Giáo án Vật lý lớp 12 ban cơ bản - Chương I: Dao động cơ học

Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC Bài1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ I. Mục tiêu: - Thông qua quan sát để có khái niệm về chuyển động dao động. - Biết các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hoà. - Biết tính toán và vẽ đồ thị x(t), v(t) và a(t)-Hiểu rõ các khái niệm T và f - Biết viết điều kiện đầu tuỳ theo cách kích thích dao động và từ đó suy ra A và j. Củng cố kiến thức về dao động điều hoà. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên:+ Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây. 2. Học sinh: . + Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác. + Ý nghĩa vật lý của đạo hàm. III.Tiến trình bài dạy : 1.Kiểm tra bài cũ: 2. Nội dung bài mới : Hoạt động 1: Dao động , dao động tuần hoàn HOẠT ĐỘNG CỦA G.V HOẠT ĐỘNG CỦA H.S NỘI DUNG GV Nêu vớ 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 Chuyển động của vật nặng trong 3 trường hợp trên có những đặc điểm gì giống nhau ? Dao động cơ học là gì ? Nhận xét về các đặc điểm của các chuyển động này? quan sát dao động của quả lắc đồng hồ từ đó đưa ra khái niệm dao động tuần hoàn I. DAO ĐỘNG CƠ 1. Thế nào là dao động cơ - Ví dụ : Chuyển động của quả lắc đồng hồ , dây đàn ghi ta rung động Khái niệm : Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng. 2. Dao động tuần hoàn. Dao động tuần hoàn: là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ VD: Dao động của lắc đồng hồ Hoạt động 2 : Phương trình dao động điều hòa , khái niệm dao động điều hòa . Mt Mo C Q y Y Y, wt j wt + j Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm O, bán kính A, với vận tốc góc là (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 (t + ) Xác đinh hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t lên trục Oy yêu cầu HS nêu đinh nghia dao động điều hòa Nêu ý nghĩa vật lý của từng đại lượng trong công thức trên ? 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. Vẽ hình minh họa chuyển động tròn đều của chất điểm . Xác định vị trí của vật chuyển động tròn đều tại các thời điểm t = 0 và tai thời điểm t ¹ 0 Xác định hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t ¹ 0 x = OP = OMt cos (wt + ). Nêu định nghĩa dao động điều hòa Trả lời C1 cho biết ý nghĩa của các đại lượng: + Biên độ, + pha dao động, + pha ban đầu. + Li độ + Tần số góc 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 + ). Hay: x = A.sin (wt + ). Vậy chuyển động của điểm P trên trục x’x là một dao động điều hòa. II . PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA . Mt Mo C P y x' wt j wt + j x x 1Ví dụ . Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm 0, bán kính A, với vận tốc góc là (rad/s) Thời điểm t ¹ 0, vị trí của điểm chuyển động là Mt, Xác định bởi góc (wt + ) : x = OP = OMt cos (wt + ). Hay: x = A.cos (wt + ). A, w , là các hằng số 2. Định nghĩa Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian . 3. Phương trình phương trình x=Acos(wt+j) thì: + x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) +A: gọi là biên độ dao động: là li độ dao động cực đại ứng với cos(wt+j) =1. +(wt+j): Pha dao động (rad) + j : pha ban đầu.(rad) + w: Gọi là tần số góc của dao động.(rad/s) 4. Chú ý : Một điểm dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là một đoạn thẳng đó . Hoạt động 3: Khái niện tần số góc , chu kì , tần số của dao động Từ mối liên hệ giữa tốc độ góc , chu kì , tần số giao viên hướng dẫn hs đưa ra khái niệm chu kì tần số , tần số góc của dao động điều hòa . đinh nghĩa các đại lượng chu kì tần số , tần số góc . III. CHU KÌ ,TẦN SỐ , TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA . 1. Chu kì và tần số . a. Chu kì (T): C1 : Chu kỳ dao động tuần hoàn là khoảng thời gian ngắn nhất T sau đó trạng thái dao động lặp lại như cũ. C2: chu kì của dao động điều hòa là khoản thời gian vật thực hiện một dao động . b. Tần số (f) Tần số của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây . f = T= t/n n là số dao động toàn phần trong thời gian t 2. Tần số góc kí hiệu là w . đơn vị : rad/s Biểu thức : Hoạt động 4: Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa . Hãy viết biểu thức vận tốc trong giao động điều hòa? Ở ngay tại vị trí biên, vị trí cân bằng, vật nặng có vận tốc như thế nào ?? Pha của vận tốc v như thế nào so với pha của ly độ x ? GV; Viết biểu thức của gia tốc trong dao động điều hòa ? Gia tốc và ly độ có đặc điểm gỡ ? v = x’ = -wAsin(wt + j) x = ± A v = 0 x = 0 : v = ± wA Người ta nói rằng vận tốc trễ pha p / 2 so với ly độ. Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. IV. VẬN TỐC GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA . 1. Vận tốc v = x/ = -Awsin(wt + j), - vmax=Aw khi x = 0-Vật qua vị trí cân bằng. - vmin = 0 khi x = ± A ở vị trí biên KL: vận tốc trễ pha p / 2 so với ly độ. 2. Gia tốc . a = v/ = -Aw2cos(wt + j)= -w2x - |a|max=Aw2 khi x = ±A - vật ở biên - a = 0 khi x = 0 (VTCB) khi đó Fhl = 0 . - Gia tốc luôn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng) KL : Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. Hoạt động 5: Đồ thị của dao động điều hòa . Hướng dẫn Hs vẽ đồ thị x,v,a trong trường hợp j = 0 x = Acos(wt) = Acos(t) v = -Awsin(t) a = -Aw2cos(t) Xác định li độ , vận tốc , gia tốc tại các thời điểm t= 0 , t = T/4 , t = T/2 , t = 3T/4 , t = T x v a t t t T O O O A -A Aw -Aw -Aw2 Aw2 V. ĐỒ THỊ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA. · Vẽ đồ thị cho trường hợp j=0. t 0 T/4 T/2 3T/4 T x A 0 -A 0 A v 0 -Aw 0 Aw 0 a -Aw2 0 Aw2 0 Aw2 3.Củng cố dặn dò-Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 7,8 ,9, 10 ,11 trang 9 Sgk. · Rút kinh nghiệm: Tiết 4: CON LẮC LÒ XO I. Mục tiêu: - Biết cách thiết lập về phương trình động lực học của con lắc lò xo. - Biết cách tính toỏn và tỡm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo - Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan - Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực thế. · Kĩ năng:Vận dụng thành thạo công thức tính năng lượng vào dao động điều hòa. Nắm đơn vị các đại lượng. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: + Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây. 2. Học sinh: . + Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác. + Ý nghĩa vật lý của đạo hàm. + Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực thế. III. Tiến trình bài dạy : 1.Kiểm tra bài cũ: 1/Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 trang 9 SGK 2/Bài tập 8,10 trang 9 SGK 2. Nội dung bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA G.V HOẠT ĐỘNG CỦA H.S NỘI DUNG Hoạt động 1: cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động . I . CON LẮC LÒ XO 1. Cấu tạo + một hòn bi có khối lượng m, gắn vào một lò xo có khối lượng không đáng kể + lò xo có độ cứng k 2 Cách kích thích dao động - Kéo hòn bi ra khỏi vị trí cân bằng (O) một khoảng x = A, rồi buông tay, Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng Khi bi dao động, tại vị trí bất kỳ bi có li độ x. Phân tích các lực tác dụng vào bi? Đặt : w2= . Ta lại có: v==x/; a==v/=x// do đó viết lại: x// + w2x=0 (1); nghiệm của phương trình (1) là x=Acos(wt+j). Trọng lực P = mg phản lực, Q lực đàn hồi. Fdh + + = m . (1) - Fđh = m . a Fđh = k . x Thử lại nghiệm x=Acos(wt+j) là nghiệm của phương trình (1). Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc lò xo ? Trả lời câu hỏi C1 II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỊNH LƯỢNG O x/ x N x · Tại thời điểm t bất kỳ bi có li độ x. Lực đàn hồi của lò xo F =-kx. · Áp dụng định luật II Niutơn ta có: ma = –kx ® a + x = 0 · Đặt : w2= . Ta lại có: v ==x/; a==v/=x// do đó viết lại: x// + w2x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là . x=Acos(wt+j). * Đối với con lắc lò xo * Lực kéo về : - Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng. - có độ lớn tỉ lệ với li độ Hoạt động 3: Xây dựng biểu thức động năng thế năng , sự bảo toàn cơ năng Khi vật chuyển động, động năng của vật được xác định như thế nào ? ® Wđ dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ). Dưới tác dụng của lực đàn hồi thế năng của vật được xác định như thế nào ? ® Wt dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ). GV Hóy biến đổi toán học để dẫn đến biểu thức bảo toàn cơ năng. ?? Wđ = Wđ=mw2A2sin2(wt+j) mw2A2 =mw2A2- Wt= Wt=mw2A2cos2(wt+j) =mw2A2 =mw2A2 + W = Wt + Wđ W = mw2A2[cos2(wt + j) + sin2(wt + j) ) W = mw2A2 = kA2 = const : Cơ năng bảo toàn ! Wd t O mw2A2 mw2A2 III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG 1. Động năng của con lắc lò xo Wđ=mv2 =mA2w2sin2(wt+j) (1) Wt t O mw2A2 mw2A2 · Đồ thị Wđ ứng với trường hợp j = 0 2. Thế năng của lò xo Wt=kx2 =kA2cos2(wt+j) (2a) · Thay k = w2m ta được: Wt=mw2A2cos2(wt+j) (2b) · Đồ thị Wt ứng với trường hợp j 3. Cơ năng của con lắc lò xo .Sử bảo toàn cơ năng . = hằng số - cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động . - Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát . Củng cố dặn dò:Trong mọi dao động điều hòa , cơ năng được bảo toàn. 1/ Trả lời câu hỏi 2,3 trang 13 SGK Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 4,5, 6 trang 13 Sgk Rút kinh nghiệm : .. . . Tiết 5 CON LẮC ĐƠN I. Mục tiêu: · Kiến thức: - Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc đơn - Nắm vững các công thức về con lắc và vận dụng trong các bài toán đơn giản - Củng cố kiến thức về dao động điều hoà đó học bài trước và gặp lại trong bài này. · Kĩ năng: xây dựng phương trình dao động của con lắc đơn. · Liờn hệ thực tế: Con lắc đồng hồ , quả lắc với dao động bé, thăm dò địa chất . II. Phương pháp:Giảng giải – vấn đáp. III. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: +Con lắc đơn gần đúng. +Con lắc vật lý bằng bìa hay tấm gỗ mỏng tròn có đánh dấu vị trí khối tam G và khoảng cách d từ G đến trục quay. 2. Học sinh: . Ôn lại các khái niệm vận tốc và gia tốc trong chuyển động tròn đều, mômen quán tính, mômen lực. Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh trục. IV.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY 1.Ổn định tổ chức: 2. Kiểm tra bài cũ: 1/Câu hỏi 2,3trang 13 SGK 2/Câu 5, 6 trang 13SGK 3.NỘI DUNG BÀI MỚI : HOẠT ĐỘNG CỦA G.V HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG HĐ1:Con lắc đơn +Nêu cấu tạo con lắc đơn? +Cho biết phương dây treo khi con lắc cân bằng? + Khi con lắc dao động thì quỹ đạo của nó là gỡ và vị trí của nú được xác định bởi đại lượng nào? Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây mềm không dón có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể. Mô tả dao động Q a s s0 O M I. THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN 1. Câu tạo gồm : + một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây + sợi dây mềm khụng dón có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể. 2. Kích thích dao động Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệchkhái vị trí cân bằng một góc rồi thả nhẹ H Đ 2: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNG HỌC Con lắc chịu tác dụng của những lực nào ? Theo định luật II Newton phương trình chuyển động của vật được viết như thế nào ? Xác định hình chiếu của m,, và trờn trục Mx? Nghiệm của phương trình (1)? Phương trình góc lệch có dạng ? Trọng lực và lực căng dây + = m . - P sin a = m.at Giáo viên giới thiệu đây là phương trình vi phõn bậc 2, nghiệm số của phương trình có dạng : s = A cos ( wt + j ). Trả lời câu hỏi C1 a = aocos(wt + j) Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc đơn ? Trả lời câu hỏi C2 Q T ?? P ?? a O M t ma n ma ma x II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNG HỌC · Khi vật ở vị trí M thì: + Vật nặng xác định bởi cung + Vị trí dây treo xác định bởi góc: · Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực , lực căng dây . · Áp dụng định luật II Niu tơn: m = + chiếu lên Mx Pt =mat= -Psina (3.1) (3.1)cho thấy d đ của con lắc đơn không phải d đ đ h ® ms//+mgsina = 0 Với góc lệch a bộ thì sina = a = s/l Suy ra: s//+(g/l)s = 0. Đặt w2 =g/l ta được: s//+w2s = 0 (1) Nghiệm của phương trình (1): s = Acos(wt + j). Vậy: Dao động của con lắc đơn với góc lệch bé là dao động điều hoà với chu kỳ . Tần số : f = H Đ 3 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶY NĂNG LƯỢNG 1. Động năng của con lắc đơn 1. Động năng của con lắc lò xo Wđ =mv2 = (1) 2.Thế năng của con lắc đơn 3. cơ năng của con lắc đơn H Đ4 : ỨNG DỤNG : XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO IV. ỨNG DỤNG : XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO => => Muốn đo g cần đo chiều dài và chu kỳ của con lắc đơn 4. Củng cố : Trả lời câu hỏi 1,2,3 trang 17SGK Bài 6 SGK 5. Bài về nhà :Bài 4,5,7 SGK Tiết 7: DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC. I.MỤC TIÊU: · Kiến thức : Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần dao động cơ học do ma sát nhớt tạo nên lực cản đối với vật dao động. Ma sát nhỏ dẫn đến tắt dần chậm. Ma sát lớn dẫn đến tắt dẫn nhanh và dẫn đến không dao động - Biết được nguyên tắc làm cho dao động có ma sát được duy trì. Biết được dao động cưỡng bức khi ổn định có tần số bằng tần số ngoại lực và có biên độ phụ thuộc vào tần số ngoại lực. Biên độ cực đại khi tần số ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ. Biên độ dao động cưỡng bức cực đại gọi là cộng hưởng. Cộng hưởng rõ khi ma sát nhỏ · Kỹ năng: Giải thích sự tắt dần của một số dao động trong thực tế. Điều kiện để có cộng hưởng. · Liên hệ thực tế : Liên hệ các dao động tắt dần trong thực tế. Biết được hiện tượng cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong thực tế và kể ra được một vài ứng dụng. II.CHUẨN BỊ 1. Giáo viên:Chuẩn bị thí nghiệm ở 4.3 nếu điều kiện cho phép. Nếu chuẩn bị không được thì thông báo kết quả.Chuẩn bị 4 con lắc lò xo dao động trong các môi trường nhớt khác nhau.Hình vẽ trang 19 sgk. 2. Học sinh: Đọc trước bài học. III.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Giảng giải + đàm thoại . IV.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY -Ổn định tổ chức: -Kiểm tra bài cũ: Nhắc lại khái niệm dao động điều hòa và dao động tuần hoàn .Nhận xét giá trị của A , E trong dao động điều hòa và dao động tuần hoàn. NỘI DUNG Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung chính HĐ1: Làm thí nghiệm về dao động tắt dần của con lắc lò xo trong các môi trường: không khí, nước, dầu, dầu rất nhớt. Cho biết quan hệ: +chiều lực cản và chiều chuyển động của vật, + công lực cản và cơ năng.? Dùng lập luận về bảo toàn năng lượng suy ra sự giảm dần của biên độ. Nếu không có ma sát thì cơ năng của con lắc biến đổi thế nào? Nếu có ma sát nhớt thì cơ năng biến đổi thế nào? Biên độ có liên quan với cơ năng thế nào? Biên độ biến đổi thế nào? Nêu nguyên nhân dao động tắt dần ? Muốn duy trì dao động tắt dần ta phải làm gì ? Nêu cách cung cấp năng lượng ? Cơ chế duy trì dao động của con lắc. Nêu nhận xét ? Nêu nhận xét ? Nêu nhận xét ? Nêu nhận xét ? Hs: Quan sát và rút ra các nhận xét. Nêu nhận xét ? Năng lượng không đổi. Năng lượng giảm dần. W = k . A2 A giảm Nêu kết luận I.. DAO ĐỘNG TẮT DẦN : 1. Thế nào là dao động tắt dần ? Dao động mà biên độ giảm dần theo thời gian X O t 2. Giải thích : · Lực cản môi trường luôn luôn ngược chiều chuyển động của vật nên luôn luôn sinh công âm, làm cho cơ năng vật dao động giảm, dẫn đến biên độ dao động cũng giảm theo thời gian. · Vậy: Dao động tắt dần càng nhanh nếu độ nhớt môi trường càng lớn. 3. Ứng dụng của tắt dần: cái giảm rung · Cái giảm rung: Một pít tông có những chỗ thủng chuyển động thẳng đứng bên trong một xy lanh đựng đầy dầu nhớt, pít tông gắn với khung xe và xy lanh gắn với trục bánh xe. Khi khung xe dao động trên các lò xo giảm xóc, thì pít tông cũng dao động theo, dầu nhờn chảy qua các lỗ thủng của pít tông tạo ra lực cản lớn làm cho dao động pít tông này chóng tắt và dao động của khung xe cũng chóng tắt theo. · Lò xo cùng với cái giảm rung gọi chung là bộ phận giảm xóc. a t b HĐ2: Dự đoán xem để cho dao động không tắt dần và có chu kì không đổi như chu kì dao động riêng thì ta phải làm gì? Thường người ta dùng một một nguồn năng lượng và một cơ cấu truyền năng lượng thích hợp để cung cấp năng lượng cho vật dao động trong mỗi chu kì. Giới thiệu cơ chế duy trì dao động con lắc ở hình bên. Hs: Nêu nguyên tắc duy trì dao động trong đưa võng. Cung cấp năng lượng ? Nêu định nghĩa dao động duy trì . Mô tả II. Dao động duy trì: · Nếu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động bù lại phần năng lượng tiêu hao do ma sát mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, khi đó vật dao động mải mải với chu kì bằng chu kì dao động riêng của nó, gọi là dao động duy trì. · Ví dụ về dao động duy trì: Đưa võng, dao động duy trì của con lắc minh hoạ ở h16.3. HĐ3: Dao động cưỡng bức Làm thí nghiệm ảo về dao động cưỡng bức. Thuyết giảng về dao động cưỡng bức như phần nội dung. x t O b (đồ thị của li độ dao động cưỡng bức) Quan sát thí nghiệm. Quan sát và rút ra các đặc điểm của dao động cưỡng bức. Biên độ tăng dần. Biên độ không thay đổi Quan sát đồ thị dao động. Dạng sin Bằng tần số góc w của ngoại lực. Tỉ lệ với biên độ F0 của ngoại lực. Trả lời C1 III. Dao động cưỡng bức: 1.Thế nào là dao động cưỡng bức ? Nếu tác dụng một ngoại biến đổi điều hoà F=F0sin(wt + j) lên một hệ.lực này cung cấp năng lượng cho hệ để bù lại phần năng lượng mất mát do ma sát . Khi đó hệ sẽ gọi là dao động cưỡng bức 2.ví dụ : SGK 3. Đặc điểm : sau khi dao động của hệ được ổn định thì: · Dao động của hệ là dao động điều hoà có tần số bằng tần số ngoại lực, · Biên độ của dao động không đổi + Phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa tần số ngoại lực và tần số dao động riêng của hệ dao động tự do. + Tỉ lệ với biên độ F0 của ngoại lực. HĐ4 Cộng hưởng: Làm lại thí nghiệm ảo, về thay đổi tần số ngoại lực. Làm lại thí nghiệm về thay đổi lực cản môi trường. Giới thiệu đường biểu diễn A theo w hình vẽ 17.2 trong sách giáo khoa. Theo dõi đường biểu diễn Em thấy được điều gì ? Hiện tượng cộng hưởng là gì ? Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng Thuyết giảng như phần nội dung và kể một vài mẫu chuyện về tác dụng có lợi và hại của cộng hưởng! f0 A Amax f O Quan sát và rút ra hiện tượng và khái niệm cộng hưởng Giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng w0 của hệ dao động tắt dần. Định nghĩa hiện cộng hưởng Vẽ hình. Quan sát và rút ra mối qua hệ giữa biên độ dao động cưỡng bức và độ lớn lực cản môi trường . Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn Trả lời C2 Nghiên cứu Sgk. lên dây đàn. Chế tạo các máy móc, lắp đặt máy. IV. Hiện tượng cộng hưởng: 1.Định nghĩa : Nếu tần số ngoại lực (f) bằng với tần số riêng (f0) của hệ dao động tự do, thì biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại. f0 A Amax f O Hiện tượng này gọi là hiện tượng cộng hưởng. f = f0 thì Acb = Amax. Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. 2.Giải thích : Khi f =f0 : hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng đúng lúc , do đó biên độ dao động của hệ tăng dần lên . A =Amax khi tốc độ tiêu hao năng lượng bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ 3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng : · Dựa vào cộng hưởng mà ta có thể dùng một lực nhỏ tác dụng lên một hệ dao động có khối lượng lớn để làm cho hệ này dao động với biên độ lớn (em bé đưa võng cho người lớn ) · Dùng để đo tần số dòng điện xoay chiều, lên dây đàn. +Tác dụng có hại: Cầu, bệ máy, trục máy khung xe đều là các chi tiết có thể xem như một dao động tự do có tần số riêng f0 nào đó. Khi thiết kế các chi tiết này cần phải chú ý đến sự trùng nhau giữa tần số ngoại lực f và tần số riêng f0. Nếu sự trùng nhau này xảy ra (cộng hưởng) thì có thể làm gãy các chi tiết này. Củng cố dặn dò:Thế nào là dao động tắt dần, giải thích tại sao dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức .Hiện tượng cộng hưởng Bài tập về nhà:Câu hỏi 1,2,3,4 ;Bài 5,6 trang 21 Sgk. Bài tập thêm: Bài 1: a. Người đi bộ bước đều xách xô nước. Chu kì dao động của nước trong xô là T0 = 0,9s, mỗi bước đi dài l = 60cm. Nước trong xô sánh mạnh nhất khi người đi với vận tốc là bao nhiêu. b.Con lắc đơn treo vào trần tàu lửa chạy thẳng đều. Chu kì dao động của con lắc đơn T0=1s. Tàu bị kích động khi qua chổ nối hai thanh ray. Khi tàu chạy với vận tốc 45km/h, thì con lắc dao động với biên độ lớn nhất. Tính chiều dài mỗi thanh ray. Bài 2: Con lắc lò xo treo trên toa xe lửa đang chạy thẳng đều với vận tốc v = 4m/s, con lắc bị kích động khi qua chổ nối hai thanh ray. Cho mỗi đoạn ray dài 4m, khối lượng vật m = 100g. Tìm độ cứng k của lò xo để con lắc dao động với biên độ lớn nhất. Rút kinh nghiệm Tiết 8: TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIÊU HÒA CÙNG PHƯƠNG ,CÙNG TẦN SỐ . PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ VECTO FRE-NEN I. Mục tiêu: · Kiến thức: Biết rằng có thể thay thế việc cộng hai hàm dạng sinx1 và sinx2 cùng tần số góc bằng việc cộng hai véc tơ quay tương ứng và ở thời điểm t = 0 - Hiểu được tầm quan trọng của độ lệch pha khi tổng hợp hai dao động. · Kỹ năng: Sử dụng giản đồ vec tơ quay để tổng hợp 2 dao động điều hòa cùng phương cùng tần số · Tư tưởng, liên hệ thực tế : Giải được các bài tập về tổng hợp dao động , giải thích các hiện tượng tổng hợp dao động trong kỹ thuật và đời sống. II.