giáo án vật lý 12 nâng cao mới

Học sinh : Ôn các phương trình động học của chuyển động tịnh tiến III.. Tạo tình huống học tập Khi vật rắn chuyển động tịnh tiến thì mọi điểm của vật có quỹ đạo như nha

Trang 1

Ngày soạn : 5/8/2009

Tiết : 1

I MỤC TIÊU :

1 Kiến thức:

- Nêu được vật rắn và chuyển động tịnh tiến của một vật rắn là gì

- Nêu được đặc điểm chuyển động của vật rắn quay quanh một trục cố định

- Nêu được khái niệm toạ độ góc, tốc độ góc

- Viết được biểu thức của tốc độ góc, gia tốc góc và nêu được đơn vị đo tốc độ góc, gia tốc góc

- Viết được các phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định.

- Viết được các công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài, gia tốc góc và gia tốc dài của mộtđiểm trên vật rắn

2 Kỹ năng:

- Vận dụng các công thức liên hệ giữa tốc độ góc và tốc độ dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một

điểm trên vật rắn

- Áp dụng giải các bài tập đơn giản

3 Thái độ:

II CHUẨN BỊ :

1 Giáo viên : Các tranh vẽ 1.1; 1.2; 1.3

2 Học sinh : Ôn các phương trình động học của chuyển động tịnh tiến

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức

2 Giới thiệu chương I: (5/)

3 Tạo tình huống học tập Khi vật rắn chuyển động tịnh tiến thì mọi điểm của vật có quỹ đạo như

nhau Vì thế muốn khảo sát chuyển động tịnh tiến của vật rắn chỉ cần xét chuyển động của một điểm bấtkì của nó Vậy đối với chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định thì quy luật chuyển động vàmối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng như thế nào?

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC

HĐ 1: Hình thành các khái niệm các đại lượng đặc trưng của vật rắn quay quanh một trục

15

+ Trả lời câu C1

+ Dựa vào hình vẽ Nêu hai

đặc điểm của chuyển động của

vật rắn quay quanh một trục cố

định

+ Vị trí của một vật rắn tại mỗi

thời điểm được xác định bằng

góc ϕ giữa một mp động P gắn

với vật và mp cố định Po

+ Xét một vật rắn quay quanhmột trục (HV 1.1)

+ Câu C1 + Chuyển động này có đặc điểmgì ?

+ Trong chuyển động tròn tọa độ

của điểm M được xác định nhưthế nào?

Khi nào thì tọa độ dương?

Khi nào thì tọa độ âm?

+ Vị trí của một vật rắn tại mỗithời điểm được xác định như thế

nào ? (Dựa vào HV 1.1)

1 Tọa độ góc Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mỗi điểm trên vật vạch một

đường tròn nằm trong mặtphẳng vuông góc với trụcquay, có bán kính bằng khoảngcách từ điểm đó đến trục quay,

có tâm ở trên trục quay

+ Mọi điểm của vật đều quayđược cùng một góc trong cùngmột khoảng thời gian

Tọa độ góc

+ Vị trí của một vật rắn quayquanh một trục cố định được

xác định bằng tọa độ góc ϕ củavật: góc giữa một mp động Pgắn với vật và mp cố định Po.Qui ước chọn chiều dương sao

CHƯƠNG I ĐÔÔNG LỰC HỌC VÂÔT RẮN BÀI 1: CHUYỂN ĐÔÔNG CỦA VÂÔT RẮN QUAY QUANH MÔÔT TRỤC CỐ ĐỊNH

Trang 2

+ Phát biểu định nghĩa tốc độ

góc tức thời bằng đạo hàm

theo thời gian của tọa độ góc

+ Phát biểu định nghĩa gia tốc

góc tức thời bằng đạo hàm

theo thời gian của tốc độ góc

+ Chọn chiều dương là chiềuquay của vật

Ở thời điểm t, tọa độ góc của vậtrắn là ϕ, ở thời điểm t + t∆ có tọađộ góc ϕ +∆ϕ

+ Tốc độ góc trung bình của vậtrắn sau khoảng thời gian t∆ ?Hướng dẫn

- Góc quay của vật sau khoảngthời gian ∆t?

- Công thức tính tốc độ góc trongchuyển động tròn?

+ Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến

0 thì tốc độ góc trung bình trở

thành tốc độ góc tức thời

t 0

dlim

+ Gia tốc góc trung bình của vậtrắn sau khoảng thời gian t∆ ?

+ Khi ∆t nhỏ dần và tiến tới đến

0 thì gia tốc góc trung bình trở

thành gia tốc góc tức thời

t 0

dlim

> 0

2 Tốc độ góc :

+ Tốc độ góc tức thời (gọi tắtlà tốc độ góc) là một đại lượngđặc trưng cho sự biến đổinhanh hay chậm của vật rắnquay quanh một trục ở thờiđiểm t và được xác định bằngđạo hàm bậc nhất của tọa độgóc theo thời gian

t 0

d lim

3 Gia tốc góc

+ Gia tốc góc tức thời (gọi tắtlà gia tốc góc) của vật rắn quayquanh một trục ở thời điểm t làđại lượng đặc trưng cho sựbiến thiên của tốc độ góc ởthời điểm đó và được xác địnhbằng đạo hàm của tốc độ góctheo thời gian

t 0

dlim

HĐ2: Viết các phương trình động học của chuyển động quay và công thức liên hệ giữa vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật quay

+ v = vo + a.t

+ v2 – vo = 2as

+ Viết phương trình chuyểnđộng của chuyển động thẳng đềuvà suy ra phương trình chuyểnđộng của chuyển động quay đều?

+ Viết các phương trình động họctrong chuyển thẳng biến đổi đềusuy ra phương trình chuyển độngcủa chuyển động quay biến đổiđều?

+ Nếu vật quay theo một chiều

4 Các phương trình động học của chuyển động quay

a) Chuyển động quay với tốcđộ góc không đổi (ω = hằngsố): chuyển động quay đềuChọn t = 0 lúc ϕ = ϕo

⇒ ϕ = ϕo + ωtb) Chuyển động quay với giatốc góc không đổi (γ = const):chuyển động quay biến đổi đều+ Chọn t = 0 lúc ϕ = ϕo và

Trang 3

+ Khi vật rắn quay thì mỗi

điểm của vật có cùng ϕ, ω, γ

+ Tổng quát:

* γ=0: chuyển động quay đều

* γ= hằng số: chuyển động quaybiến đổi đều

* ω γ>0: chuyển động quaynhanh dần

* ω γ<0: chuyển động quaychậm dần

+ Khi vật rắn quay thì mỗi điểmcủa vật ( trừ trên trục quay) có ϕ,

ω, γ như thế nào?

+ Nêu công thức liên hệ giữa vậntốc dài và vận tốc góc trongchuyển động tròn có bán kính r?

+ Nêu công thức liên hệ giữa giatốc hướng tâm và vận tốc trongchuyển động tròn đều

+ Nếu vật rắn quay đều thì mỗiđiểm trên vật rắn có gia tốchướng tâm liên hệ với vận tốc dàivà vận tốc góc như thế nào?

+ Nếu vật rắn quay không đều thì

mỗi điểm trên vật rắn có gia tốcliên hệ với vận tốc dài và vận tốcgóc như thế nào?

- Hướng dẫn học sinh phân tíchthành hai thành phần: vuông gócv

r và tiếp tuyến vr

ω = ωo Ta có

ω = ωo + γt

ϕ = ϕo + ωot + 1

2 γt2

ω2 - ωo2 = 2 γ(ϕ - ϕo)+ Khi γ=0, ta có phương trìnhcủa chuyển động quay đều.+ Nếu vật quay theo một chiềunhất định và ω tăng theo thờigian (γ>0): chuyển động quaynhanh dần Nếu ω giảm theothời gian (γ<0): chuyển độngquay chậm dần

5 Vận tốc và gia tốc của các điểm trên vật rắn chuyển động quay :

Gia tốc của một điểm chuyểnđộng tròn bao gồm gia tốchướng tâm arn

và gia tốc tiếptuyến art

.+ Gia tốc hướng tâm đặc trưngcho biến đổi vận tốc vềphương

+ Gia tốc tiếp tuyến đặc trưngcho biến đổi vận tốc về độ lớn

ar

= arn+artVới :

at = dv

dt = r

ddt

ω = r γ

an = an = v2 2r

r = ω

a = a2n +a2t

ar hợp với bán kính r góc α:

n 2 t

atan

4 Củng cố kiến thức: Câu C5, C6 Các bài tập 1,2,3 trong SGK (5/)

Bài tập về nhà: 4,5,6,7 trong SGK Ôn lại kiến thức lớp 10 (mômen lực, phương trình động lực học

của chất điểm, ý nghĩa khối lượng)

IV: RÚT KINH NGHIỆM

………

Trang 4

- Nêu được momen quán tính đối với một trục của một chất điểm và của vật rắn và viết công thức

- Hiểu được cách xây dựng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục và viết đượcphương trình M = I.γ.

2 Kỹ năng:

- Vận dụng kiến thức về momen quán tính để giải thích một số hiện tượng vật lý liên quan đến

chuyển động quay của vật rắn

- Giải các bài toán cơ bản về chuyển động quay của vật rắn

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK Nếu có thể, chuẩn bị một số tranh ảnh thực tế về chuyển động quay

có liên quan bài học

2 Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (momen lực, phương trình động lực học của chất điểm, ý

nghĩa khối lượng)

1 Ổn định tổ chức (2/)

2 Kiểm tra bài cũ: (8/)

1 Nêu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và các đại lượng dài trong chuyển động thẳng

2 Viết các phương trình chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn quanh một trục cố định

3 Viết công thức gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng tâm của một điểm chuyển động tròn không đều

3 Tạo tình huống học tập: Trong chuyển động của chất điểm phương trình động lực học a F

m

=

rr.Vậy trong chuyển động quay của vật rắn phương trình như thế nào?

Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng?

HĐ 1: Xây dựng mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

10 + Đối với vật rắn quay quanhtrục cố định: lực chỉ có tác

dụng làm vật quay khi giá của

lực không đi qua trục quay

hoặc không song song với trục

quay

+ C1: độ lớn của Fur, phương

của Fur, vị trí của điểm đặt

+ Momen lực là đại lượng đặc

trưng cho tác dụng làm quay

vật của lực

M = F.d

M>0 khi lực có xu hướng làm

vật quay theo chiều (+) quy

+ Đối với vật rắn quay đượcquanh một trục cố định, lực chỉ

có tác dụng làm vật quay khinào?

+ C1Tác dụng của 1 lực lên vật rắn cótrục quay cố định không chỉ phụ

thuộc vào độ lớn của lực mà cònphụ thuộc vào vị trí của điểm đặtvà phương tác dụng của lực đốivới trục quay

+ Momen lực là đại lượng nhưthế nào? Khi nào M>0, M<0

1 Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

a) Momen lực đối với trục quay

+ Momen của lực Fur ( Furnằmtrong mp vuông góc với trục ∆)đối với trục quay ∆ có độ lớnbằng:

BÀI 2: PHƯƠNG TRÌNH ĐÔÔNG LỰC HỌC CỦA VÂÔT RẮN QUAY QUANH MÔÔT TRỤC

CỐ ĐỊNH

Trang 5

ước, M<0 khi lực có xu hướng

làm vật quay theo chiều ngược

- Lực pháp tuyến chỉ làm vật

chuyển động trên đường tròn

chứ không làm thay đổi tốc độ

góc

+ Mi = (mi ri2)γ.

Dùng HV2.1 để minh họa:

- Tác dụng lên quả cầu một lực

t

Fr theo phương tiếp tuyến vớiquỹ đạo tròn của quả cầu Hãytìm mối liên hệ giữa gia tốc gócvà momen lực?

b) Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực

+ Trường hợp vật rắn gồm quảcầu nhỏ có khối lượng m (chấtđiểm) gắn vào thanh nhẹ có độdài r, vật chỉ có thể quay trên

mp nằm ngang xung quanhtrục thẳng đứng đi qua đầu Ocủa thanh

M = (mr2)γ+ Trường hợp vật rắn gồmnhiều chất điểm có khối lượng

mi, mj…ở cách trục quaynhững khoảng cách ri, rj…

HĐ2: Hình thành khái niệm momen quán tính của vật rắn đối với một trục và phương trình động

lực học của vật rắn quay quanh một trục

chuyển động quay vật đó có

quán tính (sức ì) lớn

+ Hs xem SGK ghi

HS thảo luận nhóm và trình

bày

+ Momen quán tính của vật rắn

là đại lượng vô hướng, có tính

cộng được, phụ thuộc vào hình

dạng, kích thước, phân bố khối

lượng của vật và tùy thuộc trục

quay

+ Từ phương trình M=

2

i i i

+ Nêu khái niệm momem quántính? Đơn vị?

+ Cho hs nắm các công thức momen quán tính của một số vật đồng chất đối với trục đối xứng HV2.3

+ Momen quán tính của vật rắnphụ thuộc vào các yếu tố nào?

+ RTĐ=6400km; mTĐ= 6,0.1024kgITĐ đối với trục đi qua tâm?

2 Momen quán tính

+ Momen quán tính I đối vớimột trục là đại lượng đặc trưngcho mức quán tính (sức ì) củavật rắn trong chuyển độngquay quanh trục ấy

I = i i. 2i

m r

∑+ Đơn vị của I là: kg.m2+ Momen quán tính của vật rắnlà đại lượng vô hướng, có tínhcộng được, không chỉ phụthuộc vào khối lượng mà cònphụ thuộc phân bố khối lượng

xa hay gần trục quay

Trang 6

+ I = 2

5mR

2 = 9,8.1037kg.m2

+ M = Iγ + Với khái niệm momen quántính Hãy viết lại phương trình

M= i i2

i

m r

γ

3 P hương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định

M = Iγ Là phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và là phương trình

cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

HĐ 3: Vận dụng phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục

25 + Thùng nước chuyển động tịnh tiến

mg – T = ma (1)

+ Hình trụ chuyển động quay

M = T.R = Iγ (2)

+ a = Rγ (3)

+ Khi I có giá trị rất lớn thì giá

trị của a rất nhỏ

+ Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá

trị của a ≈ g

Hướng dẫn hs phân tích bài toán Biểu diễn các lực tác dụng lên mỗi vật trong hệ

- Chuyển động của thùng nước là

chuyển động gì? Viết phương trình động lực học

- Chuyển động của hình trụ là

chuyển động gì? Viết phương trình động lực học

- Gia tốc tịnh tiến của thùng nước và gia tốc góc của hình trụ liên hệ như thế nào?

Nhận xét:

+ Khi I có giá trị rất lớn thì giá trị

của a như thế nào?

+ Khi I có giá trị rất nhỏ thì giá trị của a như thế nào?

Vì sao trụ quay của giếng nước thường làm bằng khối hình trụ rất nặng?

4 Bài tập ví dụ SGK

mg – T = ma (1)

M = T.R = Iγ (2) ⇒ T = I

R γ

a = Rγ (3) ⇒ γ = a

R Thế vào (1)

mg - I R

γ

= m a R

2

mg I m R

2

1 g I 1 mR

C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

4 Củng cố kiến thức: (10/)

- Viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển động quay

I = i i. 2

i

m r

∑ đặc trưng cho mức quán tính của vật rắn trong chuyển động quay

- Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

M = Iγ Biết M, I suy ra γ tức là xác định được tính chất của chuyển động quay vì thể gọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

Bài tập về nhà: 1 đến 8 trong SGK/14 Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn

động lượng)

………

Trang 7

- Vận dụng các công thức động học và động lực học của vật rắn đã học

- Phương pháp giải một bài toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục

3 Thái độ:

- Tình cảm: có hứng thú với bộ môn

II CHUẨN BỊ:

1 Chuẩn bị của thầy: Phiếu học tập

2 Chuẩn bị của trò: Ôn lại kiến thức chương I

2 Kiểm tra bài cũ :

3 Tạo tình huống học tập

HĐ 1: Hệ thống kiến thức

13

Dùng phiếu học tập để hệ thống kiến thức

1) Tọa độ góc? Đơn vị? Khi ϕ>0, ϕ<0 vật rắn quay theo chiều

như thế nào?

2) Tốc độ góc? Đơn vị?

3) Gia tốc góc? Đơn vị? Khi γ như thế nào thì vật rắn quay đều,

nhanh dần, chậm dần, quay biến đổi đều

4) Viết các phương trình động học của vật rắn quay biến đổi đều và

so sánh các đại lượng góc và các đại lượng dài trong chuyển động

tịnh tiến thẳng

5) Viết công thức tính momen lực đối với trục quay Đơn vị của

momen lực? Khi nào M>0, M<0?

6) Viết công thức tính momen quán tính đối với trục quay Đơn vị

và nêu ý nghĩa vật lý của nó? I phụ thuộc những yếu tố nào?

7) Viết phương trình động lực học của vật rắn và vì sao nó được

gọi là phương trình cơ bản

9) So sánh các đại lượng trong các phương trình động lực học

chuyển động quay và chuyển động thẳng:

+ Quay chậm dần đều với ωo

=10rad/s, góc quay là ϕ

Phân tích bài toán

- Vật , hệ vật cần khảo sát?

- Qui luật chuyển động của bánhxe?

- Viết biểu thức momen quán tínhcủa đĩa tròn đối với trục đốixứng

- Viết công thức liên hệ giữa tốc

BÀI 5: BÀI TÂÔP VỀ ĐÔÔNG LỰC HỌC

VÂÔT RẮN

Trang 8

+ Hệ vật : vật A có m = 1kg;

vật B có m = 1kg; ròng rọc có I

= 0,05kg.m2

+ Hai vật chuyển động thẳng

nhanh dần đều; ròng rọc quay

nhanh dần đều

+ Dây không dãn nên gia tốc

của hai vật như nhau

+ Dây không trượt trên ròng

rọc nên gia tốc dài ở vành ròng

rọc = gia tốc của hai vật

độ góc, gia tốc góc và góc quay

- Từ phương trình động lực học tìm momen hãm Nhận xét

Bài 3:

Phân tích bài toán:

- Vật, hệ vật cần khảo sát?

- Qui luật chuyển động của vật,

hệ vật?

- Nhận xét gia tốc của hai vật và

gia tốc tiếp tuyến ở vành ròng rọc?

- Lực và momen lực tác dụng lên vật, hệ vật như thế nào? Biểu diễn hình vẽ

- TA, TB có như nhau không vì

sao?

- Phương trình động lực học cho vật A?

- Phương trình động lực học cho ròng rọc?

- Nhận xét giữa B và sàn có ma sát không?

- Phương trình động lực học cho vật B?

γ = 2 o2

2

ω − ω

0 10 2.10

−

= -5rad/s2 Momen hãm

M = I.γ= 0,02.(-5) = -0,1N.m Dấu (-) chứng tỏ momen hãm

có tác dụng làm giảm tốc độ quay của đĩa

Bài 3:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của mỗi vật Gốc thời gian là lúc thả ra a) Gia tốc của ròng rọc

Ta có 1 t2

2

t

ϕ

γ = Thay số γ = 6,28rad/s2 b) Gia tốc của hai vật

a = Rγ = 0,1.6,28 = 0,628m/s2 c) Lực căng dây treo ở hai bên ròng rọc

- Xét vật A: P – TA = ma

⇒TA = P – ma = m(g-a) Thay số TA ≈9,17N

- Xét ròng rọc (TA – TB).R = I.γ

⇒TB = TA - I

R

γ = 6,03N d) Hệ số ma sát

Vì TB = 6,03N > ma = 0,63 nên giữa B và sàn có ma sát

TB - µmg = ma

⇒ µ = TB ma

mg

0,55

Củng cố kiến thức: Phương pháp giải bài toán động lực học vật rắn (5/)

Bước 1: Xác định đối tượng cần khảo sát

Bước 2: Xác định lực (momen lực) tác dụng lên vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 3: Viết phương trình đông lực học của vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 4: Từ phương trình động lực học có thể tính được một (vài) đại lượng liên quan (gia tốc, gia tốc góc, khối lượng, momen quán tính, lực, momen lực)

Ngoài ra có thể sử dụng được các công thức động học để tìm các đại lượng chưa biết (phương trình

chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, các công thức liên quan giữa vận tốc, gia tốc, thời gian )

Bài tập về nhà: IV: RÚT KINH NGHIỆM ………

………

Trang 9

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế, biết các ứng dụng của định luật bảo

toàn momen động lượng trong đời sống và kỹ thuật

- Giải các bài toán cơ bản về momen động lượng và ứng dụng định luật bảo toàn momen động lượng

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK Nếu có thể, chuẩn bị một số tranh ảnh thực tế về chuyển động quay

có liên quan bài học (ảnh của diễn viên xiếc nhào lộn, trượt băng nghẹ thuật, nhảy cầu…)

2 Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (động lượng và định luật bảo toàn động lượng).

- Làm các thí nghiệm đơn giản có liên quan đến bài học

1 Phát biểu, viết biểu thức và nêu ý nghĩa của momen quán tính của vật rắn đối với chuyển độngquay

2 Viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định và lí giải vì sao có thểgọi phương trình này là phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn

3 Tạo tình huống học tập: Vì sao các vận động viên nhảy cầu, khi nhảy từ ván cầu xuống nước,

họ thường thực hiện các động tác gập người và bó gối thật chặt lúc xoay người trên không Sau đó, họphải làm thế nào để ngừng quay và lao mình vào trong nước?

HĐ 1: Hình thành khái niệm momen động lượng và dạng khác của phương trình động lực học vật

rắn quay quanh một trục cố định.

20

+ M = Iγ

- Momen quán tính I là đại

lượng đặc trưng cho mức quán

tính (sức ì) của vật rắn trong

chuyển động quay quanh trục

ấy Đơn vị là kg.m2

- Gia tốc gócγ là đại lượng

đặc trưng cho sự biến thiên

của tốc độ góc ở thời điểm đó

+ Phương trình động lực học củavật rắn trong chuyển động quayquanh một trục

+ Ý nghĩa vật lý và đơn vị củatừng đại lượng trong công thức

trên ?

+ Hướng dẫn học sinh viết dạngkhác của phương trình động lựchọc của vật rắn chuyển độngquay quanh một trục

1 Momen động lượng

a) Dạng khác của phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định.

M = Iγ = Id

dtω

Nếu I không đổi: M = d(I )

dt

ω.Đặt L = Iω thì ta có dạngkhác của phương trình:

M = dL

dt (1)

Chú ý: (1) đúng cho cả trường

hợp I của vật hay hệ vật thay

BÀI 3: MOMEN ĐÔÔNG LƯỢNG.

ĐỊNH LUÂÔT BẢO TOÀN MOMEN ĐÔÔNG

LƯỢNG.

Trang 10

+ ω + v

+ I + m

+ L = Iω + p =mv

⇒ Đại lượng L = Iω trong

chuyển động quay tương ứng

với động lượng p = mv trong

chuyển động tịnh tiến Vì thế L

= Iω được gọi là momen động

lượng

+ Hướng dẫn học sinh so sánhcác đại lượng trong phương trìnhđộng lực học của chuyển độngquay của vật rắn và của chuyểnđộng tịnh tiến của chất điểm ở

bảng 3.1 từ đó rút ra ý nghĩa vậtlý của đại lượng L = Iω (CâuC1) và đơn vị

+ C2: vận dụng công thức tínhmomen động lượng L = Iω

đổi (như do vật thay đổi hìnhdạng …)

b) Momen động lượng

+ Đại lượng L = Iω trongchuyển động quay được gọi làmomen động lượng của vật rắnđối với trục quay

+ Đơn vị của momen độnglượng là kg.m2/s

HĐ2: Xây dựng nội dung định luật bảo toàn momen động lượng

+ L = hằng số Vì vậy vật rắn

không quay (ω =0) hoặc quay

đều (ω không đổi)

+ I1.ω1 = I2.ω2

C3: Lúc đầu ở tư thế dang tay

tốc độ góc của người là ω1, khi

co tay và thu vào sát thân

người khoảng cách giữa các

phần của người và khối tâm

thu hẹp lại nên momen quán

tính đối với trục quay đi qua

khối tâm giảm đi

I1.ω1 = I2.ω2 Kết quả người quay nhanh

hơn trước

+ C4: Khi vận động viên nhảy

+ Đặt vấn đề: Tại sao tốc độ quaycủa Trái đất hằng tỉ năm nay vẫnkhông thay đổi?

+ Từ M = dL

dt nếu M = 0 thì L sẽ

như thế nào?

+ Phát biểu nội dung của địnhluật

+ Nếu I không đổi thì chuyểnđộng vật rắn như thế nào?

Đó cũng chính là lí do vì sao tốcđộ quay của Trái đất hằng tỉ nămnay vẫn không thay đổi

+ Nếu I thay đổi hãy viết côngthức định luật bảo toàn momenđộng lượng với I1.ω1 là momenđộng lượng của vật lúc trước và

I2.ω2 là momen động lượng củavật lúc sau

+ Chú ý điều kiện áp dụng định luật bảo toàn momen động lượng

M = 0 Nếu M≠0 nhưng trongkhoảng thời gian tác dụng t∆ nhỏđến mức có thể bỏ qua xung củamomen lực M∆t, thì trongkhoảng thời gian đó L được bảotoàn

+ C3 ?+ C4?

2 Định luật bảo toàn momen động lượng

a) Nội dung

Từ M = dL

dt

Nếu M = 0 thì L = hằng số (2)

+ Khi tổng các momen lực tác dụng lên một vật rắn (hay hệ vật) đối với một trục bằng 0 thì tổng momen động lượng của vật rắn (hay hệ vật) đối với trục đó được bảo toàn.

b) Các trường hợp:

+ Trường hợp vật rắn cómomen quán tính đối với trụcquay không đổi thì vật rắnkhông quay hoặc quay đềuquanh trục đó

+ Trường hợp vật rắn cómomen quán tính đối với trụcquay thay đổi thì: I1.ω1 = I2.ω2

+ Trường hợp vật rắn có L = 0

I1.ω1 + I2.ω2 = 0 Khi đó một bộphận của hệ quay theo mộtchiều thì bộ phận còn lại của

hệ quay theo chiều ngược lại

Chú ý: Momen động lượng

của vật rắn là đại lượng véc tơ

Lur

= I.ωur.Khi Muur= 0 thì Lur = hằng số Vìvậy khi nói tổng momen độnglượng của hệ được bảo toàn thì

có nghĩa cả độ lớn lẫn vềphương, chiều của tổngmomen động lượng được bảo

Trang 11

cầu thực hiện động tác gập

người và bó gối thì I của người

đối với trục quay đi qua khối

tâm giảm Theo định luật bảo

toàn động lượng thì ω sẽ tăng

toàn

HĐ 3: Vận dụng định luật bảo toàn momen động lượng

15

+ M = 0 ⇒ L = hằng số

+ I1.ω1 + I2.ω2

+ (I1 + I2)ω

Hướng dẫn hs phân tích bài toán + Momen động lượng của hệ có được bảo toàn không?

+ Tổng momen lực tác dụng lên

hệ (ngoại lực) đối với trục quay ? + Momen động lượng của hệ lúc đầu?

+ Momen động lượng của hệ lúc sau?

+ Suy ra ω?

4 Bài tập 2 /17 SGK

+ Momen động lượng của hệ lúc đầu:

I1.ω1 + I2.ω2 + Momen động lượng của hệ lúc sau

(I1 + I2)ω + Theo định luật bảo toàn momen động lượng

I1.ω1 + I2.ω2 = (I1 + I2)ω

⇒ ω = 1 1 2 2

I I

ω + ω +

- Viết dạng khác phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định

- Viết công thức và nêu ý nghĩa của momen động lượng của vật rắn đối với chuyển động quay

- Nội dung của định luật bảo toàn momen động lượng

Bài tập về nhà: Các bài tập còn lại trong SGK Ôn lại công thức động năng & biểu thức định lý

động năng của vật chuyển động tịnh tiến

………

Trang 12

- Biết được khi một vật rắn quay quanh một trục thì có động năng.

- Viết được công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục

- Viết được biểu thức định lý động năng đối với vật rắn quay quanh một trục

2 Kĩ năng:

- So sánh các đại lượng tương ứng trong biểu thức của động năng trong chuyển động quay vàđộng năng trong chuyển động tịnh tiến

- Giải được các bài tập đơn giản về động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế về ứng dụng của động năng quay

3 Thái độ:

1 Chuẩn bị của thầy: Tranh vẽ 4.1; 4.2

2 Chuẩn bị của trò: Ôn lại công thức động năng & biểu thức định lý động năng của vật chuyển

động tịnh tiến

2 Kiểm tra bài cũ (5/)

1) Mômen động lượng của một vật đối với một trục là gì và viết được công thức tính mômen này.2) Phát biểu được định luật bảo toàn mômen động lượng của một vật rắn và viết được hệ thức địnhluật này

3) Dùng tranh vẽ 4.2

Một vận động viên trượt băng quay quanh một trục thẳng đứng với tốc độ góc 15rad/s2 với hai taydang ra, mômen quán tính của người lúc này đối với trục quay là 1,8kg.m2 Sau đó người này đột ngột thutay lại dọc theo thân người, trong khoảng thời gian nhỏ tới mức có thể bỏ qua ảnh hưởng của ma sát vớimặt băng Mômen quán tính quán tính của người lúc đó giảm đi 3 lần so với lúc đầu Tính tốc độ góc củangười lúc đó

3 Tạo tình huống học tập Tại sao trong động cơ bốn kì thì chỉ có một kì sinh công nhưng vẫn

chạy đều?

HĐ 1: Xây dựng công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục

13

+ HS thảo luận nhóm

vi = riω

Đặt vấn đề: Khi vật chuyển động

tịnh tiến thẳng với vận tốc v thì

vật có động năng là 1mv2

2 Vậykhi vật chuyển động quay với tốcđộ gócωthì có động năng không

và nếu có thì công thức tính nhưthế nào?

Xét vật rắn quay quanh một trụccố định với tốc độ góc ω (HV4.1)

- Viết biểu thức động năng củachất điểm i của vật có khối lượng

1 Động năng của vật rắn quay quanh một trục :

BÀI 4: ĐÔÔNG NĂNG CỦA VÂÔT RẮN QUAY

QUANH MÔÔT TRỤC CỐ ĐỊNH

m1,r1

m2,r2

Trang 13

+ Động năng của vật rắn quay

quanh một trục bằng tổng động

năng của tất cả các phần tử tạo

nên vật; được đo bằng nửa tích

số của momen quán tính của

vật và bình phương vận tốc

góc của vật đối với trục quay

+ Tốc độ dài của chất điểm i?

+ Công thức động năng của chấtđiểm chuyển động có vận tốc v?

- Viết công thức tính động năngcủa vật rắn

Hướng dẫn: Động năng của vậtrắn quay quanh một trục bằngtổng động năng của tất cả cácphần tử tạo nên vật

- Nêu kết luận

- Trong hệ thống đo lường quốctế đơn vị của động năng là gì ?

- Cho hs thảo luận nhóm trả lờicác câu hỏi

+ C1+ C2

Động năng của vật rắn quayquanh một trục bằng tổng độngnăng của tất cả các phần tử tạonên vật; được đo bằng nửa tíchsố của momen quán tính củavật và bình phương vận tốc góccủa vật đối với trục quay đó

Wđ = 1 2

2IωVới :

I = i i i. 2i

∑ ∑là momen quán tính của vật rắnđối với trục quay

- Đơn vị của Wđ (J)

HĐ2: Viết công thức định lý động năng đối với vật rắn chuyển động quay

10

- HS thảo luận nhóm

+ Độ biến thiên động năng của

vật bằng công của ngoại lực

tác dụng lên vật

1mv

- So sánh các đại lượng trongchuyển động tịnh tiến và chuyểnđộng quay hãy viết biểu thứcđịnh lý động năng đối với chuyểnđộng quay

2 Định lý biến thiên động năng :

Độ biến thiên động năng củamột vật bằng tổng công củacác lực tác dụng lên vật

Trang 14

+ Wđ1 = 1I1 12

2 ω = 202,5J + Từ Wđ = 1 L2

2 I

1

W = I = 3

⇒W = 3đ2

1

đ

W = 607,5J

Bài tập áp dụng SGK

- Động năng lúc đầu?

- Động năng lúc sau?

- Tại sao trong động cơ bốn kì thì

chỉ có một kì sinh công nhưng vẫn chạy đều?

Trong kì sing công, công này làm tăng động năng của bánh đà

Trong 3 chu kì kia động năng của quay của nó đã dự trữ cung cấp cho động cơ

Bài tập áp dụng

Củng cố kiến thức: Các bài tập 1,2,3 trong SGK (5/)

Bài tập về nhà: 4,5,6,7 trong SGK Ôn kiến thức Chương I qua Phiếu học tập Đọc bài 5

………

Trang 15

- Vận dụng các công thức động học và động lực học của vật rắn đã học

- Phương pháp giải một bài toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục

- Hệ thống hóa kiến thức chương I

3 Thái độ:

1 Chuẩn bị của thầy: Phiếu học tập

2 Chuẩn bị của trò: Ôn lại kiến thức chương I

2 Kiểm tra bài cũ (8/)

1) Viết công thức tính momen của vật rắn quay quanh một trục? Nêu nhận xét về vai trò của momenquán tính trong công thức này?

2) Viết công thức tính momen động lượng của một vật đối với một trục

3) Viết biểu thức định luật bảo toàn momen động lượng của một vật rắn cho các trường hợp

20

1) Tọa độ góc? Đơn vị? Khi ϕ>0, ϕ<0 vật rắn quay theo chiều

như thế nào?

2) Tốc độ góc? Đơn vị?

3) Gia tốc góc? Đơn vị? Khi γ như thế nào thì vật rắn quay đều,

nhanh dần, chậm dần, quay biến đổi đều

4) Viết các phương trình động học của vật rắn quay biến đổi đều và

so sánh các đại lượng góc và các đại lượng dài trong chuyển động

tịnh tiến thẳng

5) Viết công thức tính momen lực đối với trục quay Đơn vị của

momen lực? Khi nào M>0, M<0?

6) Viết công thức tính momen quán tính đối với trục quay Đơn vị

và nêu ý nghĩa vật lý của nó? I phụ thuộc những yếu tố nào?

7) Viết phương trình động lực học của vật rắn và vì sao nó được

gọi là phương trình cơ bản

8) Viết công thức tính momen động lượng đối với trục quay Đơn

vị và nêu ý nghĩa vật lý của nó?

9) So sánh các đại lượng trong các phương trình động lực học

chuyển động quay và chuyển động thẳng:

M = Iγ và F = ma

M = dL

dt và F =

dpdt10) Viết biểu thức định luật bảo toàn momen động lượng của một

vật rắn cho các trường hợp Nêu điều kiện áp dụng

BÀI 5: BÀI TÂÔP VỀ ĐÔÔNG LỰC HỌC

VÂÔT RẮN

Trang 16

11) Viết các công thức tính động năng của vật rắn quay quanh một

trục Đơn vị?

12) Viết công thức định lý động năng của vật rắn quay quanh một

trục

13) Công thức liên hệ giữa các đại lượng góc và đại lượng dài

HĐ2: Phương pháp giải toán về chuyển động quay của vật rắn

10

+ Bánh xe

+ Trong 10s momen lực tác

dụng là M1 = 20N.m và

momen cản Mms

+ Trong 10s đầu quay nhanh

dần đều

+ Trong 30s cuối momen tác

dụng là momen cản Mms =

0,25M1

+ Trong 30s cuối quay chậm

dần đều

Phân tích bài toán:

- Vật, hệ vật cần khảo sát?

- Lực và momen lực tác dụng lên bánh xe như thế nào

- Qui luật chuyển động của bánh xe?

Hướng dẫn hs giải

- Gia tốc của bánh xe trong giai đoạn đầu?

- Gia tốc của bánh xe trong giai đoạn sau?

- Momen ngoại lực tác dụng lên bánh xe trong giai đoạn đầu?

M1>0 vì tác dụng làm bánh xe quay theo chiều dương

Mms<0 vì tác dụng làm bánh xe quay ngược với chiều dương

- Động năng quay ở đầu giai đoạn chậm dần đều?

Bài 1:

Chọn chiều quay của bánh xe làm chiều dương

a) Gia tốc của bánh xe:

- Giai đoạn 10s đầu quay nhanh dần đều

1

t

ω − ω

15 0 10

−

= 1,5rad/s2

- Giai đoạn 30s cuối quay chậm dần đều

2

t

ω − ω

0 15 30

−

= -0,5rad/s2 b) Phương trình động lực học vật rắn

M = Iγ ⇒1 I=

1

M

M +M γ

= 10kg.m2 c) Động năng quay ở đầu giai đoạn chậm dần đều

Wđ = 1I 12

2 ω = 1125(J)

Củng cố kiến thức: Phương pháp giải bài toán động lực học vật rắn (5/)

Bước 1: Xác định đối tượng cần khảo sát

Bước 2: Xác định lực (momen lực) tác dụng lên vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 3: Viết phương trình đông lực học của vật, từng vật (nếu là hệ vật)

Bước 4: Từ phương trình động lực học có thể tính được một (vài) đại lượng liên quan (gia tốc, gia tốc góc, khối lượng, momen quán tính, lực, momen lực)

Ngoài ra có thể sử dụng được các công thức động học để tìm các đại lượng chưa biết (phương trình

chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, các công thức liên quan giữa vận tốc, gia tốc, thời gian )

Bài tập về nhà: Ôn tập chuẩn bị kiểm tra 1 tiết IV: RÚT KINH NGHIỆM ………

………

Trang 17

Ngày soạn : 10/8/2009

Tiết : 10&11

I MỤC TIÊU :

- Thông qua quan sát rút ra khái niệm dao động, dao động tuần hoàn và chu kỳ

- Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lò xo và dẫn đến phương trình dao động

- Biết được đặc điểm động lực học của dao động điều hòa là lực kéo về tỉ lệ thuận với li độ và luônhướng về vị trí cân bằng

- Phát biểu được định nghĩa về các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa: chu kỳ, tần số, tần số góc, biên độ, pha, pha ban đầu

2 Kỹ năng:

- Biểu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay

- Vẽ đồ thị x, v theo t trong dao động điều hòa

- Biết điều kiện ban đầu tùy theo cách kích thích dao động, suy ra A và ϕ

3 Thái độ:

1 Giáo viên : Các tranh vẽ 1.1; 1.2; 1.3

2 Học sinh :

2 Giới thiệu mục tiêu chương II: (5/)

HĐ 1: Hình thành các khái niệm dao động, dao động tuần hoàn, chu kỳ và tần số

15

+ Có một vị trí cân bằng

+ Chuyển động qua lại quanh

vị trí cân bằng

+ T như nhau Vậy dao động

con lắc dây có tính tuần hoàn

Cho học sinh quan sát chuyểnđộng của vật nặng trong con lắcdây, con lắc lò xo thẳng đứng và

con lắc lò xo nằm ngang trên đệmkhông khí

+ Chuyển động của vật nặngtrong 3 trường hợp trên có nhữngđặc điểm gì giống nhau ?

Chuyển động của vật nặng nóitrên gọi là dao động

+ Vậy dao động là gì ? Quan sát dao động con lắc dây

đo khoảng thời gian giữa hai lầnliên tiếp dây treo đi ngang quavật mốc theo cùng một chiều và

1 Dao động:

Dao động:

Chuyển động qua lại quanh vịtrí cân bằng gọi là dao động.(trong vùng không gian hẹp)

Dao động tuần hoàn:

+ là dao động mà một giaiđoạn của chuyển động đượclặp lại liên tiếp và mãi mãi + Giai đoạn nhỏ nhất được lặplại gọi là một dao động toànphần hay một chu trình

Chu kỳ:

Thời gian để thực hiện một daođộng toàn phần gọi là chu kỳcủa dao động tuần hoàn Kíhiệu T, đơn vị là (s)

Trang 18

f = 1

T Đơn vị là Hz

HĐ2: Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo

+ Hs xem sách và phát biểu

+ Mô tả con lắc lò xo nằm ngangvà vẽ hình

+ Chọn trục Ox, nêu khái niệm liđộ

+ Viết phương trình định luật IINiu tơn?

+ Phân tích lực tác dụng lên m?

+ Biến đổi về phương trình (1)gọi là phương trình động lực họccủa dao động

+ Nêu nghiệm của phương trình(1) và gọi x(t) là phương trìnhdao động

+ Hãy nghiệm lại nghiệm củaphương trình (1) bằng câu C1

+ Định nghĩa dao động điều hòa?

2 Phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo

Con lắc lò xo:

+ Vật nặng có khối lượng m(chất điểm)

+ Lò xo có độ cứng k (khốilượng bỏ qua)

3 Dao động điều hòa

Nghiệm của (1) là:

x = Acos(ωt + ϕ) (2)trong đó A, ϕ là các hằng sốtuỳ ý

(2) gọi là phương trình daođộng

+ Dao động mà phương trình

có dạng hàm cosin hay sin của thời gian nhân với một hằng số gọi là dao động điều hòa

HĐ 3: Tìm hiểu các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa và vẽ đồ thị x(t)

5

+ Biên độ dao động A: là giá

trị cực đại của li độ ứng với

đó A, ϕ là các hằng số tuỳ ý.

Nếu với A dương thì A là biênđộ Vậy A ứng với giá trị nào của

li độ và ứng với lúc nào?

+ Hướng dẫn hs đọc sách với giátrị A âm và nhận xét biên độ luôn

có giá trị như thế nào?

+ Nêu khái niệm pha dao động?

pha ban đầu ? Với một biên độ

đã cho thì nếu biết pha dao động

ta có thể xác định vị trí của vật

4 Các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa

+ A là biên độ dao động : là

giá trị cực đại của li độ ứngvới lúc cos(ωt+ϕ) =1 A luôndương

+ (ωt + ϕ) là pha dao động tạithời điểm t: là đối số của hàmcosin và là một góc Với mộtbiên độ đã cho thì pha xác định

li độ của dao động

+ ϕ là pha ban đầu: là pha vàothời điểm ban đầu.(t=0)

Trang 19

2π m + Hs trả lời theo hướng dẫn

không (li độ của dao động)?

+ Nêu khái niệm tần số góc Đơnvị?

+ Cho hs lập bảng biến thiên và

gv vẽ đồ thị của dao động điềuhòa:

x = Acosωtvà nhận xét dao động điều hòachuyển động tuần hoàn không?

+ Chu kỳ, tần số dao động điềuhòa và biểu thức chu kỳ, tần số

con lắc lò xo?

+ Với x = Acos(ωt + ϕ) hãy viếtbiểu thức v và nhận xét v có biếnthiên điều hòa không?

+ Nêu giá trị của v ở vị trí cânbằng và ở vị trí hai biên

+ Với x = Acos(ωt + ϕ) hãy viếtbiểu thức a và nhận xét v có biếnthiên điều hòa không?

+ Nêu giá trị của a ở vị trí cânbằng và ở vị trí hai biên

+ ω là tần số góc: là tốc độbiến đổi góc pha Đơn vị rad/shoặc độ/s vói con lắc lò xo

5 Đồ thị x(t) của dao động điều hòa

Lập bảng biến thiên và vẽ đồthị của dao động điều hòa:

x = AcosωtNhận xét:

Dao động điều hòa là chuyển động tuần hoàn với T = 2π

8 Gia tốc trong dao động điều hòa

a = v’ = x’’

= -ω2Acos(ωt + ϕ) = -ω2x Nhận xét ; a luôn trái dấu với liđộ ( a ngược pha với li độ)

HĐ 4: Biễu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay Xác định A và ϕ dựa vào điều kiện ban đầu

OMuuuur ở thời điểm ban đầu (t = 0),với góc giữa Ox và OMuuuur làϕ+ biểu diễn vectơ OMuuuur ở thờiđiểm t với góc giữa Ox và OMuuuurlà (ωt + ϕ)

9 Biễu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay

x = Acos(ωt + ϕ)Véc tơ OMuuuur: có độ dài là A,quay đều quanh điểm O trong

mp chứa trục Ox với tốc độgócω Ở thời điểm ban đầu

Trang 20

x = OP = Acos(ωt + ϕ)

Kết luận

+ Xác định độ dài đại số hình chiếu của OMuuuur lên trục Ox và

nêu kết luận + Vẽ véc tơ quay của dao động

x = 5cos(0,5t +

3

π )

+ Hướng dẫn hs giải hệ phương trình tìm A, ϕ với những cách kích thích khác nhau

+ Ghi nhớ một số trường hợp đặc biệt

t=0, góc giữa Ox và OMuuuur làϕ + Độ dài đại số của hình chiếu trên trục x của OMuuuur biểu diễn dao động điều hòa chính là li độ x của dao động

10 Điều kiện ban đầu: sự kích thích dao động

+ Kích thích dao động bằng cách đưa vật nặng ra khỏi vị trí cân bằng theo chiều dương một đoạn x0 rồi thả nhẹ (v=0) Chọn t =0 lúc thả vật ta có: x=xo, v=0

⇒ A cos xo

A sin 0

ϕ =



o

A x 0

=



ϕ =

 Nhận xét: Tùy theo cách kích thích khác nhau ta có A, ϕ khác nhau

- Viết phương trình dao động , phương trình vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa

- Xét 3 đại lượng đặc trưng A, ϕ, ω cho dao động điều hòa của con lắc lò xo Những đại lượng nào có thể có giá trị khác nhau , tùy thuộc vào cách kích thích dao động? Đại lượng nào chỉ có một giá trị xác định đối với con lắc lò xo đã cho?

- Bài 5 /35 SGK

Bài tập về nhà: Các bài tập còn lại trong SGK

………

Ngày soạn: 11/8/2009

BÀI 9: BÀI TÂÔP VỀ

Trang 21

- Giải được các bài tập về con lắc lò xo và con lắc đơn.

- Vận dụng được công thức tính chu kỳ dao động của con lắc vật lý

- Biểu diễn được một dao động điều hòa bằng vectơ quay

3 Thái độ:

1 Chuẩn bị của thầy: Hệ thống bài tập Phiếu học tập

2 Chuẩn bị của trò: Làm bài tập

2 Kiểm tra bài cũ

13

1) Thế nào là dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa

2) Chu kỳ, tần số của dao động tuần hoàn, dao động điều hòa Đơn

vị? Công thức chu kỳ tần số của con lắc lò xo, con lắc đơn, con lắc

vật lý

3) Đặc điểm của lực kéo về (lực hồi phục) trong dao động điều hòa

4) Viết các phương trình động lực học và phương trình dao động

của con lắc lò xo

5) Biểu diễn véc tơ quay của dao động điều hòa ở thời điểm t = 0

6) Viết phương trình vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa và

nhận xét (chu kỳ, pha so với li độ)

7) Hệ thức độc lập của x và v; a và x

HĐ2: Phương pháp giải toán về đại cương dao động điều hòa

v=-2,5.10πsin(10πt +

2

π)cm/s

v = -25πsin5

6

π

= -12,5πcm/sa= -250π2cos(10πt +

2

π)cm/s2

Bài 2 Cho x = 2,5cos(10πt +

2

π) (cm)

+ Xác định A, ,ω ϕ, pha daođộng ?

+ Xác định thời điểm biết pha

dao động 5

6

π

?+ Xác định x biết thời điểm (phadao động )?

+ Tương tự xác định v, a biết thờiđiểm (pha dao động )? Nhận xétBiết pha dao động ta xác địnhđược trạng thái của dao động (x,

6π

(10πt +

2

π) = 56π

⇒ t = (5

6

π-2

π):10π = 1

x = 2,5cos5

6π

= - 2,16 cm

Trang 22

có 5 lần qua x=12,5cm theo

chiều dương, 5 lần theo chiều

⇒ t

- Nếu sin( tω + ϕ) >0 thì ở các

thời điểm đó vật đi theo chiều

âm

- Nếu sin( tω + ϕ) <0 thì ở các

thời điểm đó vật đi theo chiều

dương

+ Xác định thời điểm biết x?

Hướng dẫn hs giải phương trìnhlượng giác

+ Phân biệt ở những thời điểmnào vật M đi qua theo chiềudương, chiều âm

+ Trong 1s có bao nhiêu daođộng toàn phần (tần số) Suy ratrong 1s có bao nhiêu lần quax=12,5cm theo chiều dương, baonhiêu lần theo chiều âm

+ Nêu phương pháp tổng quát?

+ Viết công thức tính tốc độ

trung bình ? Suy ra công thứctính tốc độ trung bình trong mộtchu kỳ?

- Quãng đường đi được trong mộtchu kì?

- Chu kỳ?

b) Thời điểm vật đi qua li độ x

= 1,25cm2,5cos(10πt +

2

π) = 1,25

⇒ cos(10πt +

2

π) = 0,5

⇒(10πt +

2

π) = 3

3

π

>0 ⇒ v < 0 vật qua xtheo chiều âm

+ Các ứng t= 5 k

60 5

− + ứng vớisin

3

π

− < 0 ⇒ v > 0 vật qua xtheo chiều dương

+ Trong 1s có 5 lần qua x theochiều dương, 5 lần theo chiềuâm

c) Tốc độ trung bình trong mộtchu kỳ:

Trang 23

Ngày soạn : 11/8/2009

Tiết : 13&14

I MỤC TIÊU :

- Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc vật lí

- Viết được những công thức về con lắc và vận dụng trong các bài toán đơn giản

- Củng cố kiến thức về dao động điều hòa đã học trong bài trước và gặp lại trong bài này

2 Kỹ năng:

- Vận dụng trong các bài toán đơn giản.

- Giải thích các hiện tượng thực tế có liên quan đến bài học

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK Con lắc đơn (gần đúng), một con lắc vật lí cho HS quan sát trên lớp.

- Con lắc vật lí (phẳng) bằng bìa hoặc bằng tấm gỗ Trên mặt có đánh dấu khối tâm Gvà khoảng cách OG từ trục quay đến khối tâm

2 Học sinh : - Ôn lại khái niệm vận tốc và gia tốc trong chuyển động tròn, momen quán tính,

momen của lực đối với một trục Phương trình chuyển động của vật rắn quay quanh một trục

1 Viết phương trình dao động con lắc lò xo, phương trình vận tốc và phương trình gia tốc Nhạn xét và nêu giá tri của v, a ở các vị trí đặc biệt ( ở vị trí cân bằng, ở hai biên)

2 Điều kiện lực tác dụng lên vật như thế nào để vật dao động điều hòa?

3 Biểu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay?

HĐ 1: Xây dựng phương trình động lực học của con lắc đơn

30

+ Con lắc đơn gồm một vật

nặng có kích thước nhỏ, có

khối lượng m, treo ở đầu một

sợi dây mềm không dãn có

chiều dài l và có khối lượng

không đáng kể

+ Dao động

+ Dao động điều hòa

+ Trọng lực Purvà lực căng dây

làm làm thay đổi tốc độ của

vật

- Thành phần tiếp tuyến với

quĩ đạo làm thay đổi tốc độ của

vật (có khuynh hướng kéo vật

Quan sát và mô tả con lắc đơn

hình vẽ 7.1

+ Con lắc đơn là gì ?+ Vật nặng chuyển động như thế

nào (mô tả chuyển động )?

Muốn chứng tỏ vật nặng daođộng điều hòa phải thiết lậpphương trình động lực học

+ Con lắc chịu tác dụng củanhững lực nào ? Nhận xét thành

1 Con lắc đơn : Con lắc đơn

2 Phương trình động lực học

* Các lực tác dụng lên vật

− Trọng lực Pur

− Phản lực Rur của dây

* Phương trình chuyển động

(theo định luật II Niutơn)

P R ma+ =

ur ur r

(1)Chiếu (1) lên trục Ox tiếptuyến với quỹ đạo, ta có :

− Psinα = mat

at = s’’⇒ − mgsinα = ms’’

BÀI 7: CON LẮC ĐƠN

CON LẮC VÂÔT LY

Trang 24

hoặc dùng li độ dài s = lα.

Nêu kết luận (sgk)

của vật?

Chọn chiều dương chiều O đến

A ta có hệ thức s = lα Viếtphương trình chuyển động củavật?

+ Với α ≤ 10o thì sin α ≈α = s

l

tương tự con lắc lò xo Hãy viếtphương trình pt động lực học daođộng của con lắc đơn (phươngtrình vi phân)?

+ Tương tự cho biết nghiệm củaphương trình (3)?

+ Nghiệm phương trình góc lệch

+ ω, T và f có phụ thuộc khối

lượng của vật nặng không?

với α≤ 10o thì sin α≈α = s

s = Acos (ωt + ϕ)hay α = αocos(ωt + ϕ)Dao động của con lắc đơn vớigóc lệch nhỏ là dao động điềuhòa quanh vị trí cân bằng với g

HĐ2: Nhận biết con lắc vật lý viết được phương trình dao động, tần số và chu kỳ của con lắc vật lý

15 Quan sát hình vẽ 7.3 mô tảcon lắc vật lý

+ Xem sách và phát biểu

+ Vật nặng trong con lắc đơn

được xem là chất điểm

+ Con lắc đơn được xem là

chất điểm với d = l, I = ml2

Thế vào ω = mgd

I =

gl

+ Mô tả con lắc vật lý?

+ Xác định trọng tâm G, trụcquay, góc lệch α?

+ Nêu phương trình dao động,công thức tần số góc, chu kỳ?

+ So sánh khác nhau của con lắcvật lý và con lắc đơn

+ Phương trình dao động :

α = αocos(ωt + ϕ)Trong đó:

- Tần số góc: ω = mgd

I

m: khối lượng vật rắnI: momen quán tính đối với trục qua

d: khoảng cách từ trọng tâm đến trục quay GQ

- Chu kỳ: T = 2π

ω =

I2mgdπ

Trang 25

+ Đo T Từ công thức T suy ra

g

+ Nêu cách đo g bằng cách dùngcon lắc vật lý?

+ Ứng dụng:

- Đo gia tốc trọng trường g

HĐ 3: Hình thành các khái niệm hệ dao động, dao động tự do, tần số góc riêng

10 Đọc sách và theo dõi trả lời

+ Ví dụ về hệ dao động :

- Con lắc lò xo : gồm vật nặng

gắn vào lò xo có 1 đầu cố định.

- Con lắc đơn: gồm vật nặng

cùng với trái đất là một hệ dao

động

+ Ví dụ về dao động con lắc lò

xo, con lắc đơn (con lắc vật lý)

đã xét ở trước là dao động tự

+ Viết công thức tần số riêng củacon lắc lò xo và con lắc đơn ?

5 Hệ dao động :

+ Hệ dao động gồm vật dao động cùng với vật tác dụng lực kéo về (lực hồi phục) gây nên

dao động

+ Dao động của hệ xảy ra dướitác dụng chỉ của nội lực gọi làdao động tự do

+ Một vật hay hệ dao động tự

do theo một tần số góc xácđịnh gọi là tần số góc riêng củavật hay hệ ấy

- Con lắc lò xo : ω = k

m

- Con lắc đơn và trái đất : ω =

g l

1 Dao động của vật nặng trong con lắc lò xo, con lắc đơn (góc lệch nhỏ) là dao động tịnh tiến (cunggần trùng dây cung): vật nặng chuyển động tịnh tiến theo phương trình dạng hàm sin, vào một thời điểmđã cho mọi điểm của vật nặng có cùng vận tốc và gia tốc Dao động của con lắc vật lý có phải là daođộng tịnh tiến không? Nếu không thì dao động này khác dao động tịnh tiến ở điểm nào?

Dao động của con lắc vật lý là dao động điều hòa quay các điểm trên vật vạch nên các quỹ đạo khácnhau Mọi điểm trên vật rắn đều quay quanh một trục đều có cùng li độ góc, tốc độ góc và gia tốc góc(khác nhau đại lượng dài)

2 - Lực kéo về con lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m: độ lớn F = kx Lực kéo

về con lắc đơn: độ lớn F = mg

l x phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m

- Tần số góc con lắc lò xo ω= k

m phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m Tần số góc con lắc đơn ω

= g

l không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m

- Gia tốc con lắc lò xo a = -ω2x phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m Gia tốc con lắc đơn a = -ω

2x không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng m

Bài tập về nhà: 1 đến 5/40 trong SGK

Trang 26

3 Thái độ:

13

Dùng phiếu học tập để hệ thống kiến

thức

1) Thế nào là dao động, dao động tuần

hoàn, dao động điều hòa

2) Chu kỳ, tần số của dao động tuần

hoàn, dao động điều hòa Đơn vị? Công

thức chu kỳ tần số con lắc đơn, con lắc

vật lý

3) Biểu thức và đặc điểm của lực kéo

về (lực hồi phục) trong con lắc đơn

4) Viết các phương trình động lực học

và phương trình dao động của con lắc

đơn, con lắc vật lý

5) Viết phương trình vận tốc và gia tốc

theo ly độ góc và ly độ dài của con lắc

đơn

7) Khái niệm hệ dao động, dao động tự

do và chu kỳ riêng

8) Vận tốc và lực căng của sợi dây

trong con lắc đơn

Phương trình dao động :

s = s0cos(ωt + φ) hay α = α0cos(ωt + φ) trong đó α = s/l

Chu kỳ dao động : T 2= π l

g ; = π

1 gf

Vận tốc:

•Khi qua ly độ góc bất kỳ: v2 = 2g(cosα- cosα0)

•Khi vị trí biên α = ± α0

2 α

⇒ vmax = α0 2gl

Lực căng dây:

•Khi qua ly độ góc bất kỳ : T = mg(3cosα- 2cosα0)

•Khi vị trí biên α = ± α0 ⇒cosα = cosα0

2 α

BÀI : BÀI TÂÔP VỀ

DAO ĐÔÔNG ĐIÊU HÒA

Trang 27

HĐ2: Phương pháp giải toán về chu kỳ & tần số

10 + Hướng dẫn học sinh lập tỷlệ tần số

+ Nhận xét tần số con lắc đơn

phụ thuộc vào chiều dài như

thế nào?

+ Từ đó nhận xét chiều dài con

lắc tăng hay giảm trong bài

toán trên?

Bài 1: Tại một nơi trên mặt đất,

một con lắc đơn dao động điềuhòa Trong khoảng thời gian ∆t,con lắc thực hiện 60 dao độngtoàn phần; thay đổi chiều dài conlắc một đoạn 44 cm thì cũngtrong khoảng thời gian ∆t ấy, nóthực hiện 50 dao động toàn phần

Chiều dài ban đầu của con lắc là

Bài 1:

1 1

N f t

=

∆ ;

2 2

N f t

+ A, ϕ phụ thuộc vào điều

kiện ban đầu cách thích dao

Bài 2: Một con lắc đơn có chiều

dài dây treo 1m dao động tại nơi

có g = π2 m/s2 Ban đầu kéo vậtkhỏi phương thẳng đứng mộtgóc α0 = 0,1rad rồi thả nhẹ, chọngốc thời gian lúc vật bắt đầu daođộng, chiều dương là chiều lệchvật ban đầu Viết phương trình liđộ dài của vật

+ Chọn gốc tọa độ ở vị trí cânbằng phương trình dao động códạng như thế nào?

+ Định ω? Nhận xét+ Định A, ϕ Nhận xét phụ

thuộc vào yếu tố nào?

+ Nêu phương pháp chung Chú

ý các trường hợp đặc biệt

+ Hệ thức độc lập giữa x và v?

vo= 0cm/sS0cosϕ = 0,1; sinϕ= 0 ⇒

Trang 28

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng thực tế có liên quan đến bài học

- Giải các bài toán cơ bản về năng lượng trong dao động điều hòa

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK 8.1; 8.2

2 Học sinh : Ôn lại kiến thức lớp 10 (lực thế, định luật bảo toàn cơ năng).

1.Viết phương trình dao động con lắc đơn góc lệch nhỏ Biểu thức chu kỳ, tần số con lắc đơn

2 Viết biểu thức chu kỳ, tần số góc con lắc vật lý Bài 5/SGK

3 Tạo tình huống học tập:

HĐ 1: Xây dựng biểu thức tính thế năng, động năng của vật dao động điều hòa và định luật bảo

toàn cơ năng.

3

10

+ Trọng lực và lực đàn hồi

các lực này được gọi chung là

+ Wt biến thiên tuần hoàn với

chu kì bằng ½ chu kỳ của dao

+ Cơ năng của một vật chuyểnđộng trong trường lực thế như thế

nào ? Nêu kết luận cơ năng củavật dao động

Xét dao động điều hòa của conlắc lò xo

+ Phương trình dao động củacon lắc lò xo?

+ Dưới tác dụng của lực đàn hồibiểu thức thế năng của vật?

Suy ra biểu thức thế năng của conlắc lò xo

Hướng dẫn học sinh khảo sát sựbiến đổi thế năng theo thời gian?

(đồ thị h 8.1) Nhận xét về sựbiến đổi của thế năng C1

+ Phương trình vận tốc của vậtnặng trong con lắc lò xo ?

1 Sự bảo toàn cơ năng

Cơ năng của vật dao độngđược bảo toàn

2 Biểu thức của thế năng

Xét vật nặng trong con lắc lò

xo :

x = Acos(ωt + ϕ)Thế năng :Wt = 1kx2

3 Biểu thức động năng

v = −ωAsin(ωt + ϕ)

BÀI 8: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO

ĐÔÔNG ĐIỀU HÒA.

Trang 29

+ Wđ biến thiên tuần hoàn với

chu kì bằng ½ chu kỳ của dao

động

+ Cơ năng của vật bằng tổng

động năng và thế năng

Hướng dẫn học sinh khảo sát sựbiến đổi động năng theo thờigian? (đồ thị h 8.2) Nhận xét về

sự biến đổi của động năng C2

+ Cơ năng là gì ? biểu thức ?+ Hướng dẫn học sinh biến đổiđể dẫn tới công thức cơ năng củacon lắc lò xo là 1

2kA2

Cơ năng của con lắc lò xo có phụ

thuộc vào thời gian không và tỉ lệnhư thế nào với biên độ daođộng?

Từ công thức (3) có thể tính cơnăng theo biên độ A hoặc ngượclại Viết công thức liên hệ giữa

cơ năng W và vận tốc cực đạivmax của vật nặng

Động năng Wđ = 1mv2

2

Wđ = 1m 2

2 ω A2sin2(ωt + ϕ)(2)

4 Biểu thức cơ năng

W = Wt + Wđ1

Vậy :

− Khi không có ma sát, cơnăng của con lắc được bảotoàn Nó chỉ biến đổi từ dạngthế năng sang dạng động năngvà ngược lại

− Cơ năng của con lắc tỉ lệ vớibình phương của biên độ daođộng

Sự biến thiên năng lượng trong dao động điều hòa

+ Khi vật ở vị trí 2 biên : x = ± xmax = ±A, v = 0, thế năng cực đại, động năng bằng không

+ Khi vật lại gần vị trí cân bằng : x giảm, v tăng, thế năng giảm, động năng tăng

+ Khi vật ở tại vị trí cân bằng x = 0, vmax, thế năng bằng không, động năng cực đại

+ Khi vật rời xa vị trí cân bằng : x tăng, v giảm, thế năng tăng, động năng giảm

Bài tập về nhà: 1 đến 4/43 SGK Đọc và làm bài tập 2 và 3 về dao động điều hòa

Trang 30

3 Thái độ:

10

1) Thế nào là dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa

2) Chu kỳ, tần số của dao động tuần hoàn, dao động điều hòa Đơn

vị? Công thức chu kỳ tần số của con lắc lò xo, con lắc đơn, con lắc

vật lý

3) Đặc điểm của lực kéo về (lực hồi phục) trong dao động điều hòa

4) Viết các phương trình động lực học và phương trình dao động

của con lắc lò xo, con lắc đơn

5) Biểu diễn véc tơ quay của dao động điều hòa ở thời điểm t = 0

6) Viết phương trình vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa và

nhận xét (chu kỳ, pha so với li độ)

8) Viết biểu thức tính thế năng, động năng, cơ năng của con lắc lò

xo và của con lắc đơn Nhận xét

HĐ2: Phương pháp giải toán về viết phương trình dao động

10 + ω = k

m phụ thuộc vào đặctính của hệ

+ t = 0 thì xo = 0; vo = 20cm/s

+ A, ϕ phụ thuộc vào điều

kiện ban đầu cách thích dao

+ Định ω? Nhận xétChọn chiều dương trùng vớichiều vận tốc ban đầu Chọn gốcthời gian lúc truyền vận tốc thì xvà v ở thời điểm này như thế

nào?

+ Định A, ϕ Nhận xét phụ

thuộc vào yếu tố nào?

2

π

±-10Asinϕ= 20 ⇒ ϕ = -

2

π và

A = 2 cm

BÀI 9: BÀI TÂÔP VỀ

DAO ĐÔÔNG ĐIÊU HÒA

Trang 31

cho vật

ϕ phụ thuộc vào chọn gốc thời

ý các trường hợp đặc biệt

+ Hệ thức độc lập giữa x và v?

(Loại nghiệm

2

π vì sin

2

π

= 1thì v <0)

Vậy x = 2cos(10t

-2

π) cmb) Muốn A = 4cm thì vo ?v0 = vmax =ωA = 10.4 = 40cm/s

HĐ 4: Chứng minh một vật dao động điều hòa

15 Trọng lực hướng xuống

P = mg

Lực đẩy Acsimét hướng lên có

đọ lớn bằng trọng lượng phần

chất lỏng bị chiếm chỗ

Viết phương trình định luật II khivật ở vị trí cân bằng

Viết phương trình định luật II khivật ở li độ x bất kì

Biến đổi phương trình về dạng viphân

Nhận xét lực kéo về tác dụng lênphù kế

+ Hướng dẫn hs giải bằngphương pháp năng lượng

Bài 1

+ Ở vị trí cân bằng:

- mg + ρgSd0 = 0+ Ở vị trí có li độ x bất kì:

- Trả lời hệ thống câu hỏi trắc nghiệm

Bài tập về nhà làm bài 4 SGK

Trang 32

- Dao động tắt dần chậm có thể coi gần đúng là dao động dạng sin với tần số góc xác định và biên độgiảm dần theo thời gian

- Biết được nguyên tắc làm cho dao động có ma sát được duy trì

2 Kỹ năng:

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số ứng dụng thực tế có liên quan đến bài học

3 Thái độ:

1 Giáo viên : - Tranh vẽ SGK 10.2 Bốn con lắc lò xo dao động trong các môi trường nhớt khác

nhau để HS quan sát trên lớp.(nếu có thể minh họa bằng hình ảnh)

2 Học sinh : Quan sát hiện tượng đưa võng, đồng hồ quả lắc, bộ phận giảm xóc.

1 Nêu phương pháp viết phương trình dao động Xác định pha ban đầu ở các trường hợp đặc biệt: ởvị trí cân bằng và v>0, ở vị trí cân bằng và v<0, ở vị trí x = A, ở vị trí x = -A

2 Viết biểu thức cơ năng của vật dao động điều hòa

3 Tạo tình huống học tập: Nếu dao động của vật có ma sát đáng kể thì vật dao động như thế

nào?

HĐ 1: Hình thành khái niệm, nguyên nhân dao động tắt dần Khái niệm dao động tắt dần chậm

15 + Nêu nhận xét - Trong không khí con lắc dao

động gần như dao động điều

hòa

- Trong nước con lắc dao động

với biên độ giảm dần theo thời

gian rồi dừng lại

- Trong dầu con lắc chỉ đi qua

lại vị trí cân bằng vài lần rồi

dừng lại

- Trong dầu rất nhớt, con lắc sẽ

chầm chậm trở về vị trí cân

bằng mà không dao động

+ W =

2

1

k A2+ C1: Cơ năng giảm thì biên

+ Quan sát hiện tượng con lắc lò

xo dao động trong môi trườngkhông khí, nước, dầu, dầu rấtnhớt

Nêu nhận xét dao động của conlắc?

+ Dùng dao động ký ghi lại đồ thị

li độ x của các trường hợp daođộng tắt dần Hoặc dùng tranh vẽ

để mô tả các trường hợp daođộng tắt dần

Lực cản của môi trường tác dụnglên vật (vì lực ngược chiều vớichiều chuyển động) luôn sinhcông âm làm giảm cơ năng củavật

+ Nhắc lại công thức về mối quan

hệ giữa năng lượng và biên độ Atrong dao động điều hòa ?

1 Dao động tắt dần.

+ Dao động tắt dần là dao độngvới biên độ giảm dần theo thờigian

+ Nguyên nhân làm tắt dần daođộng là lực cản của môi trường(lực ma sát)

Dao động tắt dần càng nhanhnếu môi trường càng nhớt tứclực cản của môi trường cànglớn

BÀI 10: DAO ĐÔÔNG TẮT DẦN &

DAO ĐÔÔNG DUY TRÌ

Trang 33

+ Dao động tắt dần càng nhanh

nếu môi trường càng nhớt tức

lực cản của môi trường càng

lớn

+ Xem sách trả lời

+ C1+ Nếu không có ma sát thì cơnăng của con lắc biến đổi thế

nào? biên độ thế nào?

+ Nếu có ma sát thì cơ năng biếnđổi thế nào? biên độ thế nào?

+ Nêu kết luận dao động tắt dầncàng nhanh biết rằng độ nhớt củamôi trường tăng theo thứ tự là:

không khí nước, dầu, dầu rấtnhớt

+ Nêu khái niệm dao động tắt dầnchậm và đặc điểm của nó

+ Dao động tắt dần chậm: Nếuvật (hệ vật) dao động điều hòavới tần số ωo chịu thêm lựccản nhỏ thì dao động của vật(hệ vật) trở thành dao động tắtdần chậm

Dao động tắt dần chậm có thểcoi gần đúng là dạng sin vớitần số góc là ωo và biên độgiảm dần theo thời gian chođến bằng 0

HĐ 2: Hình thành khái niệm dao động duy trì

10 + Cung cấp năng lượng bù vào

năng lượng sinh công thắng

lực ma sát?

+ Nêu khái niệm dao động duy

trì

+ Mô tả: Đọc SGK

+ Muốn duy trì dao động tắt dần

ta phải làm gì ?+ Nêu khái niệm dao động duytrì?

+ Cho ví dụ Nêu cách cung cấpnăng lượng?

+ Cơ chế duy trì dao động củacon lắc

2 Dao động duy trì :

+ Nếu ta cung cấp thêm nănglượng cho vật dao động có masát để bù lại sự tiêu hao vì ma

sát mà không làm thay đổi chu kỳ riêng của nó thì dao động kéo dài mãi mãi và gọi là dao động duy trì.

HĐ 3: Các ứng dụng của dao động tắt dần

5 +Quan sát thực tế

+ Nêu kết luận

+ Quan sát thực tế có dao độngtắt dần nào có lợi?

+ Mô tả bộ phận giảm xóc ?

3 Ứng dụng của dao động tắt dần :

+ Bộ phận giảm xóc ôtô Cácthiết bị đóng cửa tự khép

Trong dao động tắt dần, biên độ và vận tốc cực đại, đại lượng nào giảm nhanh hơn theo thời gian?

Nguyên nhân dao động tắt dần là do ma sát làm cơ năng giảm Mà W =

Chú í: + Dao động tự do không ma sát của một hệ dao động là một dao động điều hoà với ωo= k

m + Dao động tự do nếu có ma sát thì dao động tự do của hệ là dao động tắt dần có ωo= ω − βo2 2 Nếu ma sát nhỏ (β =

Trang 34

Ngày soạn : 22/8/2009

Tiết : 19

I MỤC TIÊU :

- Biết được thế nào là dao động cưỡng bức, cộng hưởng

- Biết được dao động cưỡng bức khi ổn định có tần số bằng tần số ngoại lực, có biên độ phụ thuộctần số ngoại lực

- Biết được khi tần số ngoại lực bằng tần số riêng của hệ thì biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trịcực đại Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức cực đại gọi là cộng hưởng Cộng hưởng thể hiện rõ khi

1 Giáo viên : - Thí nghiệm H 11.4 SGK bằng trình chiếu

2 Học sinh : Ôn khái niệm hệ dao động, dao động tự do, tần số riêng.

1 Dao động tắt dần là gì? Nguyên nhân của dao động tắt dần? Đặc điểm dao động tắt dần chậm

2 Dao động duy trì là gì ? Đặc điểm của dao động duy trì?

3 Tạo tình huống học tập: Con lắc lò xo, vật nặng đứng yên ở vị trí cân bằng, ta tác dụng lên vật

một ngoại lực F biến đổi điều hòa theo thời gian F = FocosΩt và xét xem vật chuyển động như thế nào?

HĐ 1: Hình thành khái niệm, nguyên nhân dao động tắt dần Khái niệm dao động tắt dần chậm

13 Quan sát đồ thị và nhận xét:

+ Trong giai đoạn chuyển tiếp

biên độ tăng dần đến giá trị

cực đại

+ Trong giai đoạn ổn định biên

độ không thay đổi

+ Xem sách:

- Dạng sin

- Bằng tần số góc của ngoại

lực

- Tỉ lệ với biên độ F0 của ngoại

lực và phụ thuộc vào tần số

ngoại lực

+ Chuyển động của vật dưới tácdụng của ngoại lực nói trên cómấy giai đoạn

+ Dựa vào đồ thị ly độ x(t) củadao động cho biết trong giai đoạnchuyển tiếp, trong giai đoạn ổnđịnh biên độ dao động như thế

1 Dao động cưỡng bức

+ Dao động gây ra bởi mộtngoại lực biến đổi điều hòatheo thời gian F = FocosΩtđược gọi là dao động cưỡngbức

+ Đặc điểm của dao độngcưỡng bức

− Dao động cưỡng bức là điềuhòa (có dạng sin)

− Tần số dao động cưỡng bứcbằng tần số của lực cưỡngbức.− Biên độ dao động cưỡngbức tỉ lệ thuận với biên độ củalực cưỡng bức và còn phụthuộc vào tần số của ngoại lực

HĐ 2: Hình thành khái niệm sự cộng hưởng

10 + Biên độ của dao động cưỡng

bức không chỉ phụ thuộc vào

biên độ của lực cưỡng bức mà

còn phụ thuộc cả vào độ chênh

lệch giữa tần số cưỡng bức

càng gần với tần số riêng thì

+ Với biên độ Fo của ngoại lực đã

cho Giới thiệu đường biểu diễn

A theoΩ hình vẽ 11.2 SGK

Nhận xét?

+ Hiện tượng cộng hưởng là gì ?

2 Sự cộng hưởng :

+ Hiện tượng biên độ của daođộng cưỡng bức tăng đến giátrị cực đại khi tần số góc củangoại lực bằng tần số góc riêng

ωo của hệ dao động, được gọi

BÀI 11: DAO ĐÔÔNG CƯỠNG BỨC &

CỘNG HƯỞNG

Trang 35

biên độ dao động cưỡng bức

càng lớn Biên độ dao động

cưỡng bức có giá trị cực đại

khi tần số của dao động cưỡng

bức bằng tần số riêng của hệ

dao động

+ Ma sát nhỏ thì giá trị cực đại

của biên độ lớn hơn Hiện

tượng cộng hưởng rõ nét hơn

+ Quan sát H 11.3 Nhận xét biênđộ cực đại của 2 trường hợp masát khác nhau

(- Nếu ma sát giảm thì giá trị cựcđại của biên độ như thế nào?)

là hiện tượng cộng hưởng.+ Với cùng ngoại lực, nếu masát giảm thì giá trị cực đại củabiên độ tăng Hiện tượng cộnghưởng rõ nét hơn

HĐ 3: Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì Các ứng dụng hiện tượng cộng hưởng

10 + Xảy ra dưới tác dụng của

ngoại lực tuần hoàn có tần số

góc Ω bất kỳ

+ Xảy ra dưới tác dụng của

ngoại lực tuần hoàn có tần số

góc ω bằng với tần số góc ω0

của dao động tự do của hệ

+ Cả hai đều có tần số góc ω

bằng tần số góc riêng ω0 của

hệ dao động

- Ngoại lực độc lập đối với hệ

dao động

- Ngoại lực được điều khiển

bởi chính dao động ấy qua một

cơ cấu nào đó ?

+ Hs xem sách

+ Tần số kế, lên dây đàn

+ Chế tạo các máy móc, lắp

đặt máy

+Cho biết khi nào dao động

cưỡng bức xảy ra ?

+ Cho biết khi nào dao động duy

trì xảy ra?

+ Dao động cưỡng bức khi cộnghưởng có điểm giống, khác vớidao động duy trì ở chổ nào ?

+ Cộng hưởng có lợi không? Cho

+ Dao động cưỡng bức khicộng hưởng có điểm giống vớidao động duy trì: cả hai đều cótần số góc bằng tần số gócriêng ωo của hệ dao động

4 Ứng dụng hiện tượng cộng hưởng

+ Chế tạo tần số kế Lên dâyđàn…

+ Trong một số trường hợp,hiện tượng cộng hưởng có thểdẫn tới kết quả làm gẫy, vỡ cácvật bị dao động cưỡng bức, do

đó khi chế tạo các máy móc,phải làm sao cho tần số riêngcủa mỗi bộ phận trong máykhác nhiều so với tần số biếnđổi của các lực có thể tác dụnglên bộ phận ấy, hoặc làm chodao động riêng tắt rất nhanh

1 Thế nào là sự cộng hưởng? Cộng hưởng có lợi hay có hại?

2 Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì?

Bài tập về nhà: 1,2 /56 SGK Đọc phần em có biết

………

Trang 36

2 Học sinh : Ôn lại cách biểu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay.

1 Thế nào là sự cộng hưởng? Cộng hưởng có lợi hay có hại?

2 Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì?

3 Tạo tình huống học tập: Một máy nổ đặt trên bệ, pittông của máy dao động so với khung máy,

khung máy lại dao động so với bệ máy Dao động của pittông so với bệ máy là dao động tổng hợp hai daođộng cơ Xét trường hợp đơn giản, tổng hợp hai dao động cơ cùng phương, cùng tần số

HĐ 1: Hình thành khái niệm độ lệch pha, sớm pha, trễ pha, cùng pha, ngược pha.

+ Nêu khái niệm độ lệch pha,sớm pha, trễ pha, cùng pha,ngược pha, và độ lệch pha đượcdùng làm đặc trưng cho sự khácnhau giữa hai dao động cùng tầnsố

1 Độ lệch pha giữa hai dao động

+ Hiệu số pha của 2 dao độnggọi là độ lệch pha của hai daođộng:

∆ϕ = (ωt +ϕ1) − (ωt + ϕ2) = ϕ1 −ϕ2

+ Các trường hợp

* ∆ϕ > 0 ⇒ ϕ1 > ϕ2: dao độngx1 sớm pha hơn dao động x2hay dao động x2 trễ pha hơndao động x1

* ∆ϕ > 0 ⇒ ϕ1 < ϕ2: dao độngx1 trễ pha hơn dao động x2 hay

dđ x2 sớm pha hơn dao độngx1

* ∆ϕ = 0; ∆ϕ = 2kπ : hai daođộng cùng pha

* ∆ϕ = π; ∆ϕ = (2k + 1)π : hai dao động ngược pha

HĐ 2: Xây dựng cách tổng hợp hai dao động cùng phương cùng tần số góc

20 Để biểu diễn dao động điều

hòa x = Acos(ωt + ϕ), người

ta dùng một vectơ OMuuuur có :

+ Hãy nêu cách biểu diễn véc tơquay của dao động điều hòa x =Acos(ωt + ϕ) ở thời điểm t=0

2 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số góc Phương pháp giản đồ Fre- nen :

BÀI 12: TỔNG HỢP DAO ĐÔÔNG

Trang 37

- Gốc tại O (gốc tọa độ của

trục Ox)

- Độ dài là biên độ A của dao

động

- Hướng : OMuuuur hợp với trục

Ox một góc bằng pha ban đầu

của dao động (chọn chiều

dương là chiều lượng giác)

- Vận tốc góc là ω

Khi đó, vectơ quay OMuuuur biểu

diễn dao động điều hòa, có

hình chiếu trên trục x là li độ

của dao động

+ Hs biểu diễn 2 vec tơ OMuuuur1

và OMuuuur2

ở thời điểm t = 0

+ Theo dõi chứng minh

+ Hs thảo luận nhóm trả lời

+ Dựa vào (1) ta có:

A phụ thuộc vào A1, A2 và ϕ

độ lệch pha giữa x1 và x2

+ Hs thảo luận nhóm trả lời

Hướng dẫn:

+ Hãy biểu diễn véc tơ quay của

2 dao động điều hòa ở thời điểmt=0

có độ lớn không đổi và

góc giữa hai véc tơ ∆ϕ = ϕ1 −ϕ2 không đổi nên hình bình hànhOM1MM2 không biến dạng Do

đó vec tơ OMuuuurcó độ dài không đổi và quay với vận tốc góc ω

+ Dựa vào hình vẽ xác định biênđộ và pha ban đầu của dao động từ đó viết phương trình của daođộng tổng hợp

+ Hãy nhận xét biên độ dao độngtổng hợp phụ thuộc vào các đạilượng nào?

+ Với A1, A2 không đổi thì với độ

lệch pha của x1 và x2 như thế nàothì A có giá trị cực đại, cực tiểu?

Xét 2 dao động điều hòa cùngphương, cùng tần số gócx1 = A1cos(ωt + ϕ1)x2 = A2cos(ωt + ϕ2)

a Tổng hợp 2 dao động điều hòa bằng phương pháp giản đồ vectơ quay.

Tổng hợp bằng cách vẽ nen (còn gọi là giản đồ vectơ)

b Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp :

+ Biên độ của dao động tổng hợp:

A 2 = A12+ A22 + 2 A A cos(1 2 ϕ − ϕ2 1) = A12 + A22 + 2 A A cos1 2 ϕ (1)

+ Pha ban đầu của dao động tổng hợp:

Bài tập về nhà: 1,3 /60 SGK Đọc bài thực hành

………

(1)

Trang 38

- Hiểu được phương án thí nghiệm để xác định chu kỳ của con lắc đơn

- Thực hiện được thí nghiệm để xác chu kỳ dao động của con lắc

- Tính được gia tốc trọng trường từ kết quả thí nghiệm trên

2 Kỹ năng:

- Sử dụng thước đo độ dài và đồng hồ đo thời gian

- Bước đầu làm quen với việc sử dụng dao động ký ảo để vẽ đồ thị

3 Thái độ:

1 Giáo viên :

- Dụng cụ: + Giá đỡ cao 1m để treo con lắc, tấm chỉ thị nằm ngang có các vạch chia đối xứng

+ Một cuộn chỉ + Một đồng hồ bấm giây + Một thước đo độ dài có độ chia mm+ Hai quả nặng 20g và 50g có móc treo + Giấy kẻ ô mm để vẽ đồ thị

2 Học sinh : Ôn kiến thức con lắc đơn

1 Mô tả cách làm thí nghiệm để kiểm nghiệm rằng chu kỳ T tỉ lệ với l?

2 Khi xác định gia tốc rơi tự do g bằng con lắc đơn dựa vào công thức 2 2

T

l 4

g = π ta phạm sai sốtương đối là (∆g/g) = 2 (∆π/π) + (∆l/l) + 2(∆T/T) để kết quả g không sai quá 5%, ta cần phải lực chọnnhững điều kiện thí nghiệm như thế nào?

3 Tạo tình huống học tập:

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TIẾT 1: GV HƯỚNG DẪN HỌC SINH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM:

20/

I * Giáo viên hướng dẫn hs làm thí nghiệm

và ghi kết quả, tính toán số liệu theo từng

bước

Lần 1: Treo con lắc đơn có l1 = 8 cm vào giá

thí nghiệm đo lại l1 (tính từ vị trí treo tới tâm

viên bi) với sai số ∆l1 = 1mm Ghi giá trị l1

sau khi đo

Cho con lắc dao động với góc lệch a1 = 70

Đo thời gian t1 khi nó thực hiện được 50 dao

động, cho phép sai số ∆t1 = 1s

Sau đó tính T1 và sai số tuyệt đối ∆T1 = ?

b Cho con lắc dao động trở lại với a1’ < 70 và

số lần dao động n' = 40 Sau đó tính được chu

kỳ dao động T1’ và sai số ∆T1’ = ?

c So sánh T1 với T1’ Rút ra kết luận gì?

Lần 2: Tương tự lần 1, nhưng thay l2 = 60cm.

Trang 39

Lần 4: l4 là chiều dài bất kfy

* Hs lập các tỉ sớ từ các dữ liệu đo và tính

được

2 1

với

2 1

=> Hs rút ra kết luận về chu kỳ dao đợng của

con lắc? Nhận xét về sai sớ của phép đo?

* GV nhận xét chung về kết quả thí nghiệm?

- Ta thấy T ~ l dù con lắc dao đợng với đợ

lệch a1, a2 là khác nhau

- Để kết quả thí nghiệm chính xác, cần phải

đo chính xác thời gian dao đợng Và để

s 02 , 0

II Dựa vào kết quả đo l 1 , T 1 ; l 2 , T 2 ;…

Hs hãy tính theo biểu thức các giá trị:

- Gia tớc rơi tự do g1 = ?

- Sai sớ tương đới: ?

- Sai sớ tuyệt đới: ∆g1 = ?

 Ghi kết quả: g1 = ?

Chú ý: khi tính ∆ggcĩ giá trị ∆ππ =03,,142002 quá

bé  cĩ thể bỏ qua, khơng tính

* Tính tương tự cho lần 2 => Hs chọn và cho

biết lý do vì sao khi chọn 1 trong 2 giá trị g1

và g2 ?

* Hs trả lời và cho biết để hạn chế sai sớ, ta

nên làm cách nào?

 T1’ ± ∆T1’=?

c So sánh T1 với T1’ => Kết luận: ?Xác định và tính tốn tương tự cho các lần thínghiệm:

2 1

=> Rút ra kết luận thí nghiệm

II Xác định gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm:

a Dựa vào kết quả đo được l1 và T1 Tính:

? g

g g g

? T

T 2 l

l g g

? T

l 4 g

1

1 1 1

1

1 1

1 1 1

2 1

1 2 1

∆

=

∆

= π

=

Ghi kết quả: g1 = ……… ±………… (m/s 2 )

b Tương tự tính cho kết quả lần 2 => g2 = ?

c So sánh, và chọn mợt giá trị g nào đĩ, nêu lý do chọn?

d Để hạn chế sai sớ ta nên làm thế nào?

TIẾT 2: HỌC SINH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ LẬP BẢNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

* GV nhận xét chung: Để đo g được chính xác, ít sai sớ, nghĩa là∆gg ≤1005 thì giá trị sai sớ

) s ( 033

1

n ≥ ≥ dao đợng.

4 Củng cố kiến thức:

- Từ thí nghiệm, ta thấy T ~ l , T ~ ( g )-1 T khơng phụ thuợc a,

- Học sinh cĩ thể làm và chứng m inh tương tự nếu thay từng quả nặng với m khác nhau

=> T khơng phụ thuợc m

Bài tập về nhà: - Xem bài mới

………

Trang 40

Ngày soạn : 25/8/2009

Tiết : 23&24

I MỤC TIÊU :

- Nêu được định nghĩa sóng Phân biệt được sóng dọc và sóng ngang

- Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng.

- Nêu được ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ (biên độ, chu kì, tần số, bước sóng, vận

tốc truyền sóng)

- Lập được phương trình sóng và nêu được ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình

2 Kỹ năng:

- Quan sát và rút ra kết luận

- Viết được phương trình sóng Vẽ đồ thị u theo t và u theo x

3 Thái độ:

1 Giáo viên : Các tranh vẽ 14.3; 14.4 Thiết bị tạo sóng nước trong hộp bằng kính H14.1

2 Học sinh :

2 Giới thiệu mục tiêu chương III: (5/)

HĐ 1: Hình thành các khái niệm sóng cơ Giải thích sự tạo thành sóng cơ.

+ Khi cột A dao động lên,

xuống, dao động đó được

truyền cho các phần tử nước từ

gần ra xa

+ Hình sin

+ Dao động lên xuống tại chổ,

còn các đỉnh sóng (chỗ mặt

nước lồi lên) chuyển động theo

phương nằm ngang ngày càng

ra xa tâm dao động

+ Hs quan sát và nhận xét về

phương dao động của phần tử

và phương truyền sóng của

sóng ngang và sóng dọc

+ Vòng lò xo bị đánh dấu chỉ

dao động tại một chỗ

+ Ném một viên đá xuống mặtnước Quan sát và nêu nhận xét

+ Thí nghiệm H 14.1 tạo sóngnước trong một thiết bị bằngkính, hình hộp chữ nhật

+ Mặt cắt của nước có dạng hìnhgì?

+ Miếng xốp nhỏ C nổi trên mặtnước dao động như thế nào?

+ Nêu khái niệm sóng cơ Phânbiệt hai loại sóng ngang và sóngdọc và ví dụ minh hoạ

+ C1: Quan sát một lò xo khi cósóng dọc, ta thấy các vùng bị nén(hay dãn) truyền đi dọc lò xo

Trong khi đó, nếu quan sát mộtvòng lò xo bị đánh dấu, ta thấy

nó chuyển động như thế nào?

1 Hiện tượng sóng:

- Sóng dọc: là sóng mà các phần

tử của môi trường dao động theophương trùng với phương truyềnsóng

CHƯƠNG III SÓNG CƠ BÀI 14: SÓNG CƠ - PHƯƠNG TRÌNH

SÓNG

Tiêu đề	Giáo án vật lý 12 nâng cao
Người hướng dẫn	Dương Văn Tính, Tổ Vật Lý - Thể Dục
Trường học	Trường PTTH Hùng Vương
Chuyên ngành	Vật Lý
Thể loại	Giáo án
Năm xuất bản	2009
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	192
Dung lượng	5,72 MB