Chương I. DAO ĐỘNG CƠ Tiết 1-2 . DAO ĐỘNG DIỀU HÒA I. MỤC TIÊU - Nêu được: Đònh nghóa dao động điều hòa, các khái niệm li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu. - Viết được: Phương trình của dao động điều hòa, công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số, công thức vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. - Vẽ được đồ thò của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng không. - Làm được các bài tập tương tự như trong sgk. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên Chuẩn bò một con lắc đơn hoặc con lắc lò xo cho học sinh quan sát dao động. Chuẩn bò hình vẽ miêu tả sự dao động của hình chiếu điểm P của điểm M trên đường kính P 1 P 2 . Chuẩn bò thí nghiệm minh họa hình 1.4 2. Học sinh: Ôn lại chuyển động tròn đều. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Tiết 1 Hoạt động 1 (5 phút) : Giới thiệu chương trình, sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo. Hoạt động 2 (10 phút) : Tìm hiểu dao động cơ. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Cho học sinh quan sát dao động của con lắc đơn. Giới thiệu một số dao động tuần hoàn. Yêu cầu học sinh nêu đònh nghóa dao động tuần hoàn. Đònh nghóa dao động cơ. Đònh nghóa dao động tuần hoàn. I. Dao động cơ 1. Thế nào là dao động cơ? Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh một vò 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 kì, vật trở lại vò trí cũ theo hướng cũ. Hoạt động 3 (30 phút) : Tìm hiểu phương trình của dao động điều hòa. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Vẽ hình 1.1 Dẫn dắt để học sinh tìm ra biểu thức xác đònh tọa độ của P. Yêu cầu học sinh thực hiện C1. Giới thiệu khái niệm dao động điều hòa. Vẽ hình. Xác đònh vò trí của M ở thời điểm t = 0. Xác đònh vò trí của M ở thời điểm t bất kì. Xác đònh hình chiếu của M trên trục Ox. Thực hiện C1. Ghi nhận khái niệm. II. Phương trình của dao động điều hòa 1. Ví dụ Xét điểm M chuyển động tròn đều theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ) với tốc độ góc ω trên quỹ đạo tâm O bán kính OM = A. + Ở thời điểm t = 0, điểm M ở vò trí M 0 đước xác đònh bởi góc ϕ. + Ở thời điểm t bất kì M t được xác đònh bởi góc (ωt + ϕ). + Hình chiếu của M t xuống trục Ox là P có tọa độ: x = ____ OP = Acos(ωt + ϕ). Vì hàm sin hay cosin là một hàm điều hòa, nên dao động của điểm P được gọi là dao động điều hòa. 2. Đònh nghóa Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian. Giới thiệu phương trình dao động điều hòa và các đại lượng trong phương trình. Thực hiện thí nghiệm hình 1.4 Yêu cầu học sinh rút ra mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa. Nêu qui ước chọn trục làm gốc để tính pha dao động. Ghi nhận phương trình. Ghi nhớ tên gọi và đơn vò của các đại lượng trong phương trình dao động điều hòa. Nêu mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa. Ghi nhận qui ước chọn trục làm gốc để tính pha dao động. 3. Phương trình Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ) Trong đó: A là biên độ dao động (A > 0). Nó là độ lệch cực đại của vật; đơn vò m, cm. (ωt + ϕ) là pha của dao động tại thời điểm t; đơn vò rad. ϕ là pha ban đầu của dao động; đơn vò rad. 4. Chú ý + Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể dược coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều trên đường kính là đoạn thẳng đó. + Đối với phương trình dao động điều hòa x = Acos(ωt + ϕ) ta qui ước chọn trục x làm gốc để tính pha của dao động. Tiết 2 Hoạt động 4 (10 phút) : Tìm hiểu chu kì , tần số, tần số góc của dao động điều hòa. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu chu kì của dao động điều hòa. Giới thiệu tần số của dao động điều hòa. Giới thiệu tần số góc của dao động điều hòa. Yêu cầu học sinh nhắc lại mối liên hệ giữa ω, T và f trong chuyển động tròn đều. Ghi nhận khái niệm. Ghi nhận khái niệm. Ghi nhận khái niệm. Nhắc lại mối liên hệ giữa ω, T và f trong chuyển động tròn đều. III. Chu kì , tần số, tần số góc của dao động điều hòa 1. Chu kì và tần số + Chu kì (kí hiệu T) của dao động điều hòa là khoảng thời gian để thực hiện một dao động toàn phần; đơn vò giây (s). + Tần số (kí hiệu f) của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây; đơn vò héc (Hz). 2. Tần số góc ω trong phương trình x = Acos(ωt + ϕ) gọi là tần số góc của dao động điều hòa. Liên hệ giữa ω, T và f: ω = T π 2 = 2πf. Hoạt động 5 (20 phút) : Tìm hiểu vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu vận tốc của vật dao động điều hòa. Biến đổi để thấy v sớm pha 2 π so với x. Yêu cầu học sinh xác đònh các giá trò cực tiểu và cực đại của vận tốc của dao động điều hòa. Giới thiệu gia tốc của vật dao Ghi nhận khái niệm. Ghi nhận sự lệch pha giữa vận tốc v và li độ x. Xác đònh các vò trí vật có vận tốc cực tiểu, cực đại. IV. Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa 1. Vận tốc + Vận tốc là đạo hàm của li độ theo thời gian: v = x' = - ωAsin(t + ϕ). + Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn 2 π so với với li độ của dao động điều hòa. - Ở vò trí biên, x = ± A thì vận tốc bằng 0. - Ở vò trí cân bằng, x = 0 thì vận tốc có độ lớn cực đại : v max = ωA. 2. Gia tốc + Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời động điều hòa. Giới thiệu sự lệch pha của a, v và x. Yêu cầu học sinh nêu đặc điểm của véc tơ gia tốc trong dao động điều hòa. Yêu cầu học sinh xác đònh các giá trò cực đại, cực tiểu của a. Ghi nhận khái niệm. Nắm vững mối liên hệ giữa x, v và a trong dao động điều hòa. Nêu đặc điểm của véc tơ gia tốc trong dao động điều hòa. Xác đònh các vò trí gia tốc có giá trò cực đại, cực tiểu gian: a = v' = - ω 2 Acos(ωt + ϕ) = - ω 2 x + Gia tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng ngược pha với li độ (sớm pha hơn 2 π so với vận tốc). + Véc tơ gia tốc của vật dao động điều hòa luôn hướng về vò trí cân bằng và tỉ lệ với độ lớn của li độ. - Ở vò trí biên, x = ± A thì gia tốc có độ lớn cực đại : a max = ω 2 A. - Ở vò trí cân bằng, x = 0 thì gia tốc bằng 0. Hoạt động 6 (10 phút) : Tìm hiểu đồ thò của dao động điều hòa. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thò. Yêu cầu học sinh nhận xét về đồ thò của dao động điều hòa. Vẽ đồ thò của dao động điều hòa ứng với trường hợp pha ban đầu ϕ = 0. Nhận xét đồ thò. V. Đồ thò của dao động điều hòa Đồ thò của dao động điều hòa là một đường hình sin. Hoạt động 7 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho học sinh tóm tắt những kiết thức đã học trong bài. Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 7, 8, 9 10, 11 trang 9 sgk và 1.6, 1.7 sbt. Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài. Ghi các bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY Tiết 3 . CON LẮC LÒ XO I. MỤC TIÊU - Viết được: Cơng thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa, cơng thức tính chu kì của con lắc lò xo, cơng thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động. - Áp dụng được các cơng thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự như ở trong phần bài tập. - Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Con lắc lò xo 2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ: Viết phương trình li độ, vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. Nêu mối liên hệ giữa chu kì, tần số và tần số góc của dao động điều hòa. Hoạt động 2 (10 phút) : Tìm hiểu con lắc lò xo. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu con lắc lò xo. Yêu cầu học sinh nêu cấu tạo của con lắc lò xo. Giới thiệu vò trí cân bằng. Yêu cầu học sinh nhận xét về vò trí cân bằng. Kéo lò xo giãn ra rồi thả ra. Yêu cầu học sinh nhận xét. Vẽ con lắc lò xo. Nêu cấu tạo của con lăùc lò xo. Nhận xét về vò trí cân bằng. Nhận xét chuyển động. I. Con lắc lò xo 1. Cấu tạo Gồm một vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu của một lò xo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể. Đầu kia của là xo được giữ cố đònh. Vâït m có thể trượt trên một mặt phẵng nằm ngang không có ma sát. 2. Nhận xét + Vò trí cân bằng của vật là là vò trí khi lò xo không bò biến dạng. + Kéo vật nặng ra khỏi vò trí cân bằng cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, ta thấy vật dao động trên một đoạn thẳng quanh vò trí cân bằng. Hoạt động 3 (20 phút) : Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Vẽ hình 2.1 Dẫn dắt học sinh đi đến kết luận cuối cùng là con lắc lò xo dao động điều hòa. Xác đònh các lực tác dụng lên vật. Viết biểu thức đònh luật II Newton. Viết phương trình chiếu. Xác đònh trò đại số của lực đàn hồi → F Thử lại để công nhận nghiệm của phương trình: a = - ω 2 x là: x = Acos(ωt + ϕ). II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học 1. Phương trình chuyển động Vật chòu tác dụng của 3 lực: Trọng lực → P , phản lực → N và lực đàn hồi → F Theo đònh luật II Newton: m → a = → P + → N + → F Chiếu lên trục Ox ta có: ma = F = - kx => a = - m k x. Đặt ω 2 = m k ta có: a = - ω 2 x Nghiệm của phương trình này có dạng : x = Acos(ωt + ϕ) Như vậy con lắc lò xo dao động điều hòa. 2. Tần số góc và chu kì Yêu cầu học sinh xác đònh tần số góc ω. Yêu cầu học sinh xác đònh chu kì T. Yêu cầu học sinh thực hiện C1 Giới thiệu lực kéo về ở con lắc lò xo vừa nêu và một số trường hợp khác. Xác đònh tần số góc ω của con lắc lò xo. Xác đònh chu kì dao động. Thực hiện C1. Nêu khái niệm lực kéo về. Tần số góc: ω = m k . Chu kì: T = ω π 2 = 2 m k π . 3. Lực kéo về Lực luôn luôn hướng về vò trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ, là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa. Hoạt động 4 (10 phút) : Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Dẫn dắt để học sinh viết được biểu thức tính động năng của con lắc lò xo. Dẫn dắt để học sinh viết được biểu thức tính thế năng của con lắc lò xo. Dẫn dắt để học sinh viết được biểu thức tính cơ năng của con lắc lò xo. Yêu cầu học sinh rút ra các kết luận. Yêu cầu học sinh thực hiện C2. Viết biểu thức tính động năng nói chung. Áp dụng cho con lắc lò xo. Viết biểu thức tính thế năng của lò xo bò biến dạng. Áp dụng cho con lắc lò xo. Viết biểu thức tính cơ năng nói chung. Áp dụng cho con lắc lò xo. Rút ra các kết luận. Thực hiện C2. III. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng 1. Động năng của con lắc lò xo W đ = 2 1 mv 2 = 2 1 mω 2 A 2 sin 2 (ωt+ϕ) = 2 1 kA 2 sin 2 (ωt + ϕ) . 2. Thế năng của con lắc lò xo W t = 2 1 kx 2 = 2 1 k A 2 cos 2 (ωt + ϕ) 3. Cơ năngcủa con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng W = W t + W đ = 2 1 k A 2 = 2 1 mω 2 A 2 = 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 bỏ qua mọi ma sát. Hoạt động 5 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho học sinh tóm tắt những kiết thức đã học trong bài. Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 4, 5, 6 trang 13 sgk và 2.6, 2.7 sbt. Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài. Ghi các bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY Tiết 4 . BÀI TẬP I. MỤC TIÊU - Xác đònh được các đại lượng trong dao động điều hòa. - Lập được phương trình dao động của con lắc lò xo. - Giải được một số bài toán về dao động điều hòa và con lắc lò xo. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Xem kỉ các bài tập trong sgk, sbt. Chuẩn bò thêm một số bài tập trắc nghiệm và tự luận. 2. Học sinh: Ôn lại kiến thức về dao động điều hòa, con lắc lò xo. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (10 phút) : Kiểm tra bài cũ và tóm tắt kiến thức liên quan. + Li độ, vận tốc và gia tốc của dao động điều hòa: x = Acos(ωt + ϕ), v = x' = - ωAsin(t + ϕ), a = v' = x’’ = - ω 2 Acos(ωt + ϕ) = - ω 2 x + Sự lệch pha giữa li độ, vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa: vận tốc biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn li độ 2 π , gia tốc sớn pha hơn vận tốc 2 π và ngược pha với li độ. + Liên hệ giữa chu kì, tần số và tần số góc: ω = T π 2 = 2πf. + Phương trình dao động của con lắc lò xo: x = Acos(ωt + ϕ) ; với ω = m k , A = 2 2 0 2 0 ω v x + ; ϕ xác đònh theo phương trình: cosϕ = A x 0 : lấy nghiệm “+” nếu v 0 < 0 và lấy nghiệm “-“ nếu v 0 > 0. + Động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo: Động năng : W đ = 2 1 mv 2 = 2 1 kA 2 sin 2 (ωt + ϕ). Thế năng: W t = 2 1 kx 2 = 2 1 k A 2 cos 2 (ωt + ϕ). Cơ năng: W = W t + W đ = 2 1 k A 2 = 2 1 mω 2 A 2 Hoạt động 2 (10 phút) : Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn C. Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn A. Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn D. Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn D. Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn D. Yêu cầu hs giải thích tại sao chọn B. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Giải thích lựa chọn. Câu 7 trang 9: C Câu 8 trang 9: A Câu 9 trang 9 : D Câu 4 trang 13: D Câu 5 trang 13: D Câu 6 trang 13: B Hoạt động 3 (20 phút) : Giải các bài tập tự luận. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Y/c h/s xác đònh tần số góc của dao động. Hướng dẫn học sinh xác đònh pha ban đầu. Y/c hs viết pt dao động . Hướng dẫn để học sinh xác đònh li độ, vận tốc và gia tốc của vật tại thời điểm t = 0,5s. Tính ω. Tính ϕ. Viết phương trình dao động. Thay t vào phương trình li độ và tính x. Thay t vào phương trình vận Bài 1.7 a) Phương trình dao động : x = Acos(ωt + ϕ) ω = 4 22 ππ = T = 0,5π (rad/s). Khi t = 0 thì x = - A => - A = Acosϕ => ϕ = π Vậy : x = 24cos(0,5πt + π) (cm). b) Tại thời điểm t = 0,5s : x = 24cos(0,5π.0,5 + π) = 24cos 4 5 π = - 12 2 (cm) v = - 0,5π.24.sin 4 5 π = 6π 2 (cm/s). a = - (0,5π) 2 .(- 12 2 ) = 30 2 (cm/s 2 ). Hướng dẫn học sinh giải phương trình lượng giác để tính t (hai họ nghiệm). Giải thích cho học sinh hiểu thời điểm đầu tiên vật qua vò trí đã cho là nghiệm dương nhỏ nhất trong 2 họ nghiệm. Y/c h/s xác đònh tần số góc của dao động. Hướng dẫn h/s xác đònh pha ban đầu. Y/c h/s viết pt dao động . Y/c h/s xác đònh t (ra s). Cho h/s thay t vào pt vận tốc để tính v. Cho h/s thay t vào pt gia tốc để tính a. Y/c h/s dựa vào trò đại số của a để xác đònh chiều của véc tơ gia tốc. Hướng dẫn h/s tính trò đại số của lực kéo về và nhận xét về chiều của