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Giảng giải – vấn đáp. III. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: Các hình vẽ liên quan nếu cần. 2. Học sinh: Ôn lại biểu diễn dao động điều hoà bằng véc tơ quay. Xem lại bảng lượng giác IV.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY -Ổn định tổ chức: -Kiểm tra bài cũ: Dao động cưỡng bức là gì? Nêu đặc điểm về dao động này. Khi nào biên độ dao động cưởng bức đạt giá trị cực đại, biên độ cực đại này phụ thuộc vào yếu tố nào? NỘI DUNG Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung chính H Đ 1 : Vec tơ quay Viết biểu thức hình chiếu của véc tơ trên trục Ox và so sánh với phương trình li độ dao động điều hoà? Ví dụ C1 I. Véc tơ quay: · dđđh x=Acos(wt+j) được biểu diễn bằng véc tơ quay . Trên trục toạ độ Ox véc tơ này có: + Gốc: Tại O + Độ dài: OM = A + Hợp với trục Ox góc M O wt j x P · Khi cho véc tơ này quay đều với vận tốc góc w quanh điểm O trong mặt phẳng chứa trục Ox, thì hình chiếu của véc tơ trên trục Ox: . · Vậy: Véc tơ quay biểu diễn dao động điều hoà, có hình chiếu trên trục x là li độ của dao động. H Đ 2:Phương pháp vecto quay Gv: Lấy một số ví dụ về một vật đồng thời tham gia hai dao động điều hoà cùng phương cùng tần số, và đặt vấn đề là tìm dao động tổng hợp của vật. Hs: Lấy thêm một số ví dụ? Gv giảng: ·Khi các véc tơ quay với cùng vận tốc góc w ngược chiều kim đồng đồ, thì do góc hợp bởi giữa Dj=j2–j1 không đổi nên hình bình hành OM1MM2 cũng quay theo với vận tốc góc w và không biến dạng khi quay. Véc tơ tổng là đường chéo hình bình hành cũng quay đều quanh O với vận tốc góc w. ·Mặt khác: hay x = x1 +x2 nên véc tơ tổng biểu diễn cho dao động tổng hợp, và phương trình dao động tổng hợp có dạng: x=Acos(wt+j). Cho biết ý nghĩa của độ lệch pha? x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) Học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa x1 và biểu diễn dao động điều hòa x2 . Học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp ? Học sinh quan sát và nghe thuyết trình Lập hệ thức lượng cho tam giác OMM1 để rút ra công thức tính biên độ dao động tổng hợp. A2 = tgj = x1 và x2 cùng pha x1 và x2 ngược pha x1 và x2 vuông pha 1. Đặt vấn đề: Một vật đồng thời tham gia hai dao động điều hòa cùng tần số có các phương trình lần lượt là: x1 = A1cos(wt + j1), x2 = A2cos(wt + j2). Hãy khảo sát dao động tổng hợp của hai dao động trên bằng phương pháp Fre-nen. 2. Phương pháp giản đồ Fre-nen: x1® Gốc : tại O. Độ lớn::OM1=A1 x2® Gốc : tại O .P P1 P2 x j Dj M1 M2 M O Độ lớn : OM2 = A2 · Vẽ , và véc tơ tổng: =+ Vì nên Hay : x = x1 + x2. Vậy: véc tơ biểu diễn cho dao động tổng hợp và có dạng: x = Acos(wt + j). ** Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp: a. Biên độ: Tam giác OMM1 cho : A2 = A22 + A12+2A1A2cos(j2 – j1) b. Pha ban đầu: · Ta có tgj = = · Vậy: 3.Ảnh hưởng của độ lệch pha : · Nếu: j2 – j1 = 2kp ® A = Amax = A1+A2. · Nếu: j2 – j1 =(2k+1)p ®A=Amin = · Nếu j2 – j1 = p/2+kp ®A = 4.Ví dụ : SGK trang 24 V. Củng cố dặn dò: · Muốn tổng hợp ba dao động cùng tần số trở lên, thì ta tổng hợp hai dao động lại với nhau, rồi dùng dao động tổng hợp này để tổng hợp với dao động thứ ba, thứ tư cứ thế ta thực hiện cho đến dao động cuối cùng. · Bài tập về nhà: Câu 1,2,3 Bài 4,5,6 trang 25 SGK Các bài tập thêm: