Vật lí lớp 12 - Tiết 03: CON LẮC LÒ XO ppt

Mục tiêu: a Về kiến thức: - Viết được: + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà.. + Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo.. - Viết được p

Vật lí lớp 12 - Tiết 03: CON LẮC LÒ XO

1 Mục tiêu:

a) Về 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

- Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo

b) Về kỹ năng:

- Áp dụng được các công thức và định luật

có trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập

c) Về thái độ:

- Có thái độ nghiêm túc học tập

2 Chuẩn bị của GV và HS:

a) Chuẩn bị của GV:

- Con lắc lò xo theo phương ngang Vật m

có thể là một vật hình chữ “V” ngược chuyển động

trên đêm không khí

b) Chuẩn bị của HS:

- Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10

3 Tiến trình bài dạy:

* Ổn định lớp: (1 phút)

a) Kiểm tra bài cũ: (5 phút)

Câu hỏi:

- Viết phương trình tọa độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa, giải thích các đại lượng trong phương trình

Đáp án:

- x = Acos(t + )

- v = x’ = -Asin(t + )

- a = v’ = -2Acos(t + ) = -2x

* Đặt vấn đề (1 phút)

- Các bài trước mới khảo sát dao động về mặt động học Dao động của hệ xét ở mặt động lực học và năng lượng như thế nào? Muốn thế ta dùng con lắc lò xo làm mô hình để nghiên cứu

b) Dạy nội dung bài mới:

Hoạt động 1 (8 phút): Tìm hiểu về con lắc lò xo

Hoạt động của

GV

Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản

- Minh hoạ con

lắc lò xo trượt

trên một mặt

phẳng nằm

ngang không

ma sát và Y/c

HS cho biết

gồm những gì?

- HS dựa vào hình vẽ minh hoạ của GV

để trình bày cấu tạo của con lắc lò xo

- HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn

ra một đoạn

I Con lắc lò xo

1 Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu kia của lò xo được giữ cố định

Pr

Fr

v = 0

k F = 0

m

Nr

Pr

nhỏ rồi buông tay

2 VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng

Hoạt động 2 (15 phút): Khảo sát dao động của

con lắc lò xo về mặt động lực học

Hoạt động của

GV

Hoạt động của

HS

Kiến thức cơ

bản

- Vật chịu tác

dụng của những

lực nào?

- Trọng lực Pr , phản lực Nr của mặt phẳng, và lực đàn hồi Fr

II Khảo sát dao động của con lắc lò xo

về mặt động

k

m

Nr

Pr

Fr v

r

O A

- Ta có nhận xét gì

về 3 lực này?

- Khi con lắc nằm

ngang, li độ x và

độ biến dạng l

liên hệ như thế

nào?

- Giá trị đại số của

lực đàn hồi?

- Dấu trừ ( - ) có ý

nghĩa gì?

- Từ đó biểu thức

của lò xo

- Vì Pr Nr  0 nên hợp lực tác dụng vào vật là lực đàn hồi của

lò xo

x = l

F = -kx

- Dấu trừ chỉ rằng Fr luôn luôn hướng về VTCB

k

m

 

lực học

1 Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài l của lò xo Gốc toạ độ O tại VTCB, giả

sử vật có li độ

x

- Lực đàn hồi của lò xo

Fr   k lr F =

-kx

của a?

- Từ biểu thức đó,

ta có nhận xét gì

về dao động của

con lắc lò xo?

- Từ đó  và T

được xác định như

thế nào?

- Nhận xét gì về

- So sánh với phương trình vi phân của dao động điều hoà

a = -2x  dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà

- Đối chiếu để tìm ra công thức  và T

- Lực đàn hồi luôn hướng về VTCB

2 Hợp lực tác dụng vào

vật:PrN Fr  r mar

- Vì PrNr  0 

Fr mar

Do vậy: a k x

m

 

3 - Dao động của con lắc lò

xo là dao động điều hoà

- Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo

k m

  và

2 m

T

k





lực đàn hồi tác

dụng vào vật trong

quá trình chuyển

động

- Trường hợp trên

lực kéo về cụ thể

là lực nào?

- Trường hợp lò xo

treo thẳng đứng?

- Lực kéo về là lực đàn hồi

- Là một phần của lực đàn hồi

vì F = -k(l0 + x)

4 Lực kéo về

- Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về Vật dao động điều hoà chịu lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li

độ

Hoạt động 3 (10 phút): Khảo sát dao động của

lò 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 lò xo

2 ñ

1 W

2mv

dao động của lò

xo về mặt năng

(động năng của

vật) được xác

định bởi biểu

thức?

- Khi con lắc

dao động thế

năng của con

lắc được xác

định bởi biểu

thức nào?

- Xét trường

( )

t

- Không đổi Vì

cos

1

2 1

2

 

Vì k = m2 nên

- W tỉ lệ với A2

lượng

1 Động năng của con lắc lò

xo

2 ñ

1 W

2mv



2 Thế năng của con lắc lò xo

2

1 2

t

3 Cơ năng của con lắc lò xo

Sự bảo toàn cơ năng

a Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động năng và thế năng của con

hợp khi không

có ma sát  cơ

năng của con

lắc thay đổi

như thế nào?

- Cơ năng của

con lắc tỉ lệ

như thế nào với

A?

lắc

b Khi không có

ma sát

- Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động

- Khi không có

ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn

c) Củng cố, luyện tập: (3 phút)

- Viết công thức chu kỳ, tần số, động năng, thế năng, cơ năng của con lắc lò xo

d) Hướng dẫn học sinh tự học ở nhà: (2 phút)

- Trả lời câu hỏi 1-3

- Làm bài tập 4-6

* RÚT KINH NGHIỆM