- Hiểu rõ các đại lượng đặc trưng của DĐĐH: biên độ, pha, tần số góc, chu kỳ, tần số.. - Biết tính tóan và vẽ đồ thị theo thời gian của ly độ và vận tốc trong dao động điều hòa.. 2/ Học
Trang 1Giáo án Vật lý 12 nâng cao - TIẾT 10-11 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
I/ MỤC TIU:
- Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động của dao động,dao động tuần hòan và chu kỳ
- Biết cách thiết lập phương trình ĐLH của con lắc lị xo và dẫn đến phương trình của dao động
- Hiểu rõ các đại lượng đặc trưng của DĐĐH: biên độ, pha, tần số góc, chu kỳ, tần số
- Biết tính tóan và vẽ đồ thị theo thời gian của ly độ và vận tốc trong dao động điều hòa
- Biết biểu diễn DĐĐH bằng véc tơ quay
- Biết viết điều kiện ban đầu tùy theo cách kích thích dao động, và từ điều kiện ban đầu suy ra biên độ A và pha ban đầu φ
- Có kỹ năng giải bài tập về DĐĐH
II/ CHUẨN BỊ:
Trang 21/ Gio vin :
- Chuẩn bị con lắc dây, co lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò
xo nằm ngang có đệm không khí Cho học sinh quan sát
chuyển động của 3 con lắc đó
- Chuẩn bị đồng hồ bấm giây để đo chu kỳ dao động con
lắc dây Nếu có thiết bị đo chu kỳ dao động của con lắc lò
xo nằm ngang có đệm không khí bằng đồng hồ hiện số thì
có thể thay việc đo chu kỳ con lắc dây bằng việc đo chu kỳ
con lắc lò xo nằm ngang
2/ Học sinh : - Ôn lại về đạo hàm, cách tính đạo hàm, ý
nghĩa vật lý của đạo hàm: Trong chuyển động thẳng, vận
tốc của chất điểm bằng đạo hàm của tọa độ chất điểm theo
thời gian, còn gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc
III/ KIỂM TRA BI CŨ:
IV/ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
HĐ CỦA GIÁO
VIÊN
HĐ CỦA HỌC
SINH
NỘI DUNG KIẾN THỨC
1/ Dao động
Trang 3- Vị trí cân bằng
của vật l vị trí
ntn ?
- Dao động là gì
?
- Thế nào là dao
động tuần hoàn ?
- Dao động toàn
phần là gì ?
- Chu kỳ của dao
động tuần hoàn
là gì ?
- Tần số l gì ?
-Học sinh đọc SGK thảo luận
và trả lời
-Học sinh đọc SGK thảo luận
và trả lời
-Học sinh đọc SGK thảo luận
và trả lời
-Học sinh đọc SGK thảo luận
và trả lời
-Học sinh đọc
- Vị trí cân bằng của vật l vị trí của vật khi nó đứng yên
- Dao động là những chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng xác định
- Dao động tuần hoàn là chuyển động được lặp đi lặp lại liên tiếp và mãi mãi quanh một VTCB xác định
- Giai đọan nhỏ nhất được lặp lại trong dao động tuần hoàn gọi là một dao động toàn phần hay chu trình
- Chu kỳ T của dao động tuần hoàn l thời gian thực hiện một dao động toàn phần Đơn vị của chu kỳ là giây (s)
- Tần số l số dao động toàn
Trang 4- Thông báo cho
HS về cấu tạo và
hoạt động của
con lắc lò xo
- Hướng dẫn học
sinh thiết lập
phương trình
động lực học của
vật dao động
điều hòa trong
con lắc lị xo
SGK thảo luận
và trả lời
- Học sinh lắng nghe và ghi nhớ
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
phần mà vật thực hiện được trong một giây Đơn vị của tần
số là 1
s gọi l Héc ký hiệu Hz
1 f T
=
2/ Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo
- Xét CĐ của vật nặng K.lượng m móc vào đầu của một lị xo có độ cứng k K.lượng không đáng kể đặt nằm ngang Đầu còn lại của lò
xo được giữ cố định Bỏ qua
ma sát
- Chọn trục x như hình vẽ gốc
O ứng với VTCB Tọa độ x của vật tính từ VTCB gọi là ly
độ
- Lực F tc dụng ln vật nặng là
Trang 5- Thông báo cho
học sinh về
nghiệm của
phương trình
động lực học và
hướng dẫn học
sinh nghiệm lại
như SGK
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
lực đàn hồi của lị xo, lực này luôn hướng về O (trái dấu với
ly độ ) và có độ lớn tỷ lệ với
ly độ, nên
F = - kx trong đó k là độ cứng của lò xo F luôn hướng về VTCB nên gọi là lực kéo về hay lực hồi phục
- F gy cho vật gia tốc a = x’’
- Áp dụng định luật 2 Niu Tơn: mx’’ = - kx
Hay x '' k x 0
m
+ = đặt 2 k
m
w =
Ta có: 2
x '' + w x = 0 gọi là phương trình ĐLH của dao động
3/ Nghiệm của phương trình động lực học: phương trình dao động điều hòịa
- Phương trình ĐLH 2
x '' + w x = 0
có nghiệm dạng x = A cos( t w + j )
M
O
O
F r
M
O
O
F r
Trang 6-Thông báo cho
học sinh về tên
gọi, đơn vị, ý
nghĩa của các đại
lượng đặc trưng
của DĐĐH
-Tại sao nói với
một con lắc lò
xo đã cho thì tần
số góc là một
hằng số ?
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
- Học sinh thảo luận và trả lời
trong đó A và φ là những hằng
số
- Phương trình x = A cos( t w + j )
biểu diễn sự phụ thuộc của ly
độ x vào thời gian, gọi là phương trình dao động
-ĐN: DĐĐH là dao động mà phương trình diễn tả sự phụ thuộc của ly độ x vào thời gian là một hàm sin hoặc cosin
4/ Các đại lượng đặc trưng của DĐĐH
- A là biên độ ,nó là giá trị cực đại của ly độ x ứng với lúc
cos( t w + j )= 1 Biên độ luôn dương
- ( t w + j ) gọi là pha của dao động tại thời điểm t, là đối số của hàm côsin và là một góc
Trang 7- Hướng dẫn học
sinh vẽ đồ thị ly
độ của dao động
điều hòa dựa trên
số liệu biến thiên
của x theo t ở
bảng 6.1
- Từ đồ thị ly độ
thời gian hình
thnh khi niệm
chu kỳ, tần số
của DĐĐH
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
Với một biên độ đã cho thì pha xác định ly độ x của dao động
- ư là pha ban đầu, tứclà pha
( t w + j ) ở thời điểm t = 0
- gọi là tần số góc của dao động là tốc độ biến đổi góc của góc pha, có đơn vị rad/s hoặc độ/s Với con lắc lòxo đ cho thì tần số góc l một hằng
số
5/ Đồ thị ly độ của dao động điều hòa
-A
A
T
T T/2 x
-A
A
T
T T/2 x
Trang 8- Vận tốc của
chất điểm được
xác định như thế
nào ? Hãy suy ra
biểu thức vận tốc
của vật dao động
điều hòa ?
- Thông báo cho
học sinh vận tốc
của vật ở một số
vị trí đặc biệt
- Gia tốc của
chất điểm được
xác định như thế
-Học sinh tái hiện kiến thức và trả lời Vận dụng kiến thức suy ra biểu thức vận tốc của vật dao động điều hịa
-Học sinh lắng nghe và ghi nhớ
-Học sinh tái hiện kiến thức v trả lời Vận dụng kiến thức suy ra biểu thức gia tốc của vật dao động điều hòa
6/ Chu kỳ và tần số của dao động điều hòa
- Thời gian 2p
w thực hiện dao động toàn phần là chu kỳ T
của DĐĐH T = 2p
w
- Tần số f của DĐĐH:
1 f
w
p
7/ Vận tốc trong DĐĐH
- Vận tốc bằng đạo hàm bậc nhất của ly độ theo thời gian:
v = x ' = - w A sin( t w + j )
- Vận tốc cũng biến đổi điều hịa theo thời gian và có cùng chu kỳ với ly độ
+ Chú ý:
- Ở vị trí giới hạn x = ± A(vị trí biên) thì vận tốc có giá trị
Trang 9nào ? Hãy suy ra
biểu thức gia tốc
của vật dao động
điều hòa?
- Hướng dẫn HS
cách biểu diễn
một DĐĐH bằng
một véc tơ quay
-Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài
- Học sinh lắng nghe, theo di để biết cách xác
bằng không
- Ở VTCB x = 0 thì vận tốc và
có độ lớn cực đại bằng A hoặc – A
8/ Gia tốc trong DĐĐH
- Gia tốc bằng đạo hàm bậc nhất của vận tốc theo T.gian
a = - w Acos( t w + j = - w ) x
- Gia tốc luôn trái dấu với ly
độ và có độ lớn tỷ lệ với độ lớn của ly độ Gia tốc ngược pha với ly độ
9/ Biểu diễn DĐĐH bằng véc
tơ quay
- Để biểu diễn DĐĐH
x = A cos( t w + j ) ta dùng một véc
tơ OM
uuur
có độ dài bằng biên độ
A, quay đều quanh điểm O trong mặt phẳng chứa trục Ox
O
M
x
j
P
+
O
M
x
j
P +
O
A M
x
j
O
A M
x
j
Trang 10V/ CỦNG CỐ - DẶN DÒ
định các diều kiện ban đầu của dao động và áp dụng để viết phương trình dao động
với tốc độ góc là Ở thời điểm ban đầu t = 0, góc giữa trục
Ox và véc tơ OM
uuur
là pha ban đầu φ
- Độ dài đại số của hình chiếu trn trục x của vc tơ quay OM
uuur
biểu diễn DĐĐH chính là ly
độ x của dao động
10/ Điều kiện ban đầu: sự kích thích dao động
- Nếu biết ly độ x0 v vận tốc v0
ở thời điểm ban đầu t = 0 cùng với tần số góc ta có thể xác định được biên độ A và pha ban đầu φ từ đó ta sẽ viết được đầy đủ phương trình DĐĐH
x = A cos( t w + j )
Trang 11- Tóm lược kiến thức trọng tâm của bài, hướng dẫn HS trả lời các câu hỏi sau bài học yêu cầu HS về làm các BT 1,2,3,4 sau bài học