bài giảng lý 12 bài 2 con lắc lò xo

Vị trí cân bằng : Là vị trí khi lò xo không bị biến dạng Con lắc lị xo nằm ngang o VTCB... KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC: 1.. Gốc tọa độ tại vị trí cân bằng...

CON LẮC LÒ XO

BÀI 2:

BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12_CB

TRƯỜNG THPT NGUYỄN VĂN HUYÊN

TỔ VẬT LÝ

I CON LẮC LÒ XO:

một lò xo có độ cứng k, đầu kia của lò xo được giữ cố định

2 Vị trí cân bằng : Là vị trí khi lò xo không bị biến dạng (Con lắc lị xo nằm ngang)

o

VTCB

II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO

VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC:

1 Chọn trục tọa độ Ox

trùng với trục lò xo, chiều

dương là chiều tăng độ dài

lò xo Gốc

tọa độ tại vị trí cân bằng

Khi vật ở li độ x: Lực

đàn hồi của lò xo

F = - kx (1)

x

o x P 

a m N

P

F      

2 Hợp lực tác dụng vào vật:

(2) + Từ (1) và (2) ta có:

Vì: P   N   0 nên: F   m a 

x m

k

a  

3 Đặt:

m

k



2

m

k

a      2



 Nghiệm của phương trình có dạng :

x’’ + 2 x= 0

Kết luận : Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa

với tần số góc và chu kỳ

m

k





k

m 2

T  

Với A,  là hai hằng số bất kì

x = Acos(t+)

m

k T

f

 2

1

1





4 Lực kéo về hay lực hồi phục :

Lực luôn hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về Vật dao động

m2x

Đặc điểm:

* Là lực gây ra gia tốc cho vật dao động

* Luôn hướng về VTCB và tỉ lệ với li độ dao động

* Biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ

Chú ý : Lực đàn hồi là lực đưa vật về vị trí lò xo không

biến dạng

Có độ lớn Fđh = kx* (x* là độ biến dạng của lò xo)

Với con lắc lò xo nằm ngang thì lực kéo về và lực đàn hồi

là một (vì tại VTCB lò xo không biến dạng)

III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ

MẶT NĂNG LƯỢNG:

1 Động năng của con lắc lò xo:

Wđ(J); m(kg); v(m/s)

2 Thế năng của con lắc lò xo:

đ

t  m x   m  A cos  t    co  t  

2

2

1

kx

b Khi không có ma sát:

const A

m kA

W  2  2 2 

2

1 2

1

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

 Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc được bảo toàn

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:

2

2

2

1 2

1

kx mv

W W W

2

t m  A

  

Nhận xét :

+ Động năng và thế năng biến thiên cùng tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2

+ Thời gian liên tiếp giữa 2 lần động năng bằng thế năng là T/4

+Cơ năng của con lắc lò xo luôn được bảo toàn và tỉ lệ với bình phương biên độ dao động

l

giãn O

x A

-A

nén

l

giãn O

x A -A

Hình a (A < l) Hình b (A > l)

+ Độ biến dạng của lò xo

thẳng đứng khi vật ở VTCB:

mg l

k

g



+ Chiều dài lò xo tại VTCB: l CB = l 0 + l (l 0 là chiều dài tự nhiên)

+ Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): l Min = l 0 + l – A

+ Chiều dài cực đại (khi vật ở vị trí thấp nhất): l Max = l 0 + l + A



l

giãn O

x A

-A

nén

l

giãn O

x A -A

Hình a (A < l) Hình b (A > l)

+ Khi A >l

- Thời gian lò xo nén 1 lần là thời gian

x2 = -A.

- Thời gian lò xo giãn 1 lần là thời gian

x2 = A,

+Lưu ý:Trong một dao động (một chu

kỳ) lò xo nén 2 lầnvà giãn 2 lần

x

A -A

 l

Nén 0 Giãn

Hình vẽ thể hiện thời gian lò xo nén và

giãn trong 1 chu kỳ (Ox hướng xuống)

+ Lực đàn hồi cực đại: FMax = k(l +A)

(lúc vật ở vị trí thấp nhất)

+ Lực đàn hồi cực tiểu

trí lò xo không biến dạng)

sin

3 π 4 π

6 π

6

π

 4

π

 3

π

 2

π

 3

2π

 4

3π

 6

5π





6 5π

2 π 3

2π 4

3π

2

3 A 2

2 A 2

1 A

2 2 A 2

1 A

2 3 A

2 2 A

-2

1 A

-2 3 A

-2

3 A



2

2 A

-2

1 A

-A 0

W®=3Wt

W®=3Wt

W®=Wt

Wt=3W®

W®=Wt

2 / 2 v

v  max

2 3 v

v  max

2 / v

v  max 2

/ v

v  max

2 2 v

v  max

v < 0

2 3 v

v  max

x

V > 0

Wt=3W®

+

cos

CỦNG CỐ

Một vật có khối lượng 50g gắn vào lò xo , kích thích nó dao động điều hòa với biên độ A =4cm và chu kỳ T =2s Lấy

a/Tính hệ số cứng của lò xo?

b/Tính năng lượng kích thích cho con lắc dao động (bỏ qua mọi lực cản môi trường)

10

2





BÀI TẬP VỀ NHÀ + CÁC BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI: tr 13 SGK

+ TÀI LIỆU SBT

BÀI HỌC ĐẾN ĐÂY LÀ HẾT

CHÚC CÁC EM HỌC TỐT