Mục tiêu: Thiết lập về phương trình động lực học của con lắc lò xo.. Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan .Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực
Trang 1 Giáo án Vật lí 12 cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 1
Bài 2: CON LẮC LÒ XO Ngày : 7/8/2010
Tiết 3- Tuần 2
I Mục tiêu:
Thiết lập về phương trình động lực học của con lắc lò xo Tính toán và tóm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực thế Vận dụng thành thạo công thức tính năng lượng vào dao động điều hòa Nắm đơn vị các đại lượng
II Chuẩn bị:
1 Giáo viên: Con lắc lò xo và đồng hồ bấm giây Hình vẽ con lắc lò xo đang dao động
2 Học sinh: Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng
của lực thế
III.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Thí nghiệm + Giảng giải + đàm thoại
IV Tiến trình bài dạy :
1.Kiểm tra bài cũ:
1/Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 trang 9 SGK
2/Bài tập 8,10 trang 9 SGK
2 Nội dung bài mới:
Hoạt động 1: cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động
-Treo hình vẽ con lắc lò xo và mô tả
cấu tạo con lắc lò xo -Vẽ hình và cá nhân hs tự ghicấu tạo con lắc lò xo vào tập
học
I CON LẮC LÒ XO
1 Cấu tạo
+ Một hòn bi có khối lượng m, gắn vào một lò xo có độ cứng k và có khối lượng không đáng kể
Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng
* Treo hình lên bảng và thông báo:
-Chọn trục tọa độ Ox song song với
trục lò xo, chiều (+) là chiều tăng độ
dài của lò xo, chọ góc tọa độ O là vị trí
cân bằng Khi hòn bi dao động, tại vị trí
bất kỳ bi có li độ x Phân tích các lực
tác dụng vào bi?
-Diễn giảng:Vì lực kéo về F ngược →
chiều (+) nên:
− Fđh = ma (2) và Fđh = k x (3)
Từ (2) và (3) ta có: a + k
mx = 0
Đặt : ω2= k
m Ta lại có: v=
dx
/; a=
dv
/=x// do đó viết lại: x// + ω2x=0
(1); nghiệm của phương trình (1) là
x=Acos(ωt+ϕ)
-Thông báo: Đặt : ω2= k
m
Ta lại có: v =dx
/; a=dv
/=x// do
đó viết lại: x// + ω2x=0 (1) nghiệm của
phương trình (1) là: x=Acos(ωt+ϕ)
-GV viết chu kì dao động của con lắc lò
xo trên bảng
-Trọng lực P = mg, phản lực N
lực đàn hồi Fdh ( hay lực kéo về)
hợp lực tác dụng lên hòn bi:
P + N + F = m a (1) ñh
-Nghe gv diễn giảng và cá
nhân nhân nhận thức được vấn đề bài học
II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỊNH LƯỢNG
• Tại thời điểm t bất kỳ bi có li độ x Lực đàn hồi của lò xo F =-kx
• Áp dụng định luật II Niutơn ta có: -F = ma
ma = –kx → a + k
mx = 0 (*)
• Đặt : ω2= k
m, v = x
/; a= =x// do đó viết lại: x// + ω2x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là : x=Acos(ωt+ϕ)
-Chu kì dao động của con lắc lò xo:
k
m
T =2π với
m
k
= ω
* Lực kéo về : Lực luôn luôn hướng
về vị trí cân bằng có độ lớn tỉ lệ với
li độ
Hoạt động 3: Xây dựng biểu thức động năng thế năng , sự bảo toàn cơ năng
O
x /
x
Nr
x
Trang 2 Giáo án Vật lí 12 cơ bản Biên soạn : Nguyễn Văn Khai - Trường THPT Cầu Quan Trang 2
đã học ở lớp 10 như
động năng, thế năng của
con lắc lò xo trong quá
trình dao động ?
-Thế phương trình x,v
vào biểu thức động năng
và thế năng ?
-Hãy nhắc lại biểu thức
cơ năng trong quá trình
chuyển động của con lắc
lò xo ?
(Gợi ý:Thay k= mω2vào
thế năng, thay phương
trình W đ và W t vào biểu
thức cơ năng ?đặt
1/2KA 2 làm thừa số và
cosx 2 +sinx 2 =1
-Có kết luận gì về biểu
thức mới thành lập ?
+ Động năng của vật nhỏ:Wđ = 1 2
2mv + Thế năng của lò xo: 2
2
1
kx
W t = -Thế phương trình x,v vào biểu thức động năng và thế năng:
) ( sin 2
1 2
ϕ ω
=
W đ
) (
cos 2
1 2
1 2 = 2 2 ω +ϕ
W t
-Cơ năng trong quá trình dao động:
t
đ W W
W = +
) ( cos )
( sin [
2
ϕ ω ϕ
ω
W
Mà k = mω2 nên:
)]
( cos ) (
[sin 2
1 2 2 ω +ϕ + 2 ω +ϕ
W
=> W = kA2 =hs
2 1
- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát
XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG
1 Động năng của con lắc lò xo
) ( sin 2
1 2
1 2 = 2ω2 2 ω +ϕ
2 Thế năng của lò xo
) (
cos 2
1 2
ϕ
ω +
=
• Thay k = ω2m ta được:
) (
cos 2
ϕ ω
3 Cơ năng của con lắc lò xo Sự bảo toàn cơ năng
d t
W W= +W = mv + kx
2 2 2
W = kA = mω A = hằng số
- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát
Hoạt động 4: Củng cố dặn dò – Giao nhiệm vụ về nhà.
-Nhắc lại kiến thức cơ bản trong bài học
-Về nhà xem bài mới và làm bài tập:5,6 tr13 sgk
-Nắm vững kiến thức cơ bản trong bài học -Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện