Giáo án Vật lý Khối 12 - Chương I: Dao động cơ - Bài 2: Con lắc lò xo

Ngày soạn: Tiết dạy: 3
MỤC TIấU
Kiến thức:
- Viết được:

Bài 2: CON LẮC Lề XO
+ Cụng thức của lực kộo về tỏc dụng vào vật dao động điều hoà.
+ Cụng thức tớnh chu kỡ của con lắc lũ xo.
+ Cụng thức tớnh thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lũ xo.
Giải thớch được tại sao dao động của con lắc lũ xo là dao động điều hoà.
Nờu được nhận xột định tớnh về sự biến thiờn động năng và thế năng khi con lắc dao động.
Áp dụng được cỏc cụng thức và định luật cú trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập.
Viết được phương trỡnh động lực học của con lắc lũ xo.
Kĩ năng:
Thỏi độ:
CHUẨN BỊ
Giỏo viờn: Con lắc lũ xo theo phương ngang. Vật m cú thể là một vật hỡnh chữ “V” ngược chuyển động trờn đờm khụng khớ.
Học sinh: ễn lại khỏi niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định tổ chức:
Lớp:
Kiểm tra bài cũ:
Bài mới:
Hoạt động 1 ( phỳt): Tỡm hiểu về con lắc lũ xo
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Minh hoạ con lắc lũ xo trượt trờn một mặt phẳng nằm ngang khụng ma sỏt và Y/c HS cho biết gồm những gỡ?
k	F = 0	N
m
P
k	F	N
m
v = 0
P
k	F	v	N
m
P
A	O	A	x
HS dựa vào hỡnh vẽ minh hoạ của GV để trỡnh bày cấu tạo của con lắc lũ xo.
HS trỡnh bày minh hoạ chuyển động của vật khi kộo vật ra khỏi VTCB cho lũ xo dón ra một đoạn nhỏ rồi buụng tay.
Con lắc lũ xo
Con lắc lũ xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lũ xo cú độ cứng k, khối lượng khụng đỏng kể, đầu kia của lũ xo được giữ cố định.
2. VTCB: là vị trớ khi lũ xo khụng bị biến dạng.
Hoạt động 2 ( phỳt): Khảo sỏt dao động của con lắc lũ xo về mặt động lực học.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Vật chịu tỏc dụng của những lực
Trọng lực P , phản lực N của mặt phẳng, và lực đàn hồi F của lũ xo.
Vỡ P + N = 0 nờn hợp lực tỏc dụng vào vật là lực đàn hồi của lũ xo.
x = Dl F = -kx
Dấu trừ chỉ rằng F luụn luụn hướng về VTCB.
a =- k x
m
So sỏnh với phương trỡnh vi phõn của dao động điều hoà a = -w2x đ dao động của con lắc lũ xo là dao động điều hoà.
Đối chiếu để tỡm ra cụng thức w và T.
Lực đàn hồi luụn hướng về VTCB.
Lực kộo về là lực đàn hồi.
Là một phần của lực đàn hồi vỡ F = -k(Dl0 + x)
II. Khảo sỏt dao động
nào?
của con lắc lũ xo về mặt
động lực học
- Ta cú nhận xột gỡ về 3 lực này?
1. Chọn trục toạ độ x song
song với trục của lũ xo,
chiều dương là chiều tăng
độ dài l của lũ xo. Gốc toạ
Khi con lắc nằm ngang, li độ x và độ biến dạng Dl liờn hệ như thế nào?
Giỏ trị đại số của lực đàn hồi?
Dấu trừ ( - ) cú ý nghĩa gỡ?
Từ đú biểu thức của a?
độ O tại VTCB, giả sử vật cú li độ x.
- Lực đàn hồi của lũ xo
F = -kDl đ F = -kx
2. Hợp lực tỏc dụng vào vật: P + N + F = ma
- Vỡ P + N = 0 đ F = ma
- Từ biểu thức đú, ta cú nhận xột gỡ về dao động của con lắc lũ xo?
Do vậy: a =- k x
m
3. - Dao động của con lắc
lũ xo là dao động điều hoà.
- Từ đú w và T được xỏc định như thế nào?
- Tần số gúc và chu kỡ của con lắc lũ xo
w =	k và T = 2p	m
m	k
4. Lực kộo về
Nhận xột gỡ về lực đàn hồi tỏc dụng vào vật trong quỏ trỡnh chuyển động.
Trường hợp trờn lực kộo về cụ thể là lực nào?
Trường hợp lũ xo treo thẳng đứng?
- Lực luụn hướng về VTCB gọi là lực kộo về. Vật dao động điều hoà chịu lực kộo về cú độ lớn tỉ lệ với li độ.
Hoạt động 3 ( phỳt): Khảo sỏt dao động của lũ xo về mặt năng lượng.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Khi dao động, động năng của con lắc lũ xo (động năng của vật) được xỏc định bởi biểu thức?
Khi con lắc dao động thế năng của con lắc được xỏc định bởi biểu thức nào?
Xột trường hợp khi khụng cú ma sỏt đ cơ năng của con lắc thay đổi như thế nào?
W = 1 mv2
ủ	2
W = 1 k(Dl)2 đ W = 1 kx2
t	2	2
- Khụng đổi. Vỡ
III. Khảo sỏt dao động của lũ xo về mặt năng lượng
Động năng của con lắc lũ xo
W = 1 mv2
ủ	2
Thế năng của con lắc lũ xo
W = 1 kx2
t	2
Cơ năng của con lắc lũ xo. Sự bảo toàn cơ năng
a. Cơ năng của con lắc lũ xo là tổng của động năng và thế năng của con lắc.
- Cơ năng của con lắc tỉ lệ như thế nào với A?
W = 1 mw2 A2sin2 (wt + j) 2
+ 1 kA2cos2 (wt + j) 2
Vỡ k = mw2 nờn
W = 1 kA2 = 1 mw2 A2 = const
2	2
- W tỉ lệ với A2.
W = 1 mv2 + 1 kx2
2	2
b. Khi khụng cú ma sỏt
W = 1 kA2 = 1 mw2 A = const
2	2
Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bỡnh phương biờn độ dao động.
Khi khụng cú ma sỏt, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn.
Hoạt động 4 ( phỳt): Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Nờu cõu hỏi và bài tập về nhà.
- Ghi cõu hỏi và bài tập về
- Yờu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
nhà.
- Ghi những chuẩn bị cho bài
sau.
RÚT KINH NGHIỆM
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
Ngày soạn:
Tiết dạy: 4
BÀI TẬP
Mục tiờu:
Từ phương trỡnh dao động điều hoà xỏc định được: biờn độ, chu kỡ, tần số gúc
Lập được phương trỡnh dao động điều hoà, phương trỡnh vận tốc, gia tốc, từ cỏc giả thuyết của bài toỏn. Chỳ ý tỡm pha ban đầu dựa vào điều kiện ban đầu.
Kỹ năng: Giải được cỏc bài toỏn đơn giản về dao động điều hoà.
Chuẩn bị:
Giỏo viờn: một số bài tập trắc nghiệm và tự luận
Học sinh: ụn lại kiến thức về dao động điều hoà
Tiến trỡnh bài dạy :
Ổn định lớp:
Kiểm tra bài cũ: Nờu cấu tạo con lắc lũ xo, cụng thức tớnh chu kỡ?
Khi con lắc dao động điều hũa thỡ động năng và thế năng của con lắc biến đổ qua lại như thế nào
Bài mới :
Hoạt động 1: giải bài tập trắc nghiệm
Hoạt động GV
Hoạt động H.S
Nội dung
Cho Hs đọc lần lượt cỏc cõu trắc nghiệm 7,8,9 trang 8,9 sgk
Tổ chức hoạt động nhúm, thảo luận tỡm ra đỏp ỏn
*Gọi HS trỡnh bày từng cõu
Cho Hs đọc l cỏc cõu trắc nghiệm 4,5,6 trang 13 sgk
Tổ chức hoạt động nhúm, thảo luận tỡm ra đỏp ỏn.
*Cho Hs trỡnh bày từng cõu
HS đọc đề từng cõu, cựng suy nghĩ thảo luận đưa ra đỏp ỏn đỳng
Thảo luận nhúm tỡm ra kết quả
Hs giải thớch
Thảo luận nhúm tỡm ra kết quả
Hs giải thớch
Cõu 7 trang 9: C
Cõu 8 trang 9: A
Cõu 9 trang 9: D
Cõu 4 trang 13: D
Cõu 5 trang 13: D
Cõu 6 trang 13: B
Hoạt động 1: giải bài tập tự luận về dao động điều hoà của vật năng, con lắc lũ xo
Bài 1: Một vật được kộo lệch khỏi VTCB một đoạn 6cm thả võt dao động tự do với tần số gúc ω = π(rad)
Xỏc định phương trỡnh dao động củaconlắcvớiđiềukiệnbanđầu:
lỳc vật qua VTCB theo chiều dương
lỳc vật qua VTCB theo chiều õm
*Hướngdẫngiải:
- Viết phương trỡnh tổng quỏt của dao động.
-ThayA=6cm
-Vận dụng điều kiện banđầu giải tỡmraφ
Bài 2: Một lũ xo được treo thẳng đứng, đầu trờn của lũ xo được giữ chuyển động đầu dưới theo vật nặng cú khối lượng m = 100g, lũ xo cú độ cứng k = 25 N/m. Kộo vật rời khỏi VTCB theo phương thẳng đứng hướng xuống một đoạn 2cm, truyền cho nú vận tốc
10 3 .p (cm/s) theo phương thẳng đứng hướng lờn. Chọn gúc tg là lỳc thả vật, gốc toạ độ là VTCB, c dương hướng xuống.
HS tiếp thu
Đọc đề túm tắt bài toỏn
HS thảo luận giải bài toỏn
HS	l0 tiếp thu
- Dl
Dl
Giải
Phương trỡnh tổng quỏt: x = Acos(ωt + φ)
ú x = 6cos(πt + φ) a. t = 0, x = 0, v>0
Û	x = 6cosφ =0
v =- 6πsinφ > 0
Û	cosφ = 0 sinφ < 0
=> φ = -π/2
Vậy p.trỡnh dđ:x = 6cos(πt – π/2) cm b. t = 0, x = 0, v<0
Û	x = 6cosφ = 6 v = - 6 sinφ < 0
Û	cos φ= 0 sinφ > 0
=> φ =π/2
Vậy p.trỡnh dđ:	x = 6cos(πt + π/2) cm
Giải
a) Tại vị trớ cõn bằng O thỡ kDl = mg
ị Dl = mg = 0,1.10 = 0,04 (m)
k	25
+ w =	k =	25 = 5 10 = 5p (Rad/s)
m	0,1
0(VTCB) + m dao động điều hoỏ với phương trỡnh
• x
* Đọc đề túm tắt bài toỏn
x = Asin (wt + j)
t = 0	x = 2 cm > 0
v = 10p	3 (cm/s) <0
Ta cú	2 = Acosj	đCos j >0
-10p 3= -5p.Asinj đSinj >0
Viết PTDĐ.
Xỏc định thời điểm vật đi qua vị trớ mà lũ xo gión 2 cm lần thứ nhất.
* Hương dẫn Học sinh về nhà làm cõu b
* HS thảo luận giải bài toỏn
=>cotanj = 1/ 3 ị j = π/3(Rad) đA= 4(cm)
5p
Vậy PTDĐ: x = 4cos (5pt +	) (cm)
6
Củng cố dặn dũ: về nhà làm bài tập trong sỏch bài tập
Rỳt kinh nghiệm: