Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương I: Dao động cơ - Tiết 6, Bài 3: Con lắc đơn

Tiết 6: CON LẮC ĐƠN
MỤC TIÊU:
Kiến thức:
Nêu được cấu tạo của con lắc đơn.
Nêu được điều kiện để con lắc đơn dđđh. Viết được công thức tính chu kì dđ của con lắc đơn.
Viết được công thức tính thế năng và cơ năng của 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.
Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do.
Kĩ năng:
Giải được bài tập tương tự như ở trong bài.
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
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
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
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: Chuẩn bị con lắc đơn.
Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực.
CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC
Tổ chức:
Kiểm tra bài cũ:
- Viết biểu thức tính năng lượng của con lắc lò xo? Chữa bài tập 6 SGK/ 13
Bài mới:
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	Tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới: Con lắc đơn
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 đơn yêu . Quan sát con lắc khi cân bằng. Nếu kéo ra yêu cầu hs dự doán chuyển động của nó?
GVđi vào bài mới
- HS đưa ra phán đoán
Tiết 6: CON LẮC ĐƠN
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’) Mục tiêu: - cấu tạo của con lắc đơn.
điều kiện để con lắc đơn dđđh. Viết được công thức tính chu kì dđ của con lắc đơn.
Viết được công thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn. ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do.
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.
I. Con lắc đơn
- Vẽ hình hoặc cho hs quan sát con lắc đơn yêu cầu hs mô tả con lắc?
- Mô tả con lắc lò xo
Quan sát con lắc khi cân bằng. Nhận xét?
Nếu kéo ra yêu cầu hs dự doán chuyển động của nó.
Kết luận
Có một vị trí cân bằng
Chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng
Ghi chép kết luận
Con lắc đơn gồm một vật nhỏ khối lượng m, treo ở đầu của một sợi dây không giãn có chiều dài l và khối lượng không đáng kể.
Con lắc có 1 vị trí cân bằng là vị trí dây treo thẳng đứng
Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng một góc α buông ra vật sẽ dao động quanh vị trí cân bằng,
giữa hai vị trí biên
Nêu giả thuyết về con lắc đơn. 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
Gợi ý cho hs tiến hành tìm phương trình động lực học của con lắc đơn.
Yêu cầu hs kết luận về dao động của con lắc đơn?
Áp dụng định luật II NT
tiến hành tính toán theo gợi ý của GV
Þ a + ω2x = 0
Dao độngcủa con lắc
đơn là dao động điều hòa.
Xét vật khi lệch khỏi vị trí cân bằng với li độ góc α hay li độ cong s = lα
Thành phần lực kéo về
Pt = -mgsinα
Áp dụng định luật II Niu tơn
Pt = ma
Nếu α nhỏ thì sinα » α = s
l
Yêu cầu hs tìm tần số góc và chu kì.
Từ phương trình lực làm cho vật chuyển động rút ra khái niệm lực kéo về.
Kết luận chung
Tần số góc: w =	k
m
Chu kì:	T = 2p	m
k
Nhận xét về dấu và độ lớn của lực kéo về
Ghi kết luận
Þ -mg s = ma = ms"
l
Û s"+ g s = 0
l
Đặt ω2 = g Þ s"+w2 s = 0
l
* Vậy dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa. Với phương trình
s = s0 cos(wt + j )
Tần số góc: w =	g
l
Chu kì:	T = 2p	l 
g
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?
Hướng dẫn hs làm câu C3
Dựa vào công thức tính chu kì gợi ý cho hs xác định gia tốc trọng trường và kết hợp SGK đưa ra phương án áp dụng
Kết luận
Động năng
W = 1 mv 2
đ	2
Thế năng
Wt = mgl(1 - cosa )
* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2.
W = 1 mv 2 + mgl(1 - cosa ) 2
W= hs
Nhận xét và kết luận (SGK)
Làm câu C3
Đọc SGK đưa ra phương án đo gia tốc rơi tự do
Ghi nhận kết luận
Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng
Động năng của con lắc đơn
W = 1 mv 2
đ	2
Thế năng của con lắc đơn
- Chọn góc thế năng ở vị trí cân bằng
Wt = mg (1 - cosa )
* 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 đơn. Sự bảo toàn cơ năng
W = 1 mv 2 + mgl(1 - cosa ) = hs
2
Bỏ qua ma sát thì cơ năng được bảo toàn.
IV. Ứng dụng: xác định gia tốc rơi tự do
- Người ta dùng con lắc đơn để đo gia tốc trọng trường của trái đất.
+ Đo chu kì tương ứng với chiều dài của con lắc nhiều lần
+ Áp dụng	= 4p 2
g	l
T 2
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học về con lắc đơn
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: Tại cùng một vị trí địa lí, nếu độ dài con lắc đơn tăng 6,25 lần, thì số dao động
điều hòa của nó
A. tăng 2 lần. B. giảm 2,5 lần. C. giảm 1,5 lần. D. tăng 4 lần.
Câu 2: Có hai con lắc đơn mà độ dài của chúng hơn kém nhau 24 cm. Trong cùng một khoảng thời gian, con lắc (l) thực hiện được số dao động gấp 2 lần so với con lắc (2). Độ dài của mỗi con lắc là
A. 32 cm và 56 cm B. 16 cm và 40 cm
C. 32 cm và 8 cm D. 16 cm và 32 cm
Câu 3: Một con lắn đơn có độ dài bằng l. Trong khoảng thời gian Δt nó thực hiện 5 dao động. Nếu giảm bớt độ dài của nó 15 cm thì trong cùng khoảng thời gian Δt như trước, nó thực hiện được 20 dao động. Cho g = 9,8 m/s2
A. l = 16 cm; f ≈ 1,25 Hz.	B. l = 17 cm; f ≈ 1,21 Hz. C. l = 18 cm; f ≈ 1,18 Hz.	D. l = 20 cm; f ≈ 1,16 Hz.
Chọn câu đúng. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về dao động của con lắc đơn:
Khi gia tốc trọng trường không đổi thì dao động nhỏ của con lắc đơn được xem là dao động tự do.
Dao động của con lắc đơn là một dao dộng điều hoà.
Chu kỳ dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào đặc tính của hệ.	D. A, B, C đều đúng.
Câu 5: Người ta tiến hành thí nghiệm đo chu kì con lắc đơn có chiều dài 1 m tại một nơi trên Trái Đất. Khi cho con lắc thực hiện 10 dao động mất 20 s (lấy π = 3,14). Chu kì dao động của con lắc và gia tốc trọng trường của Trái Đất tại nơi làm thí nghiệm là
A. 4 s; 9,86 m/s2. B. 2 s; 9,96 m/s2.
C. 4s; 9,96 m/s2. D. 2 s; 9,86 m/s2.
Câu 6: Một con lắc đơn có chiều dài l = 1 m, dao động điều hòa ở nơi có gia tốc trọng trường g = π2 = 10 m/s2. Lúc t = 0, con lắc đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương với vận tốc 0,5 m/s. Sau 2,5 s vận tốc của con lắc có độ lớn là
A. 0 B. 0,125 m/s C. 0,5 m/s D. 0,25 m/s.
Câu 7: Một con lắc đơn mỗi ngày chạy chậm 1,5 phút. Cần phải điều chỉnh chiều dài con lắc như thế nào để đồng hồ chạy đúng?
A. Giảm chiều dài 0,21%	B. Tăng chiều dài 0,21 %
C. Tăng chiều dài 0,42%	D. Giảm chiều dài 0,42%.
Chọn câu đúng. Một con lắc đơn được thả không vận tốc từ vị trí có ly độ góc a0. Khi con lắc qua vị trí có ly độ góc a thì lực căng của dây treo là:
T = mg(3cosa0 + 2cosa)	B. T = mgcosa	C. T = mg(3cosa - 2cosa0)
D. T = 3mg(cosa - 2cosa0)
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
8
Đáp án
B
C
A
A
D
A
A
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.
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
GV chia lớp thành nhiều nhóm
( mỗi nhóm gồm các HS trong 1 bàn) và giao các nhiệm vụ: thảo luận trả lời các câu hỏi sau và ghi chép lại câu trả lời vào vở bài tập
Bài 7 (trang 17 SGK Vật Lý 12): Một con lắc đơn dài l = 2m, dao động điều hòa tại một nơi có gia tốc rơi tự do g = 9,8 m/s2. Hỏi con lắc thực hiện được bao nhiêu dao động toàn phần trong 5 phút ?
Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
HS trả lời.
HS nộp vở bài tập.
HS tự ghi nhớ nội dung trả lời đã hoàn thiện. Gợi ý:
=> n ≈ 106 dao động toàn phần.
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.
Nghiên cứu và tìm hiểu thêm về con lắc đơn
Hướng dẫn về nhà:
- Về nhà học bài và làm các bài tập trong Sgk.và sách bài tập
- Giờ sau chữa bài tập.