Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC Bài: 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 ϕ 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:Không 2 Nội dung bài mới : Hoạt động 1: Dao động , dao động tuần hoàn HOẠT ĐỘNG CỦA HOẠT ĐỘNG CỦA NỘI DUNG G.V H.S GV Nêu vớ dụ: gió I DAO ĐỘNG CƠ rung làm bông hoa lay 1 Thế nào là dao động cơ động; quả lắc đồng hồ - Ví dụ : Chuyển động của quả lắc đồng đung đưa sang phải hồ , dây đàn ghi ta rung động … sang trái; mặt hồ gợn Khái niệm : sóng; dây đàn rung khi Dao động là chuyển động có giới hạn gãy… trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều Chuyển động của vật lần quanh một vị trí cân bằng nặng trong 3 trường 2 Dao động tuần hoàn Nhận xét về các đặc hợp trên có những đặc Dao động tuần hoàn: là dao động mà điểm của các chuyển điểm gì giống nhau ? sau những khoảng thời gian bằng nhau động này? Dao động cơ học là gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo quan sát dao động của gì ? hướng cũ quả lắc đồng hồ từ đó VD: Dao động của lắc đồng hồ đưa ra khái niệm dao động tuần hoàn Hoạt động 2 : Phương trình dao động điều hòa , khái niệm dao động điều hòa Y Vẽ hình minh họa II PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG M chuyển động tròn đều ĐIỀU HÒA Q t wt + j M của chất điểm 1Ví dụ wt y o j Xét một điểm M chuyển động đều trên C y Xác định vị trí của vật một đường M chuyển động tròn đều tròn tâm 0, t wt + j tại các thời điểm t = 0 bán kính A, M , wt Y o j x với vận tốc và tai thời điểm t ≠ 0 Xét một điểm M C x' góc là ω x P chuyển động đều trên (rad/s) Xác định hình chiếu một đường tròn tâm O, Thời điểm t của chất điểm M tai bán kính A, với vận tốc ≠ 0, vị trí thời điểm t ≠ 0 góc là ω (rad/s) của điểm chuyển động là Mt, Xác định x = OP Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Chọn C là điểm gốc = OMt cos (ωt + ϕ ) trên đường tròn Tại: Nêu định nghĩa dao - Thời điểm ban đầu t = động điều hòa 0, vị trí của điểm chuyển động là M0, xác Trả lời C1 định bởi góc j cho biết ý nghĩa của - Thời điểm t ≠ 0, vị trí các đại lượng: của điểm chuyển động + Biên độ, là Mt, Xác định bởi góc + pha dao động, ωt + ϕ ) ( + pha ban đầu Xác đinh hình chiếu + Li độ của chất điểm M tai + Tần số góc thời điểm t lên trục Oy Tại thời điểm t, chiếu yêu cầu HS nêu đinh điểm Mt xuống x’x là nghia dao động điều điểm P  có được tọa hòa độ x = OP, ta có: Nêu ý nghĩa vật lý của x = OP = OMt sin(ωt + ϕ ) từng đại lượng trong công thức trên ? Hay: x = A.sin (ωt Một dao động điều hòa + ϕ ) có thể được coi như Vậy chuyển động của hình chiếu của một điểm P trên trục x’x là chuyển động tròn đều một dao động điều xuống một đường thẳng hòa nằm trong mặt phẳng quỹ đạo Năm học 2009 - 2010 bởi góc (wt + ) : x = OP = OMt cos (ωt + ϕ ) Hay: x = A.cos (ωt + ϕ ) A, ω , ϕ 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(ω t+ϕ ) 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(ωt+ϕ) =1 +(ωt+ϕ): Pha dao động (rad) + ϕ : pha ban đầu.