GGNgày soạn: Tiết dạy: 1 + 2 Chơng I DAO ĐộNG CƠ Bài 1: DAO ĐộNG ĐIềU HOà I. MụC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu đợc: + Định nghĩa dao động điều hoà. + Li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì? - Viết đợc: + Phơng trình của dao động điều hoà và giải thích đợc cá đại lợng trong phơng trình. + 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 hoà. - Vẽ đợc đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng 0. - Làm đợc các bài tập tơng tự nh Sgk. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẩN Bị 1. Giáo viên: Hình vẽ mô tả dao động của hình chiếu P của điểm M trên đờng kính P 1 P 2 và thí nghiệm minh hoạ. 2. Học sinh: Ôn lại chuyển động tròn đều (chu kì, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kì hoặc tần số). III. HOạT ĐộNG DạY HọC 1. ổn định tổ chức: Lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: 3. Bài mới: Hoạt động 1 ( phút): Tìm hiểu về dao động cơ Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Lấy các ví dụ về các vật dao động trong đời sống: chiếc thuyền nhấp nhô tại chỗ neo, dây đàn ghita rung động, màng trống rung động ta nói những vật này đang dao động cơ Nh thế nào là dao động cơ? - Khảo sát các dao động trên, ta nhận thấy chúng chuyển động qua lại không mang tính tuần - Là chuyển động qua lại của một vật trên một đoạn đờng xác định quanh một vị trí cân bằng. - Sau một khoảng thời gian nhất định nó trở lại vị trí cũ với vận tốc cũ dao động của quả lắc I. Dao động cơ 1. Thế nào là dao động cơ - Là chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng. - VTCB: thờng là vị trí của vật khi đứng yên. Trang 1 hoàn xét quả lắc đồng hồ thì sao? - Dao động cơ có thể tuần hoàn hoặc không. Nhng nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau (T) vật trở lại vị trí nh cũ với vật tốc nh cũ dao động tuần hoàn. đồng hồ tuần hoàn. 2. Dao động tuần hoàn - Là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí nh cũ với vật tốc nh cũ. Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu phơng trình của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Minh hoạ chuyển động tròn đều của một điểm M - Nhận xét gì về dao động của P khi M chuyển động? - Khi đó toạ độ x của điểm P có phơng trình nh thế nào? - Có nhận xét gì về dao động của điểm P? (Biến thiên theo thời gian theo định luật dạng cos) - Y/c HS hoàn thành C1 - Hình dung P không phải là một điểm hình học mà là chất điểm P ta nói vật dao động quanh VTCB O, còn toạ độ x chính là li độ của vật. - Gọi tên và đơn vị của các đại l- ợng có mặt trong phơng trình. - Trong quá trình M chuyển động tròn đều, P dao động trên trục x quanh gốc toạ độ O. x = OMcos(t + ) - Vì hàm sin hay cosin là một hàm điều hoà dao động của điểm P là dao động điều hoà. - Tơng tự: x = Asin(t + ) - HS ghi nhận định nghĩa dao động điều hoà. II. Phơng trình của dao động điều hoà 1. Ví dụ - Giả sử một điểm M chuyển động tròn đều trên đờng tròn theo chiều dơng với tốc độ góc . - P là hình chiếu của M lên Ox. - Giả sử lúc t = 0, M ở vị trí M 0 với ã 1 0 POM = (rad) - Sau t giây, vật chuyển động đến vị trí M, với ã 1 ( )POM t = + rad - Toạ độ x = OP của điểm P có phơng trình: x = OMcos(t + ) Đặt OM = A x = Acos(t + ) Vậy: Dao động của điểm P là dao động điều hoà. 2. Định nghĩa - Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) của thời gian. 3. Ph ơng trình Trang 2 M M 0 P 1 x P O t + - Lu ý: + A, và trong phơng trình là những hằng số, trong đó A > 0 và > 0. + Để xác định cần đa phơng trình về dạng tổng quát x = Acos(t + ) để xác định. - Với A đã cho và nếu biết pha ta sẽ xác định đợc gì? ((t + ) là đại lợng cho phép ta xác định đợc gì?) - Tơng tự nếu biết ? - Qua ví dụ minh hoạ ta thấy giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà có mối liên hệ gì? - Trong phơng trình: x = Acos(t + ) ta quy ớc chọn trục x làm gốc để tính pha của dao động và chiều tăng của pha tơng ứng với chiều tăng của góc ã 1 POM trong chuyển động tròn đều. - Ghi nhận các đại lợng trong phơng trình. - Chúng ta sẽ xác định đợc x ở thời điểm t. - Xác định đợc x tại thời điểm ban đầu t 0 . - Một điểm dao động điều hoà trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể đợc coi là hình chiếu của một điểm tơng ứng chuyển động tròn đều lên đờng kính là đoạn thẳng đó. - Phơng trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ) + x: li độ của dao động. + A: biên độ dao động, là x max . (A > 0) + : tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s. + (t + ): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad. + : pha ban đầu của dao động, có thể dơng hoặc âm. 4. Chú ý (Sgk) Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Dao động điều hoà có tính tuần hoàn từ đó ta có các định nghĩa - Trong chuyển động tròn đều giữa tốc độ góc , chu kì T và tần số có mối liên hệ nh thế nào? - HS ghi nhận các định nghĩa về chu kì và tần số. 2 2 f T = = III. Chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà 1. Chu kì và tần số - Chu kì (kí hiệu và T) của dao động điều hoà là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần. + Đơn vị của T là giây (s). - Tần số (kí hiệu là f) của dao động điều hoà là số dao động toàn phần thực hiện đợc trong một giây. + Đơn vị của f là 1/s gọi là Héc (Hz). 2. Tần số góc Trang 3 - Trong dao động điều hoà gọi là tần số góc. Đơn vị là rad/s. 2 2 f T = = Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu về vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian biểu thức? Có nhận xét gì về v? - Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc theo thời gian biểu thức? - Dấu (-) trong biểu thức cho biết điều gì? x = Acos(t + ) v = x = - Asin(t + ) - Vận tốc là đại lợng biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ. a = v = - 2 Acos(t + ) - Gia tốc luôn ngợc dấu với li độ (vectơ gia tốc luôn luôn hớng về VTCB) IV. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà 1. Vận tốc v = x = - Asin(t + ) - ở vị trí biên (x = A): v = 0. - ở VTCB (x = 0): |v max | = A 2. Gia tốc a = v = - 2 Acos(t + ) = - 2 x - ở vị trí biên (x = A): |a max | = - 2 A - ở VTCB (x = 0): a = 0 Hoạt động 5 ( phút): Vẽ đồ thị của dao động điều hoà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Hớng dẫn HS vẽ đồ thị của dao động điều hoà x = Acost ( = 0) - Dựa vào đồ thị ta nhận thấy nó là một đờng hình sin, vì thế ngời ta gọi dao động điều hoà là dao động hình sin. - HS vẽ đồ thị theo hớng dẫn của GV. V. Đồ thị trong dao động điều hoà Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho Trang 4 A t 0 x A 2 T T 3 2 T bài sau. IV. RúT KINH NGHIệM . . ____________________________________________________________________ Ngày soạn: Tiết dạy: 3 Bài 2: CON LắC Lò XO I. MụC TIÊU 1. Kiến thức: - Viết đợc: + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà. + Công thức tính chu kì của con lắc lò xo. + Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Giải thích đợc tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Nêu đợc nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động. - áp dụng đợc các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập tơng tự trong phần bài tập. - Viết đợc phơng trình động lực học của con lắc lò xo. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẩN Bị 1. Giáo viên: Con lắc lò xo theo phơng ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ V ngợc chuyển động trên đêm không khí. 2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. III. HOạT ĐộNG DạY HọC 1. ổn định tổ chức: Lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: 3. Bài mới: Hoạt động 1 ( phút): Tìm hiểu về con lắc lò xo Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Minh hoạ con lắc lò xo trợt trên một mặt phẳng nằm ngang không ma sát và Y/c HS cho biết gồm những gì? - HS dựa vào hình vẽ minh hoạ của GV để trình bày cấu tạo của con lắc lò xo. I. Con lắc lò xo 1. Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lợng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lợng Trang 5 k F = 0 m N r P r - HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay. không đáng kể, đầu kia của lò xo đợc giữ cố định. 2. VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng. Hoạt động 2 ( phút): Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Vật chịu tác dụng của những lực nào? - Ta có nhận xét gì về 3 lực này? - Khi con lắc nằm ngang, li độ x và độ biến dạng l liên hệ nh thế nào? - Giá trị đại số của lực đàn hồi? - Dấu trừ ( - ) có ý nghĩa gì? - Từ đó biểu thức của a? - Từ biểu thức đó, ta có nhận xét gì về dao động của con lắc lò xo? - Từ đó và T đợc xác định nh thế nào? - Nhận xét gì về lực đàn hồi tác dụng vào vật trong quá trình chuyển động. - Trọng lực P r , phản lực r N của mặt phẳng, và lực đàn hồi F r của lò xo. - Vì 0P N+ = r r nên hợp lực tác dụng vào vật là lực đàn hồi của lò xo. x = l F = -kx - Dấu trừ chỉ rằng F r luôn luôn hớng về VTCB. k a x m = - So sánh với phơng trình vi phân của dao động điều hoà a = - 2 x dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Đối chiếu để tìm ra công thức và T. - Lực đàn hồi luôn hớng về VTCB. - Lực kéo về là lực đàn hồi. II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học 1. Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo, chiều dơng là chiều tăng độ dài l của lò xo. Gốc toạ độ O tại VTCB, giả sử vật có li độ x. - Lực đàn hồi của lò xo F k l = r r F = -kx 2. Hợp lực tác dụng vào vật: P N F ma + + = r r r r - Vì 0P N+ = r r F ma= r r Do vậy: k a x m = 3. - Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo k m = và 2 m T k = 4. Lực kéo về - Lực luôn hớng về VTCB gọi là lực kéo Trang 6 k m N r P r F r v = 0 k m N r P r F r O A A x - Trờng hợp trên lực kéo về cụ thể là lực nào? - Trờng hợp lò xo treo thẳng đứng? - Là một phần của lực đàn hồi vì F = -k(l 0 + x) về. Vật dao động điều hoà chịu lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ. Hoạt động 3 ( phút): Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lợng. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Khi dao động, động năng của con lắc lò xo (động năng của vật) đợc xác định bởi biểu thức? - Khi con lắc dao động thế năng của con lắc đợc xác định bởi biểu thức nào? - Xét trờng hợp khi không có ma sát cơ năng của con lắc thay đổi nh thế nào? - Cơ năng của con lắc tỉ lệ nh thế nào với A? 2 ủ 1 W 2 mv= 2 2 1 1 ( ) 2 2 t W k l W kx= = - Không đổi. Vì cos 2 2 2 2 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 W m A sin t kA t = + + + Vì k = m 2 nên 2 2 2 1 1 2 2 W kA m A const = = = - W tỉ lệ với A 2 . III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lợng 1. Động năng của con lắc lò xo 2 ủ 1 W 2 mv= 2. Thế năng của con lắc lò xo 2 1 2 t W kx = 3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng a. Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động năng và thế năng của con lắc. 2 2 1 1 2 2 W mv kx = + b. Khi không có ma sát 2 2 1 1 2 2 W kA m A const = = = - Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phơng biên độ dao động. - Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc đơn đợc bảo toàn. Hoạt động 4 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RúT KINH NGHIệM . Trang 7 . . Ngày soạn: Tiết dạy: 4 BàI TậP I. Mục tiêu: - Từ phơng trình dao động điều hoà xác định đợc: biên độ, chu kì, tần số góc - Lập đợc phơng trình dao động điều hoà, phơng trình vận tốc, gia tốc, từ các giả thuyết của bài toán. Chú ý tìm pha ban đầu dựa vào điều kiện ban đầu. - Kỹ năng: Giải đợc các bài toán đơn giản về dao động điều hoà. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: một số bài tập trắc nghiệm và tự luận 2. Học sinh: ôn lại kiến thức về dao động điều hoà III.Tiến trình bài dạy : 1. ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: Nêu cấu tạo con lắc lò xo, công thức tính chu kì? Khi con lắc dao động điều hòa thì động năng và thế năng của con lắc biến đổ qua lại nh thế nào 3. Bài mới : Hoạt động 1: giải bài tập trắc nghiệm Hoạt động GV Hoạt động H.S Nội dung * Cho Hs đọc lần lợt các câu trắc nghiệm 7,8,9 trang 8,9 sgk * Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra đáp án *Gọi HS trình bày từng câu * Cho Hs đọc l các câu trắc nghiệm 4,5,6 trang 13 sgk * Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra * HS đọc đề từng câu, cùng suy nghĩ thảo luận đa ra đáp án đúng * Thảo luận nhóm tìm ra kết quả * Hs giải thích * Thảo luận nhóm tìm ra kết quả * Hs giải thích 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 Trang 8 đáp án. *Cho Hs trình bày từng câu Hoạt động 1: giải bài tập tự luận về dao động điều hoà của vật năng, con lắc lò xo Bài 1: Một vật đợc kéo lệch khỏi VTCB một đoạn 6cm thả vât dao động tự do với tần số góc ù = (rad) Xác định phơng trình dao động của con lắc với điều kiện ban đầu: a. lúc vật qua VTCB theo chiều dơng b. lúc vật qua VTCB theo chiều âm *Hớng dẫn giải: - Viết phơng trình tổng quát của dao động. - Thay A = 6cm -Vận dụng điều kiện banđầu giải tìm ra # Bài 2: Một lò xo đợc treo thẳng đứng, đầu trên của lò xo đợc giữ chuyển động đầu dới theo vật nặng có khối lợng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 25 N/m. Kéo vật rời khỏi VTCB theo phơng thẳng đứng hớng xuống một đoạn 2cm, truyền cho nó vận tốc 310 . (cm/s) theo phơng thẳng đứng hớng lên. Chọn góc tg là lúc thả vật, gốc toạ độ là VTCB, c dơng hớng xuống. a. Viết PTDĐ. b. Xác định thời điểm * HS tiếp thu * Đọc đề tóm tắt bài toán * HS thảo luận giải bài toán * HS tiếp thu * Đọc đề tóm tắt bài toán * HS thảo luận giải bài toán Giải Phơng trình tổng quát: x = Acos(ùt + #) x = 6cos(t + #) a. t = 0, x = 0, v>0 x = 6cos# =0 v =- 6sin# > 0 cos# = 0 sin# < 0 => # = - /2 Vậy p.trình dđ:x = 6cos( t /2) cm b. t = 0, x = 0, v<0 x = 6cos# = 6 v = - 6 sin# < 0 cos #= 0 sin# > 0 => # = /2 Vậy p.trình dđ: x = 6cos( t + /2) cm Giải a) Tại vị trí cân bằng O thì kl = mg l = 0,04 25 0,1.10 k mg == (m) + = === 5105 1,0 25 m k (Rad/s) + m dao động điều hoá với phơng trình x = Asin (t + ) t = 0 x = 2 cm > 0 v = 10 (cm/s) <0 Ta có 2 = Acos Cos >0 -10 = -5.Asin Sin >0 Trang 9 l l 0 0(VTCB)) x - l l l 0 0(VTCB) x - l 3 3 vật đi qua vị trí mà lò xo giãn 2 cm lần thứ nhất. * Hơng dẫn Học sinh về nhà làm câu b =>cotan = 1/ 3 = /3(Rad) A= 4(cm) Vậy PTDĐ: x = 4cos (5t + ) (cm) 4.Củng cố dặn dò: về nhà làm bài tập trong sách bài tập 5. Rút kinh nghiệm: ____________________________________________________________________ Ngày soạn: Tiết dạy: 5 CON LắC ĐƠN I. MụC TIÊU 1. Kiến thức: - Nêu đợc cấu tạo của con lắc đơn. - Nêu đợc điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà. Viết đợc công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn. - Viết đợc công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn. - Xác định đợc lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn. - Nêu đợc nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động. - Giải đợc bài tập tơng tự nh ở trong bài. - Nêu đợc ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. 2. Kĩ năng: II. CHUẩN Bị 1. Giáo viên: Chuẩn bị con lắc đơn. 2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực. III. HOạT ĐộNG DạY HọC 1. ổn định tổ chức: Lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: 3. Bài mới: Hoạt động 1 ( phút): Tìm hiểu thế nào là con lắc đơn Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Mô tả cấu tạo của con lắc đơn - HS thảo luận để đa ra định nghĩa về con lắc đơn. I. Thế nào là con lắc đơn 1. Con lắc đơn gồm vật nhỏ, khối lợng m, treo Trang 10 m l á 6 5 [...]... toạ độ tại O độ + Vị trí của vật đợc xác - Con lắc chịu tác r dụng định bởi li độ góc r của hai lực T vàr P C ã r r = OCM hay bởi li độ P = Pt + Pn ẳ á > 0-rP.tích cong s = OM = l r T + Pn không làm thay đổi + á và s dơng khi con l á . dao động của con lắc với điều kiện ban đầu: a. lúc vật qua VTCB theo chiều dơng b. lúc vật qua VTCB theo chiều âm *Hớng dẫn giải: - Viết phơng trình tổng. xo đợc giữ chuyển động đầu dới theo vật nặng có khối lợng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 25 N/m. Kéo vật rời khỏi VTCB theo phơng thẳng đứng hớng xuống