Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương I. Dao động cơ - Tiết 4, Bài 2: Con lắc lò xo

Tiết 4: CON LẮC LÒ XO
MỤC TIÊU
Kiến thức:
- Viết được:
+ 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 được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà.
Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động.
Kĩ năng:
- Áp dụng được các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập.
Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo.
Thái độ: Nghiêm túc, hứng thú trong học tập.
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng; chấp hành kỉ luật
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Học sinh hiểu con lác lò xo: Câú tạo , điều hiện con lắc dđđh...
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP đặt và giải quyết vấn đề. PP hoạt động nhóm
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thuật đặt câu hỏi. kĩ thuật giao nhiệm vụ, Lược đồ tư duy
CHUẨN BỊ
Giáo viên: Con lắc lò xo theo phương ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ “V” ngược chuyển động trên đêm không khí.
Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10.
CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC
Tổ chức:
Kiểm tra bài cũ:
Bài mới:
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới: Con lắc lò xo
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Ta đã tìm hiểu xong dao động
điều hòa về mặt động học.Bây giờ ta sẽ tìm hiểu tiếp về mặt động học và năng
- HS ghi nhớ
Tiết 4: CON LẮC LÒ XO
lượng. Để làm được điều đó ta dùng con lắc lò xo làm mô hình để nghiên cứu.
- HS định hướng ND
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu:
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực
sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Vẽ hình hoặc cho hs quan sát con lắc lò xo yêu cầu hs mô tả con lắc?
Quan sát con lắc khi cân bằng. Nhận xét?
Nếu kéo ra yêu cầu hs dự doán chuyển động của nó.
Kết luận
Mô tả con lắc lò xo
Có một vị trí cân bằng
Chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng
Ghi chép kết luận
I. Con lắc lò xo
Con lắc lò xo gồm một vật nặng m gắn vào 1 đầu của lò xo có độ cứng k và khối lượng không đáng kể. Đầu còn lại của lò xo cố định.
Con lắc có 1 vị trí cân bằng mà khi ta thả vật ra vật sẽ đứng yên mãi.
Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng buông ra vật sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, giữa hai vị trí biên
Nêu giả thuyết về con lắc lò xo. Chọn trục tọa độ, vẽ hình.
Yêu cầu hs phân tích các lực tác dụng lên con vật m?
Tiếp thu
Lên bảng tiến hành phân tích lực
II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học
Xét vật ở li độ x, lò xo giản một đoạn Δl = x. Lực đàn hồi F = - kΔl
Tổng lực tác dụng lên vật
F = - kx
Theo định luật II Niu tơn
a = - k x
m
Đặt ω2 = k/m
Þ a + ω2x = 0
Vậy dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.
Tần số góc: w =	k
m
Chu kì:	T = 2p	m
k
Lực kéo về
Lực hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực kứo vè có độ lớn tỉ lệ với li độ và gây gia tốc cho vật
- Gợi ý cho hs tiến hành tìm phương trình động lực học của con lắc lò xo.
- Áp dụng định luật II NT
tiến hành tính toán theo gợi ý của GV
Þ a + ω2x = 0
- Yêu cầu hs kết luận về dao động của con lắc lò xo?
- Dao độngcủa con lắc lò xo là dao động điều hòa.
- Yêu cầu hs tìm tần số góc và chu kì.
* Tần số góc: w =	k
m
* Chu kì:	T = 2p	m
k
- Từ phương trình lực làm	cho	vật	chuyển
- Nhận xét về dấu và độ lớn của lực kéo về
động rút ra khái niệm lực kéo về.
- Kết luận chung
- Ghi kết luận
dao động điều hòa.
Yêu cầu hs viết biêu thức tính động năng, thế năng của con lắc?
Nhận xét sự biến thiên của thế năng và đông năng?
Viết biểu thức tính cơ năng và yêu cầu hs nhận xét?
Kết luận
Động năng
W = 1 mv 2
đ	2
Thế năng
W = 1 kx2
t	2
* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2.
W = 1 mv 2 + 1 kx2
2	2
Þ W = 1 kA2 = 1 mw 2 A2
2	2
- Nhận xét và kết luận (SGK)
Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng
Động năng của con lắc lò xo
W = 1 mv 2
đ	2
Thế năng của con lắc lò xo
W = 1 kx2
t	2
* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2.
3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng
W = 1 mv 2 + 1 kx2
2	2
Þ	W = 1 kA2 = 1 mw 2 A2
2	2
Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương với biên độ dao động
Cơ năng của con lắc lò xo được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát.
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: Tìm phát biểu sai về con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nằm ngang.
Vật có gia tốc bằng 0 khi lò xo có độ dài tự nhiên.
Vật có gia tốc cực đại khi độ lớn vận tốc cực tiểu.
Vật có độ lớn vận tốc nhỏ nhất khi lò xo không biến dạng.
Vật đổi chiều chuyển động khi lò xo biến dạng lớn nhất.
Câu 2: Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Muốn tần số tăng lên ba lần thì
Tăng k ba lần, giảm m chín lần.
Tăng k ba lần, giảm m ba lần.
Giảm k b lần, tăng m ba lần.
Giảm k ba lần, tăng m chín lần.
Câu 3: Tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2, một vật nặng khi treo vào một lò xo làm lò xo dãn ra Δl = 2,4 cm. Chu kì dao động của con lắc lò xo này là
A. 0,18 s B. 0,31 s C. 0,22 s D. 0,90 s
Câu 4: Một con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nằm ngang có quả nặng khối lượng m = 100 g và độ cứng lò xo k = 100 N/m. Lấy gần đúng π2≈ 10. Kéo quả nặng ra cách vị trí cân bằng +5 cm rồi thả tay nhẹ. Phương trình dao động của con lắc là
A. x = 5cos(πt) (cm). B. x = 10cos(10πt) (cm).
C. x = 5cos(πt+π/2) (cm). D. x = 5cos(10πt) (cm).
Câu 5: Một con lắc lò xo có quả nặng khối lượng m và lò xo độ cứng k thì chu kì dao động T = 0,5 s. Để có tần số dao động của con lắc f = 1 Hz thì phải thay quả nặng m bằng quả nặng có khối lượng m’ là
A. 4m B. 16m C. 2m D. m/2
Câu 6: Vật m1 gắn với một lò xo dao động với chu kì T1 = 0,9 s. Vật m2 gắn với lò xo đó thì dao động với chu kì T2 = 1,2 s. Gắn đồng thời cả hai vật m1, m2 với lò xo nói trên thì hệ vật sẽ dao động với chu kì
A. T12 = 1,5 s B. T12 = 1,2 s C. T12 = 0,3 s D. T12 = 5,14 s
Câu 7: Một con lắc lò xo thẳng đứng dao động điều hòa với chu kì π/5 (s). Trong quá trình dao động độ dài của con lắc biến thiên từ 20 cm đến 30 cm. Lấy g = 10 m/s2.
A. 35 cm B. 15 cm C. 45 cm D. 40 cm
Câu 8: Một vật khối lượng m = 288 g được treo vào một đầu lò xo thì con lắc dao động với tần số f1 = 6,5 Hz. Gắn thêm vào m một vật nhỏ khối lượng Δm bằng
A. 12 g B. 32 g C. 50 g D. 60 g
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
8
Đáp án
C
B
B
D
A
A
B
C
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực
sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Yêu cầu HS thảo luận
: Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về.
1. Chuyển giao nhiệm vụ học tập:
GV chia 4 nhóm yêu cầu hs trả lời trong thời gian 5 phút:
GV theo dõi và hướng dẫn HS
2. Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập:
Yêu cầu đại diện các nhóm treo kết quả lên bảng.
GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.
1. Thực hiện nhiệm vụ học tập:
- HS sắp xếp theo nhóm, chuẩn bị bảng phụ và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV
2. Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
Đại diện các nhóm treo bảng phụ lên bảng
Đại diện các nhóm nhận xét kết quả
Các nhóm khác có ý kiến bổ sung.(nếu có)
+ Xét con lắc lò xo như hình vẽ: Chọn hệ trục tọa độ có Ox có gốc tọa độ O trùng với vị trí cân bằng, chiều dương là chiều quy ước (như hình vẽ).
Từ vị trí cân bằng O kéo vật m cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, vật sẽ dao động trên một đường thẳng quanh vị trí cân bằng.
Tại vị trí cân bằng: P→+ N→= 0 (1)
Tại vị trí có li độ x bất kì: P→
+ N→+ Fđh→= m. a→(2)
Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta được:
Fđh = ma ↔ -kx = ma = mx’’ → x’’ + ω2x = 0 (∗) với ω2= k/m Phương trình (∗) là phương trình vi phân biểu diễn chuyển động của con lắc lò xo, phương trình này có
nghiệm là: x = Acos(ωt + φ), như vậy chuyển động của con lắc lò xo
là một dao động điều hòa.
+ Hợp lực tác dụng lên con lắc chình là lực kéo về, do vậy:
Fhl = Fkéo về = m.a = -kx = - mω2x
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Vẽ sơ đồ tư duy tổng hợp kiến thức của bài Lấy thêm các ví dụ thực tế về con lắc lò xo
Hướng dẫn về nhà: -Về nhà làm các bài tập 4,6 Sgk/13.và sách bài tập
- Về nhà học bài và xem trứơc bài mới