(rad) + ω: 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 III CHU KÌ ,TẦN SỐ , TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU Từ mối liên hệ giữa đinh nghĩa các đại HÒA tốc độ góc , chu kì , tần lượng chu kì tần số , 1 Chu kì và tần số số giao viên hướng dẫn tần số góc a Chu kì (T): hs đưa ra khái niệm C1 : Chu kỳ dao động tuần hoàn là chu kì tần số , tần số khoảng thời gian ngắn nhất T sau đó góc của dao động điều trạng thái dao động lặp lại như cũ hòa 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= 1ω = T 2π T= t/n Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 n là số dao động toàn phần trong thời gian t 2 Tần số góc kí hiệu là ω đơn vị : rad/s 2π =2πf T Biểu thức : ω= Hoạt động 4: Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa Hãy viết biểu thức vận v = x’ = −ωAsin(ωt + tốc trong giao động ϕ) điều hòa? x = ± A⇒ v = 0 Ở ngay tại vị trí biên, vị trí cân bằng, vật nặng có vận tốc như thế x = 0 : v = ± ωA Người ta nói rằng vận nào ?? tốc trễ pha π / 2 so với Pha của vận tốc v như ly độ thế nào so với pha của ly độ x ? Gia tốc luôn luôn GV; Viết biểu thức của ngược chiều với li độ gia tốc trong dao động và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ điều hòa ? Gia tốc và ly độ có đặc điểm gỡ ? IV VẬN TỐC GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1 Vận tốc v = x/ = -Aωsin(ωt + ϕ), - vmax=Aω khi x = 0-Vật qua vị trí cân bằng - vmin = 0 khi x = ± A ở vị trí biên KL: vận tốc trễ pha π / 2 so với ly độ 2 Gia tốc a = v/ = -Aω 2cos(ωt + ϕ)= -ω 2x - |a|max=Aω2 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 x A O -A T 4 T 3T 2 4 T t v Aω O t -Aω a Aω2 O t Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản x = Acos(ωt) = Acos( 2π T t) Hướng dẫn Hs vẽ đồ thị x,v,a trong trường hợp ϕ = 0 v = -Aωsin( 2π t) T a = -Aω2cos( 2π t) T Năm học 2009 - 2010 V ĐỒ THỊ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA • Vẽ đồ thị cho trường hợp ϕ=0 t 0 T/4 T/2 3T/4 T x A 0 -A 0 A v 0 -Aω 0 Aω 0 a -Aω2 0 Aω2 0 Aω2 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 3.Củng cố dặn dò-Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 7,8 ,9, 10 ,11 trang 9 Sgk • Rút kinh nghiệm: Bài 2: 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 HOẠT ĐỘNG CỦA NỘI DUNG G.V H.S Hoạt động 1: cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 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 Trọng lực P = mg II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA trí bất kỳ bi có li độ x phản lực, Q CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT Phân tích các lực tác lực đàn hồi Fdh ĐỊNH LƯỢNG r dụng vào bi? N Đặt : ω2= v= dx dt k Ta lại có: m =x/; a= dv dt =v/=x// do đó viết lại: x// + ω2x=0 (1); nghiệm của phương trình (1) là x=Acos(ωt+ϕ) P + N + Fñh = m a (1) − Fđh = m a Fđh = k x x/ O rx F N r F Thử lại nghiệm x=Acos(ωt+ϕ) là nghiệm của phương trình (1) r N x r P r P • 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 + • Đặt : ω2= a= Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc lò xo ? dv dt k x=0 m dx k Ta lại có: v = =x/; dt m =v/=x// do đó viết lại: x// + ω2x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là x=Acos(ωt+ϕ) * Đối với con lắc lò xo T = Trả lời câu hỏi C1 f= 1 2π 2π m = 2π ω k k m * 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 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản 1 Khi vật chuyển động, Wđ = mv 2 2 động năng của vật được 1 xác định như thế nào ? Wđ= mω2A2sin2(ωt+ϕ) 2 → Wđ dao động điều 1 mω2A2 hoà với chu kỳ T/2 ( T 2 là chu kỳ dao