Giáo án Vật lý Khối 12 - Chương I: Dao động cơ - Bài 3: Con lắc đơn

Ngày soạn:
Tiết dạy: 5
CON LẮC ĐƠN
MỤC TIÊU
Kiến thức:
Nêu được cấu tạo của con lắc đơn.
Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà. Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn.
Viết được công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn.
Xác định được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn.
Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động.
Giải được bài tập tương tự như ở trong bài.
Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do.
Kĩ năng:
CHUẨN BỊ
Giáo viên: Chuẩn bị con lắc đơn.
Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định tổ chức:
Lớp:
Kiểm tra bài cũ:
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
α
l
- HS thảo luận để đưa ra định nghĩa về con lắc đơn.
Thế nào là con lắc đơn
Con lắc đơn gồm vật nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu của một sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, dài l.
m
Khi ta cho con lắc dao động, nó sẽ dao động như thế nào?
Ta hãy xét xem dao động của con lắc đơn có phải là dao động điều hoà?
- Dao động qua lại vị trí dây treo có phương thẳng đứng ® vị trí cân bằng.
2. VTCB: dây treo có phương thẳng đứng.
Hoạt động 2 ( phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học.
Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học
Chọn chiều (+) từ phải sang trái, gốc toạ độ tại O.
+ Vị trí của vật được xác
định bởi li độ góc a = OCM
C
α > 0
α < 0
l
T
M
O
s = lα
+
Pt
P
HS ghi nhận từ hình vẽ, nghiên cứu Sgk về cách chọn chiều dương, gốc toạ độ 
Con lắc chịu tác dụng của
Kiến thức cơ bản
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Trang
Con lắc chịu tác dụng của những lực nào và phân tích tác dụng của các lực đến chuyển động của con lắc.
Dựa vào biểu thức của lực kéo về
® nói chung con lắc đơn có dao động điều hoà không?
Xét trường hợp li độ góc α nhỏ để sinα » a (rad). Khi đó a tính như thế nào thông qua s và l.
Ta có nhận xét gì về lực kéo về trong trường hợp này?
Trong công thức mg/l có vai trò là gì?
® l có vai trò gì?
g
Dựa vào công thức tính chu kì của con lắc lò xo, tìm chu kì dao động của con lắc đơn.
hai lực T và P .
P.tích P = Pt + Pn ® T + Pn không làm thay đổi tốc độ của vật ® lực hướng tâm giữ vật chuyển động trên cung tròn.
Thành phần Pt là lực kéo về.
Dù con lắc chịu tác dụng của lực kéo về, tuy nhiên nói chung Pt không tỉ lệ với α nên nói chung là không.
s = la ® a = s
l
Lực kéo về tỉ lệ với s (Pt = - k.s) ® dao động của con lắc đơn được xem là dao động điều hoà.
Có vai trò là k.
® l có vai trò m
g	k
T = 2p	m = 2p	l
k	g
hay bởi li độ cong
s = OM = la .
+ α và s dương khi con lắc lệch khỏi VTCB theo chiều dương và ngược lại.
2. Vật chịu tác dụng của các lực T và P .
Phân tích P = Pt + Pn ® thành phần Pt là lực kéo về có giá trị:
Pt = -mg.sinα
NX: Dao động của con lắc đơn nói chung không phải là dao động điều hoà.
Nếu a nhỏ thì sinα » a
(rad), khi đó:
P = -mga = -mg s
t	l
Vậy, khi dao động nhỏ (sina » a (rad)), con lắc đơn dao động điều hoà với chu kì:
T = 2p	l g
Hoạt động 3 ( phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Trong quá trình dao động, năng lượng của con lắc đơn có thể có ở những dạng nào?
Động năng của con lắc là động năng của vật được xác định như thế nào?
HS thảo luận từ đó đưa ra được: động năng và thế năng trọng trường.
HS vận dụng kiến thức cũ để hoàn thành các yêu cầu.
III. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng
Động năng của con lắc
W = 1 mv2
ñ	2
Thế năng trọng trường của con lắc đơn (chọn mốc thế năng là VTCB)
Wt = mgl(1 - cosa)
Nếu bỏ qua mọi ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn.
W = 1 mv2 + mgl(1- cosa ) 2
= hằng số.
Biểu thức tính thế năng trọng trường?
Trong quá trình dao động mối quan hệ giữa Wđ và Wt như thế nào?
Wt = mgz trong đó dựa vào hình vẽ z = l(1 - cosa)
® Wt = mgl(1 - cosa)
- Biến đổi qua lại và nếu bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng được bảo toàn.
- Công thức bên đúng với mọi li độ góc (không chỉ trong trường hợp a
nhỏ).
Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu các ứng dụng của con lắc đơn.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Y/c HS đọc các ứng dụng của con lắc đơn.
Hãy trình bày cách xác định gia tốc rơi tự do?
- HS nghiên cứu Sgk và từ đó nêu các ứng dụng của con lắc đơn.
+ Đo chiều dài l của con lắc.
+ Đo thời gian của số dao động toàn phần ® tìm T.
+ Tính g theo: g = 4p 2l
T 2
IV. Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do
- Đo gia tốc rơi tự do
g = 4p 2l
T 2
Hoạt động 5 ( 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.
- Ghi câu hỏi và bài tập về
- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
nhà.
- Ghi những chuẩn bị cho bài
sau.
RÚT KINH NGHIỆM
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................