nó. tốc và tính v. Thay t vào phương trình gia tốc và tính a. Thay x vào phương trình li độ và giải phương trình lượng giác để tính t. Tìm nghiệm dương nhỏ nhất trong hai họ nghiệm đã giải được. Tính ω. Tính ϕ. Viết pt dao động. Tính T và t ra giây. Tính v. Tính a. Nhận xét về chiều của → a Tính F Nhận xét chiều của → F c) Thời điểm đầu tiên vật có x = - 12cm: Ta có : - 12 = 24cos(0,5πt + π) => cos(0,5πt + π) = - 0,5 = cos 3 2 π => 0,5πt + π = ± 3 2 π + 2kπ ; với k ∈ Z. => t = - 3 1 + 4k hoặc t = - 3 10 + 4k. Nghiệm dương nhỏ nhất trong hai họ nghiệm này là t = 3 2 (s). Bài 2.6 a) Phương trình dao động : x = Acos(ωt + ϕ) ω = 2,0 22 ππ = T = 10π (rad/s). Khi t = 0 thì x = 0 => 0 = Acosϕ => ϕ = ± 2 π vì khi t = 0 thì v < 0 nên nhận nghiệm ϕ = 2 π Vậy: x = 0,2cos(10πt + 2 π ) (m). b) Tại thời điểm t = 4 3T = 0,15s : v = - 10π.0,2.sin(1,5π + 2 π ) = 0. a = - (10π) 2 .0,2.cos(1,5π + 2 π ) = - 200(m/s 2 ) < 0 Dó đó → a hướng theo chiều âm của trục Ox về phía vò trí cân bằng. Lực kéo về: F = ma = 0,05.(-200) = - 10 (N) < 0. Véc tơ → F ngược chiều dương của trục Ox IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY Tiết 5. CON LẮC ĐƠN I. MỤC TIÊU - Nêu được cấu tạo của con lắc đơn, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa. - Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn, công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn - Xác đònh được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn. - Nêu được nhận xét đònh tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động. - Nêu được ứng dụng của con lắc trong việc xác đònh gia tốc rơi tự do. - Giải được các bài tập tương tự như trong bài. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Con lắc đơn. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (10 phút) : Tìm hiểu con lắc đơn. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu con lắc đơn. Yêu cầu học sinh nêu cấu tạo của con lắc đơn. Yêu cầu học sinh xác đònh vò trí cân bằng của con lắc đơn. Cho con lắc đơn dao động. Vẽ hình. Nêu cấu tạo của con lắc đơn. Xác đònh vò trí cân bằng của con lắc đơn. Quan sát và nhận xét về chuyển động của con lắc đơn. I. Thế nào là con lắc đơn? 1. Cấu tạo Gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo vào ở đầu một sợi dây không dãn, có chiều dài l, có khối lượng không đáng kể. 2. Nhận xét Vò trí cân bằng là vò trí mà dây treo có phương thẳng đứng. Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vò trí cân bằng một góc rồi thả ra ta thấy con lắc dao động xung quanh vò trí cân bằng. Hoạt động 2 (15 phút) : Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Vẽ hình 3.2. Yêu cầu học sinh xác đònh các lực tác dụng lên vật nặng. Yêu cầu học sinh viết biểu thức đònh luật II Newton. Yêu cầu học sinh xác đònh lực kéo về. Yêu cầu học sinh cho biết tại sao khi α lớn thì dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa. Yêu cầu học sinh thực hiện C1 Dẫn dắt để đưa đến kết luận khi α 0 < 10 0 thì dao động của con lắc đơn là dao động điều Vẽ hình. Xác đònh các lực tác dụng lên vật nặng. Viết biểu thức đònh luật II Newton. Xác đònh lực kéo về. Cho biết tại sao khi α lớn thì dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa. Thực hiện C1. Công nhận (nhớ) nghiệm của phương trình vi phân. II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học 1. Phương trình chuyển động Vò trí của vật m được xác đònh bởi li độ góc α hay bởi li độ cong s = lα (α tính ra rad). Chọn chiều dương như hình vẽ. Vật chòu tác dụng của hai lực: Trọng lực → P và sức