động li 1 − cos[ 2(ωt+ϕ)] độ) 2 1 = mω2A24 Dưới tác dụng của lực 1 đàn hồi thế năng của cos[ 2(ωt+ϕ)] 4 vật được xác định như thế nào ? → Wt dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T Wt= là chu kỳ dao động li 1 2 1 2 độ) kx = kA cos 2 (ωt + ϕ ) 2 GV Hóy biến đổi toán học để dẫn đến biểu thức bảo toàn cơ năng ?? Năm học 2009 - 2010 III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG 1 Động năng của con lắc lò xo Wd = 1 1 Wđ= mv2 = mA2ω2sin2(ωt+ϕ) (1) 2 2 Wd mω2A2 mω2A2 O 1 = mω2A2 + 4 1 4 cos [ 2(ωt+ϕ)] W = Wt + Wđ W= 1 mω2A2[cos2(ωt + 2 ϕ) + sin2(ωt + ϕ) ) W= 1 1 mω2A2 = kA2 = 2 2 const : Cơ năng bảo toàn ! T 2 t 2 Thế năng của lò xo Wt = 1 2 kx 2 1 1 Wt= kx2 = kA2cos2(ωt+ϕ) (2a) 2 2 • Thay k = ω2m ta được: 1 + cos [ 2(ωt+ϕ)] 2 T 4 • Đồ thị Wđ ứng với trường hợp ϕ = 0 2 1 Wt= mω2A2cos2(ωt+ϕ) 2 1 = mω2A2 2 1 2 mv 2 Wt mω2A2 mω2A2 O T 4 T 2 t 1 Wt= mω2A2cos2(ωt+ϕ) (2b) 2 • Đồ thị Wt ứng với trường hợp ϕ 3 Cơ năng của con lắc lò xo Sử bảo toàn cơ năng W = Wd + Wt = W= 1 2 1 2 mv + kx 2 2 1 2 1 kA = mω 2 A2 = hằng số 2 2 - 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 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 Rút kinh nghiệm : ……………………………………………………………………………………………… ……………… ……………………………………………………………………………………………… ……………… ……………………………………………………………………………………………… ……………… Bài: 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 HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG G.V HĐ1:Con lắc đơn Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản +Nêu cấu tạo con lắc Con lắc đơn gồm một vật đơn? nặng có kích thước nhỏ, +Cho biết phương dây có khối lượng m, treo ở treo khi con lắc cân đầu một sợi dây mềm bằng? không dón có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể + Khi con lắc dao động thì quỹ đạo của nó là Mô tả dao động gỡ và vị trí của nú được xác định bởi đại lượng nào? Năm học 2009 - 2010 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 Q thích dao động α Kéo nhẹ quả cầu cho dây M treo O s s lệchkhái vị 0 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 Trọng lực và lực căng dây II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA của những lực nào ? CON Q LẮC P +T =m a Theo định luật II ĐƠN VỀ a ?? − P sin α = m.at Newton phương trình MẶT T chuyển động của vật ĐỘNG ma x ma được viết như thế nào ? HỌC O ma M • Khi vật ở vị trí M ?? Giáo viên giới thiệu đây thì: P là phương trình vi phõn Xác định hình chiếu + Vật r r u r bậc 2, nghiệm số của ¼ của m a , P , và T trờn nặng xác định bởi cung OM = s phương trình có dạng : trục Mx? + Vị trí dây treo xác định bởi góc: s = A cos ( ωt + ϕ ) · OQM =α Nghiệm của phương • Các lực tác dụng lên vật: Trọng u r u r trình (1)? lực P , lực căng dây T Phương trình góc lệch • Áp dụngu có dạng ? r u r r định luật II Niu tơn: m a = P + T chiếu lên Mx Pt =mat= -Psinα (3.1) (3.1)cho thấy d đ của con lắc đơn không phải d đ đ h → ms//+mgsinα = 0 Với góc lệch α bộ thì sinα = α = s/l Suy ra: s//+(g/l)s = 0 Đặt ω2 =g/l Trả lời câu hỏi C1 ta được: s//+ω2s = 0 (1) α = αocos(ωt + ϕ) Nghiệm của phương trình (1): Hãy suy luận tìm công s = Acos(ωt + ϕ) n t Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 thức tính chu kỳ T , tần số Vậy: Dao động của con lắc đơn với f của con lắc đơn ? góc lệch