lại : Cơ năng được bảo toàn : E = ½ mw2A2 + Động năng : Eđ = E cos2 (wt + j) + Thế năng : Et = E sin2 (wt+j) Đối với con lắc lò xo: Eđ = ½ mv2 Et = ½ kx2 E. Hướng dẫn: BTVN: 3 – Sgk trang 13 Hs xem bài “ Sự tổng hợp dao động” Ngày sọan: 14/09/2005 Ngày dạy: 16/09/2005 Tiết 5: SỰ TỔNG HỢP DAO ĐỘNG (Tiết 1: Những ví dụ về sự tổng hợp dao động – Độ lệch pha – Phương pháp vectơ quay Fresnen) I. Mục đích yêu cầu: - Hiểu các khái niệm về độ lệch pha, sớm pha, trễ pha, cùng pha, ngược pha. - Phương pháp giản đồ vectơ (phương pháp vectơ quay Fresnen) * Trọng tâm: Phương pháp giản đồ vectơ (phương pháp vectơ quay Fresnen) * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Trình bày mối liên hệ giữa dao động điều hòa và dao động tròn đều? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. *GV nêu ví dụï: khi ta mắc võng trên một chiếc tàu biển, chiếc võng dao động với tần số riêng của nó. Ngoài ra, tàu bị sóng biển làm dao động. Vậy, dao động của võng là tổng hợp của 2 dao động: dao động riêng của võng và dao động của tàu. I. Những ví dụ về sự tổng hợp dao động: - Ví dụ: xem Sgk trang 15. - Trong thực tế cuộc sống hoặc trong kỹ thuật, có những trường hợp mà dao động của một vật là sự tổng hợp của hai hay nhiều dao động khác nhau (gọi là các dao động thành phần). - Các dao động thành phần này có thể có phương, biên độ, tần số và pha dao động là khác nhau. II. * GV nêu ví dụ, từ ví dụ HS cho biết biên độ, tần số góc, pha ban đầu của từng dao động? - Gọi Dj là độ lệch pha của 2 dao động, vậy Dj = ? * HS có thể nhận xét: Nếu: + Dj > 0 => so sánh j1? j2 => dao động nào trễ hay sớm pha hơn? + Tương tự: Dj ? + Dj = 0 => ? + Dj = p = > ? * Bài tập áp dụng: Cho 1 dao động có pt li độ: x = A sin(wt+j) vận tốc : v =? [= x’ = w A cos (wt + j) = w A sin(wt+j + p/2)] => Dj = ? II. Độ lệch pha của các dao động: * Khảo sát ví dụ: Cho 2 con lắc giống hệt nhau, dao động cùng tần số góc w, nhưng có pha dao động là khác nhau, ta có: + P/t dao động của 2 con lắc là: x1 = A1 sin(wt+j1) x2 = A2 sin(wt+j2) + Độ lệch pha của 2 dao động: Dj = (wt+j1) - (wt+j2) = j1 - j2 Vậy: Dj = j1 - j2 Nếu: + Dj > 0: (j1 > j2): dao động (1) sớm pha hơn dao động (2) (hay dao động (2) trễ pha hơn dao động (1)) + Dj < 0: (j1 < j2): dao động (1) trễ pha hơn dao động (2) ( hay dao động (2) sớm pha hơn dao động (1)) + Dj = 0: (hoặc Dj = 2np): hai dao động cùng pha. + Dj = p: (hoặc Dj = (2n + 1)p): hai dao động ngược pha. * Lưu ý: n Ỵ z, nghĩa là n = 0, ± 1, ± 2 ) * Nhận xét: độ lệch pha (Dj) được dùng làm đại lượng đặc trưng cho sự khác nhau giữa 2 dao động cùng tần số. III. * HS nhắc lại phần “Chuyển động tròn đều và dao động điều hòa” Gọi là vectơ biên độ III. Phương pháp giản đồ vectơ (phương pháp vectơ quay Fresnen) Giả sử biểu diễn dao động: x = A sin(wt+j) Phương pháp: + Vẽ trục (D) nằm ngang. + Vẽ trục x’x vuông góc (D)và cắt tại O + Vẽ có gốc tại O và có độ lớn đúng bằng biên độ A, và tạo với trục (D) một góc bằng pha ban đầu là j, và đầu mút của lúc này ở vị trí M0. + Cho quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc góc w, và đầu mút của lúc này là M sau khi đi được thời gian t. + Chiếu M xuống trục x’x tại P, và ta có: x = = A sin(wt+j). D. Củng cố: * Độ lệch pha: là đại lượng đặc trưng cho sự khác nhau của 2 dao động có cùng tần số và bằng hiệu số pha của 2 dao động: Dj = j 1 - j2 + Dj = 2np: 2 dao động cùng pha. + Dj = (2n+ 1)p: 2 dao động ngược pha. + Dj > 0 (j1 > j2) dao động (1) sớm pha hơn dao động (2). + Dj < 0 (j1 < j2) dao động (1) trễ pha hơn dao động (2). * Nhắc lại tóm tắt về phương pháp vectơ quay Fresnen. * Bài tập áp dụng: Cho 2 dao động điều hòa có pt dao động: x1 = 5 sin(wt + p/2) (cm) x2 = 8 cos(wt + p/6) (cm) Tìm độ lệch pha giữa 2 dao động đó, nhận xét gì về pha của 2 dao động đó? Giải: Pt (2) có thể viết lại như sau: Độ lệch pha giữa dao động (1) và dao động (2) là: à Vậy dao động (1) trễ pha hơn dao động (2) là p/6 E. Dặn dò: - Hs xem tiếp phần