căng → T . Theo đònh luật II Newton: m → a = → P + → T Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo ta có: ma = P t = - mgsinα. Thành phần P t = - mgsinα của trọng lực là lực kéo về. Với α lớn (sinα ≠ α) dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa. Với α<10 0 (sinα ≈ α = l s ) thì: ma = - mg l s => a = - l g s. Đặt ω 2 = l g . Ta có: a = -ω 2 s Nghiệm của phương trình này là : hòa. Yêu cầu học sinh kết luận về dao động điều hòa của con lắc đơn. Yêu cầu học sinh xác đònh tần số góc của con lắc đơn. Yêu cầu học sinh xác đònh chu kì của con lắc đơn. Yêu cầu học sinh thực hiện C2 Kết luận về dao động điều hòa của con lắc đơn. Xác đònh ω. Xác đònh T. Thực hiện C2. s = S 0 cos(ωt + ϕ) Vậy, khi dao động nhỏ (sinα ≈ α (rad)), con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ S 0 = lα 0 . 2. Tần số góc và chu kì dao động Tần số góc : ω = l g . Chu kì: T = ω π 2 = 2π g l . Hoạt động 3 (10 phút) : Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính động năng. Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính thế năng. Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính cơ năng. Yêu cầu học sinh cho biết khi nào thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn và viết biểu thức của cơ năng khi đó. Viết biểu thức tính động năng của con lắc đơn. Viết biểu thức tính thế năng của con lắc đơn. Viết biểu thức tính cơ năng của con lắc đơn. Cho biết khi nào thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn, viết biểu thức của cơ năng khi đó. III. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng 1. Động năng W đ = 2 1 mv 2 . 2. Thế năng W t = mgl(1 - cosα) = 2mglsin 2 2 α . 3. Cơ năng Nếu bỏ mọi ma sát thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn và đúng bằng thế năng của nó ở vò trí biên: W = W đ +W t = mgl(1-cosα 0 ) = 2mglsin 2 2 0 α Với α 0 < 10 0 thì W = 2 1 mglα 2 0 Hoạt động 4 (5 phút) : Tìm hiểu cách xác đònh gia tốc rơi tự do nhờ con lắc đơn. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh trình bày cách làm thí nghiệm với con lắc đơn để xác đònh gia tốc rơi tự do. Trình bày cách làm thí nghiệm cới con lắc đơn để xác đònh gia tốc rơi tự do. IV. Ứng dụng: Xác đònh gia tốc rơi tự do Từ công thức tính chu kì của con lắc đơn: T = 2π g l => g = T l 2 4 π . Làm thí nghiệm với dao động của con lắc đơn, đo T và l ta tính được g. Hoạt động 5 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Cho học sinh tóm tắt những kiết thức đã học trong bài. Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 4, 5, 6, 7 trang 17 sgk và 3.8, 3.9 sbt. Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài. Ghi các bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY Tiết 6. DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƯỞNG BỨC I. MỤC TIÊU - Nêu được những đặc điểm của dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưởng bức, sự cộng hưởng. - Nêu được điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng xảy ra. - Nêu được một vài ví dụ về tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng. - Giải thích được nguyên nhân của dao động tắt dần. Vẽ và giải thích được đường cong cộng hưởng. - Vận dụng được điều kiện cộng hưởng để giải thích một số hiện tượng vật lí liên quan và để giải được bài tập tương tự như trong bài. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Chuẩn bò dụng cụ thí nghiệm 4.3 và một số ví dụ về dao động cưởng bức, hiện tượng cộng hưởng. 2. Học sinh: Ôn tập về cơ năng của con lắc: W = 2 1 mω 2 A 2 . III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ: Viết biểu thức xác đònh tần số dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn: Con lắc lò xo: f = m k π 2 1 . Con lắc đơn: f = l g π 2 1 . Nêu điều kiện để con lắc lò xo và con lắc đơn dao động điều hòa. G/v gới thiệu các tần số dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo đã nêu gọi là tần số riêng của hệ dao động (kí hiệu là f 0 ), nó chỉ phụ thuộc vào các đặc điểm của hệ dao động. Hoạt động 2 (10 phút) : Tìm hiểu dao động tắt dần. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh nhận xét về dao động của các con lắc trong thực tế. Cho hs đn dao động tắt dần. Yêu cầu học sinh giải thích nguyên nhân tắt dần của dao động. Giới thiệu một số ứng dụng của dao động tắt dần. Nhận xét về dao động của các con lắc trong thực tế. Nêu khái niệm dao động tắt dần. Giải thích nguyên nhân tắt dần của dao động. Ghi nhận các ứng dụng của dao động tắt dần. I. Dao động tắt dần 1. Thế nào là dao động tắt dần? Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. 2. Giải thích Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường làm tiêu hao cơ năng của con lắc. 3. Ứng dụng Các thiết bò đóng cửa tự động hay giảm xóc ô tô, xe máy, … là những ứng dụng của dao động tắt dần. Hoạt động 3 (5 phút) : Tìm hiểu dao động duy trì. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Yêu cầu học sinh nêu cách làm cho dao động không tắt. Giới thiệu dao động duy trì. Giới thiệu dao động duy trì của con lắc đồng hồ. Nêu cách làm cho dao động không tắt dần. Ghi nhận khái niệm. II. Dao động duy trì Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động gọi là dao động duy trì. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì. Hoạt động 4 (10 phút) : Tìm hiểu dao động cưởng bức. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu dao động cưởng bức Yêu cầu học sinh nêu ví dụ về dao động cưởng bức. Ghi nhận khái niệm. Nêu ví dụ về dao động cưởng bức. III. Dao động cưởng bức 1. Thế nào là dao động cưởng bức? Dao động chòu tác dụng của một ngoại lực cưởng bức tuần hoàn gọi là dao động cưởng bức. Ví dụ: Khi ô tô đang dừng mà không tắt máy thì thân xe bò rung lên. Đó là dao động cưởng bức dưới tác dụng của lực cưởng bức tuần hoàn gây ra bởi chuyển động của pit-tông [...]... thành phần sau: x1 = 4cos(10πt + π/3) (cm) x2 = 2cos(10πt + π) (cm) Hướng dẫn để học sinh tìm Tìm biên độ của dao động tổng Ta có: A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) biên độ, pha ban đầu và viết hợp = 16 + 4 + 16.(-0,5) = 12 => A = 2 3 (cm) phương trình dao động tổng A1 sin ϕ 1 + A2 sin ϕ 2 hợp tanϕ = A1 cos ϕ 1 + A2 cos ϕ 2 Tìm pha ban đầu của dao động 3 π 4 + 2.0 tổng hợp = = ∞ = tan 2 2 4.0,5 + 2.(... = 2,3cos(10πt + π 2 ) (cm) Bài 5.5 5π 5π π t = 6cos( t) (cm) 2 2 2 Yêu cầu học sinh chuyển x1 từ Chuyển x1 từ hàm sin sang => A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) hàm sin sang hàm cos hàm cos = 36 + 36 + 72.0 = 72 Hướng dẫn để học sinh tìm Tìm biên độ của dao động tổng => A = 6 2 (cm) biên độ, pha ban đầu và viết hợp A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ 2 phương trình dao động tổng tanϕ = hợp A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ... trình dao động tổng hợp x = 2,3cos(5πt + 0,73π) (cm) Bài 5.4 Hướng dẫn để học sinh tìm Tìm biên độ của dao động tổng Ta có: A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) biên độ, pha ban đầu và viết hợp = 16 + 4 + 16.(-0,5) = 12 phương trình dao động tổng => A = 2,3 (cm) hợp A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ 2 Tìm pha ban đầu của dao động tanϕ = A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ 2 tổng hợp 3 π 4 + 2 0 = = ∞ = tan 2 2 4.0,5 + 2( −1) => ϕ... của học sinh Nội dung cơ bản Bài 6 trang 25 Hướng dẫn để học sinh tìm Tìm biên độ của dao động Ta có: A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) biên độ, pha ban đầu và viết tổng hợp = 0,75 + 3 + 3.0,5 = 5,25 => A = 2,3 (cm) phương trình dao động tổng A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ 2 hợp tanϕ = Tìm pha ban đầu của dao động A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ 2 tổng hợp 3 1 + 3.0.5 2 2 = == tan0,73π 3 3 2 0 + 3 (− ) 2 2 => ϕ = 0,73π... thức liên quan đến các bài tập cần giải + Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số: Nếu một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa với các phương trình là: x1 = A1cos(ωt + ϕ1); x2 = A2cos(ωt + ϕ2) thì phương trình dao động tổng hơp của vật là: x = x1 A1 sin ϕ 1 + A2 sin ϕ 2 + x2 = Acos(ωt + ϕ) Trong đó: A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) ; tanϕ = A1 cos ϕ 1 + A2 cos ϕ 2 + Độ... số hòa cùng phương cùng tần số b) Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy Hướng dẫn để học sinh thực A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1) Thực hiện C2 hiện C2 A1 sin ϕ 1 + A2 sin ϕ 2 tanϕ = A1 cos ϕ 1 + A2 cos ϕ 2 Giới thiệu sự lệch pha của hai Ghi nhận các khái niệm về sự 3 Ảnh hưởng của độ lệch pha Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng dao động: Sớm pha, trể... gọi là hiện tượng giao thoa Nêu khái niệm giao thoa và vân nào là sự giao thoa của hai giao thoa của hai sóng Các gợn sóng có hình các sóng đường hypebol gọi là các vân giao thoa Hoạt động 3 (15 phút) : Tìm hiểu việc xác đònh các cực đại, cực tiểu trong sự giao thoa Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản II Cực đại và cực tiểu 1 Dao động của một điểm trong vùng giao thoa Vẽ hình... và v = 0 => cosϕ = 1 động của con lắc đơn Tính ϕ => ϕ = 0 Viết phương trình dao động Vậy: s = 0,2cos2,86t (m) c) Khi qua vò trí cân bằng v = vmax = ωS0 = 2,86.0,2 = 0,572 (m/s) Yêu cầu học sinh tính vận tốc Tính v a = 0 và gia tốc khi vật qua vò trí cân Tính a Bài 4.5 bằng a) Độ cứng của thanh thép Hướng dẫn để học sinh tính Tính độ cứng của thanh thép Ta có : m.g = k.∆l độ cứng của thanh thép m.g... kỳ dao động của con lắc đơn vào khối lượng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh chọn con lắc với l = 50cm và khối Chọn, lắp ráp từng con lắc đơn theo yêu cầu lượng lần lượt là 50g, 100gvà 150g Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm đo chu kì dao động Với mỗi trường hợp cho con lắc đơn thực hiện 10 lần của các con lắc đơn có khối lượng khác nhau dao động, đo thời gian, tính toán... Hoạt động 1 (10 phút) : Kiểm tra bài cũ và tóm tắt những kiến thức liên quan đến các bài tập cần giải + Phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn: s = S0cos(ωt + ϕ) hay α = α0cos(ωt + ϕ) với s = lα; S0 = lα0 1 l g g + Tần số góc, chu kì, tần số của con lắc đơn: ω = ; T = 2π ;f= g 2π l l 1 1 2 + Thế năng và cơ năng của con lắc đơn dao động điều hòa: Wt = mglα2 ; W = mglα 0 (α và α0 tính ra rad) . chọn. Giải thích lựa chọn. Câu 7 trang 9: C Câu 8 trang 9: A Câu 9 trang 9 : D Câu 4 trang 13: D Câu 5 trang 13: D Câu 6 trang 13: B Hoạt động 3 (20 phút). độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp. Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy A 2 = A 1 2 + A 2 2 + 2 A 1 A 2 cos (ϕ 2 - ϕ 1 ) tanϕ = 2211 2211 coscos sinsin