bé là dao động điều hoà l T = 2π với chu kỳ g Trả lời câu hỏi C2 1 1 g Tần số : f = = 2π T l H Đ 3 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶY 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 Wd = 1 2 mv 2 1 1 2 Wđ = mv2 = mω2s0sin 2 (ωt + φ) (1) 2 2 2.Thế năng của con lắc đơn Wt = mgl (1 − cos α ) 3 cơ năng của con lắc đơn W = Wd + Wt = 1 2 mv + mgl (1 − cos α ) 2 H Đ4 : ỨNG DỤNG : XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO IV ỨNG DỤNG : XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO l 4π2 l T = 2π g = 2 => Muốn => T g 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 Bài: 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 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 • 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 II.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: I DAO ĐỘNG TẮT DẦN : Làm thí nghiệm về dao Nêu nhận xét ? 1 Thế nào là dao động tắt dần động tắt dần của con lắc lò ? xo trong các môi trường: Nêu nhận xét ? Dao động mà biên độ giảm dần không khí, nước, dầu, dầu theo thời gian X rất nhớt Nêu nhận xét ? O t Cho biết quan hệ: Nêu nhận xét ? +chiều lực cản và chiều Hs: Quan sát và rút ra các chuyển động của vật, + nhận xét 2 Giải thích : công lực cản và cơ năng.? • Lực cản môi trường luôn luôn Dùng lập luận về bảo toàn ngược chiều chuyển động của năng lượng suy ra sự giảm Nêu nhận xét ? vật nên luôn luôn sinh công âm, dần của biên độ Năng lượng không đổi làm cho cơ năng vật dao động Nếu không có ma sát thì Năng lượng giảm dần giảm, dẫn đến biên độ dao động 1 cơ năng của con lắc biến cũng giảm theo thời gian W = k A2 2 đổi thế nào? • Vậy: Dao động tắt dần càng Nếu có ma sát nhớt thì cơ A giảm nhanh nếu độ nhớt môi trường Nêu kết luận năng biến đổi thế nào? càng lớn Biên độ có liên quan với 3 Ứng dụng của tắt dần: cái cơ năng thế nào? giảm rung Biên độ biến đổi thế nào? • Cái giảm rung: Một pít tông Nêu nguyên nhân dao có những chỗ thủng chuyển động tắt dần ? động thẳng đứng bên trong một Muốn duy trì dao động tắt xy lanh đựng đầy dầu nhớt, pít dần ta phải làm gì ? tông gắn với khung xe và xy Nêu cách cung cấp năng lanh gắn với trục bánh xe Khi lượng ? khung xe dao động trên các lò Cơ chế duy trì dao động xo giảm xóc, thì pít tông cũng của con lắc dao động theo, dầu nhờn chảy qua các lỗ thủng của pít tông Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 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 HĐ4: Dự đoán xem để cho dao Cung cấp năng lượng ? động không tắt dần và có chu kì không đổi như chu Nêu định nghĩa dao động kì dao động duy trì riêng thì ta phải làm gì? Mô tả a Thường t người ta b 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 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 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản dao động trong đưa võng Năm học 2009 - 2010 HĐ3: Dao động cưỡng bức Làm thí nghiệm ảo về dao động cưỡng bức x O t b (đồ thị của li độ dao động cưỡng bức) Thuyết giảng về dao động cưỡng bức như phần nội dung 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 ω hình vẽ 17.2 trong sách giáo khoa Theo dõi đường biểu diễn Em thấy được điều gì ? III Dao động cưỡng bức: Quan sát thí nghiệm 1.Thế nào là dao động cưỡng Quan sát và rút ra các đặc bức ? điểm của dao động cưỡng Nếu tác dụng một ngoại biến bức đổi điều hoà F=F0sin(ωt + ϕ) Biên độ tăng dần lên một hệ.lực này cung cấp năng lượng cho hệ để bù lại Biên độ không thay đổi phần năng lượng mất mát do ma sát Khi đó hệ sẽ gọi là dao Quan sát đồ thị dao động động cưỡng bức 2.ví dụ : SGK Dạng sin 3 Đặc điểm : sau khi dao động của hệ được ổn định thì: Bằng tần số góc ω của • Dao động của hệ là dao động ngoại lực điều hoà có tần số bằng tần số ngoại lực, Tỉ lệ với biên độ F0 của • Biên độ của dao động không ngoại lực đổi + Phụ thuộc vào sự chênh Trả lời C1 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 Quan sát và rút ra hiện IV Hiện tượng cộng hưởng: tượng và khái niệm cộng 1.Định nghĩa : Nếu tần số ngoại hưởng lực (f) bằng với tần số riêng (f0) của hệ dao động tự do, thì biên Giá trị cực đại của biên độ độ dao động cưỡng bức đạt giá A của A trị cực đại A Amax dao Hiện tượng này gọi là hiện Amax động tượng cộng hưởng cưỡng bức đạt O f f 0 O f f Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Hiện tượng cộng hưởng là được khi tần số góc của gì ? ngoại lực bằng tần số góc riêng ω0 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 Ứng dụng của hiện tượng Nếu ma sát giảm thì giá trị cộng hưởng cực đại của biên độ tăng Hiện tượng cộng hưởng rõ Thuyết giảng như phần nội nét hơn dung và kể một vài mẫu chuyện về tác dụng có lợi và hại của cộng hưởng! Năm học 2009 - 2010 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 Trả lời C2 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 Nghiên cứu Sgk …) • Dùng để đo tần số dòng điện lên dây đàn xoay chiều, lên dây đàn +Tác dụng có hại: Chế tạo các máy móc, lắp Cầu, bệ máy, trục máy đặt 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 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản Năm học 2009 - 2010 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: Bài5: 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 cộngr hai hàm dạng sinx 1 và sinx2 cùng u u r tần số góc bằng việc cộng hai véc tơ quay tương ứng X1 và X 2 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 I Véc tơ quay: Viết biểu thức hình • dđđh x=Acos(ωt+ϕ) được biểu diễn uu ur chiếu của véc tơ Ví dụ C1 bằng véc tơ quay OM Trên trục toạ độ u ur uu OM trên trục Ox và Ox véc tơ này có: so sánh với phương + Gốc: Tại O trình li độ dao động + Độ dài: OM = điều hoà? M A + Hợp với trục ϕ Ox góc ϕ O P x • Khi cho véc tơ ωt này quay đều với vận tốc góc ω quanh điểm O trong mặt phẳng chứa trục Ox, thì hình chiếu của uu uu r véc tơ OM trên trục Ox: uu uu r OP = ch X OM = Acos(ωt + ϕ) uu uu r • Vậy: Véc tơ quay OM biểu diễn dao Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản H Đ 2:Phương pháp vecto quay Gv: Lấy một số ví x1 = A1cos(ωt + ϕ1) dụ về một vật đồng x2 = A2cos(ωt + ϕ2) thời tham gia hai Học sinh vẽ vectơ quay dao động điều hoà OM 1 biểu diễn dao động cùng phương cùng điều hòa x1 và OM 2 biểu tần số, và đặt vấn đề là tìm dao động tổng diễn dao động điều hòa x2 Học sinh vẽ vectơ quay hợp của vật Hs: Lấy thêm một OM biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp ? Học số ví dụ? sinh quan sát và nghe Gv giảng: thuyết trình •Khi ur u u ucác véc tơ ur u OM1 , OM 2 quay với cùng vận tốc góc ω ngược chiều kim đồng đồ, thì do góc hợp bởiu u u u giữa uu uu r r OM1 ,OM 2 ∆ϕ=ϕ2– ϕ1 không đổi nên hình bình hành OM1MM2 cũng quay theo với vận tốc góc ω và không biến dạng khiu u uquay Lập hệ thức lượng cho tam u r Véc tơ tổng OM là giác OMM1 để rút ra công thức tính biên độ dao động đường chéo hình tổng hợp bình hành cũng A2 = quay đều quanh O 2 A12 + A2 + 2 A1 A2 cos(ϕ2 − ϕ1 ) với vận tốc góc ω A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ2 •Mặt khác: tgϕ = A cos ϕ + A cos ϕ OP = OP1 + OP 2 1 1 2 2 hay x = x1 +xu nên u2u u r véc tơ tổng OM biểu diễn cho dao động tổng hợp, và phương trình dao động tổng hợp có dạng: x=Acos(ωt+ϕ) Năm học 2009 - 2010 động điều hoà, có hình chiếu trên trục x là li độ của dao động 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(ωt + ϕ1), x2 = A2cos(ωt + ϕ2) Hãy khảo sát dao động tổng hợp của hai dao động trên bằng phương pháp Frenen 2 Phương pháp giản đồ Fre-nen: uu ur x1→ OM1 Gốc : tại O Độ lớn::OM1=A1 uu ·ur ( ) uu ur OM1 , Ox t =0 =ϕ 1 x2→ OM 2 Gốc : tại O Độ lớn : OM2 = A2 uu ·ur ( OM 2 , Ox ) t =0 =ϕ 2 M uu ur • Vẽ OM1 , uu ur OM 2 và véc tơ tổng: M2 ϕ ∆ϕ M1 u ur u ur uu uu O P P P x OM = OM1 + 2 1 u ur uu OM 2 uu ur uu ur uu ur Ch OM = Ch OM1 + Ch OM 2 Vì OX OX OX nên OP = OP1 + OP 2 Hay : x = x1 + x2 uu ur Vậy: véc tơ OM biểu diễn cho dao động tổng hợp và có dạng: x = Acos(ωt + ϕ) ** Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp: a Biên độ: Tam giác OMM1 cho : 2 2 2 · OM = OM + M M − 2OM1 M Mcos(OM M) 1 1 1 A = A2 + A1 +2A1A2cos(ϕ2 – ϕ1) 2 2 2 b Pha ban đầu: • Ta có tgϕ = y = x A1 sin ϕ1 + A 2 sin ϕ2 A1 cos ϕ1 + A 2 cos ϕ2 • Vậy: tgϕ = A1 sin ϕ1 + A 2 sin ϕ2 A1 cos ϕ1 + A 2 cos ϕ2 1 Giáo án vật lý lớp 12 ban cơ bản x1 và x2 cùng pha Cho biết ý nghĩa của độ lệch pha? x1 và x2 ngược pha x1 và x2 vuông pha Năm học 2009 - 2010 3.Ảnh hưởng của độ lệch pha : • Nếu: ϕ2 – ϕ1 = 2kπ → A = Amax = A1+A2 • Nếu: ϕ2 – ϕ1 =(2k+1)π →A=Amin = A -A 1 2 • Nếu ϕ2 – ϕ1 = π/2+kπ →A = 2 A12 + A 2 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: Bài 1: Một vật đồng thời tham gia hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có các phương trình lần lượt là: x1= 3 sin(10t +π/6)cm, x2 = 3 cos(10t)cm a.Dùng phương pháp véc tơ quay để viết phương trình dao động tổng hợp b.Tính vận tốc của vật khi qua vị trí cân bằng Bài 2: Cho hai dao động điều hòa cùng phương cùng chu kì T = 2s Dao động thứ nhất tại thời điểm t=0 có ly độ bằng biên độ và bằng 1cm Dao động thứ hai có biên độ bằng 3 cm, tại thời điểm ban đầu có ly độ bằng 0 và vận tốc âm Viết phương trình dao động tổng hợp của hai dao động trên VI: Rút kinh nghiệm: Nên dạy phần độ lệch pha trước khi tổng hợp !  ... có dạng: x = Acos(ωt + ϕ) ** Biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp: a Biên độ: Tam giác OMM1 cho : 2 · OM = OM + M M − 2OM1 M Mcos(OM M) 1 A = A2 + A1 +2A1A2cos(ϕ2 – ϕ1) 2 b Pha ban đầu: • Ta... đầu: • Ta có tgϕ = y = x A1 sin ϕ1 + A sin ϕ2 A1 cos ϕ1 + A cos ϕ2 • Vậy: tgϕ = A1 sin ϕ1 + A sin ϕ2 A1 cos ϕ1 + A cos ϕ2 Giáo án vật lý lớp 12 ban x1 x2 pha Cho biết ý nghĩa độ lệch pha? x1 x2... tế kể vài ứng dụng II Chuẩn bị: Giáo viên :Chuẩn bị thí nghiệm 4.3 điều kiện cho phép Nếu chuẩn bị khơng thơng báo kết quả .Chuẩn bị lắc lị xo dao động mơi trường nhớt khác nhau.Hình vẽ trang 19