I. Mục tiêu 1) Kiến thức Viết được công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa. Viết được công thức chu kì của lò xo. Viết 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 hòa. 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. 2) Kỹ năng Áp dụng được công thức và định luật trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập. Rèn luyện kỹ năng làm việc tập thể. 3) Thái độ Học sinh tích cực, hứng thú với bài học kích thích sự say mê và tìm tòi khoa học. Hợp tác làm việc tập thể. II. Chuẩn bị 1) Giáo viên Mô hình con lắc lò xo theo phương ngang có gắn vật nặng m. Sử dụng phần mềm Crocodile mô phỏng chuyển động của con lắc lò xo Một số bài tập trắc nghiệm củng cố. 2) Học sinh Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. Đọc trước bài mới ở nhà.
Trang 1GIÁO ÁN
BÀI 2: CON LẮC LÒ XO (Vật lý 10 – cơ bản)
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Minh
Sinh viên: Đinh Thị Mỹ Hảo Ngày dạy:
Lớp: Sư phạm Vật Lý k35
I Mục tiêu
1) Kiến thức
- Viết được công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa
- Viết được công thức chu kì của lò xo
- Viết 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 hòa
- 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
2) Kỹ năng
- Áp dụng được công thức và định luật trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập
- Rèn luyện kỹ năng làm việc tập thể
3) Thái độ
- Học sinh tích cực, hứng thú với bài học kích thích sự say mê và tìm tòi khoa học
- Hợp tác làm việc tập thể
II Chuẩn bị
1) Giáo viên
- Mô hình con lắc lò xo theo phương ngang có gắn vật nặng m
- Sử dụng phần mềm Crocodile mô phỏng chuyển động của con lắc lò xo
- Một số bài tập trắc nghiệm củng cố
2) Học sinh
- Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10
- Đọc trước bài mới ở nhà
Trang 2III Tiến trình dạy học
Trang 3Hoạt động 1: Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ và đặt vấn đề bài mới (5 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số
- Kiểm tra bài cũ:
Câu 1: Viết phương trình của dao
động điều hòa, chỉ rõ các đại
lượng li độ, biên độ, pha và pha
ban đầu của dao động điều hòa?
Câu 2: Viết công thức gia tốc
trong dao động điều hòa? Dựa
vào định nghĩa gia tốc tức thời,
thiết lập mối quan hệ giữa x” và x
trong dao động điều hòa?
- Lần lượt mời 2 học sinh trả lời sau
đó nhận xét cho điểm
- Đặt vấn đề: Ở bài học trước chúng
ta đã khảo sát dao động điều hòa
về mặt động học, bài học hôm nay
chúng ta sẽ khảo sát dao động điều
hòa về mặt động lực học và về mặt
năng lượng Cụ thể ta tìm hiểu dao
động của con lắc lò xo (CLLX)
- Ổn định lớp, báo cáo sĩ số
- Lần lượt hai học sinh lên bảng trả lời.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về con lắc lò xo(8 phút)
- Giáo viên minh họa con lắc lò xo
trên mặt phẳng nằm ngang không
ma sát
- Yêu cầu học sinh cho biết con lắc lò
xo gồm những gì?
- Học sinh dựa vào hình vẽ minh họa của giáo viên đẻ trình bày cấu tạo của con lắc lò xo: CLLX gồm vật nhỏ có 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
Trang 4Hình 2.1
- Nhận xét và cho học sinh ghi bài
vào vở
- Kích thích cho lò xo dao động bằng
cách kéo dãn lò xo ra một đoạn rồi
buông tay Yêu cầu học sinh xác
định vị trí cân bằng và vị trí biên
- Đặt vấn đề: Trong quá trình con lắc
dao động điều hòa năng lượng biến
đổi vậy nó biến đổi như thế nào?
- Chú ý ghi bài vào vở
- Học sinh quan sát và trả lời:
+ VTCB là vị trí lò xo không bị biến dạng
+ Vị trí biên là vị trí A khi buông tay
Hoạt động 3: Khảo sát dao động của CLLX về mặt động lực học(15 phút)
Trang 5- Yêu cầu học sinh thực hiện một số
yêu cầu:
+ Viết phương trình định luật II Niu -
tơn tại vị trí li độ x?
+ Khi con lắc ngang li độ x và độ biến
dạng liên hệ như thế nào?
+ Dấu (-) có ý nghĩa gì?
- Hướng dẫn học sinh hoàn thành các
bước tiếp theo:
=> a= với a = x”
=> -kx = mx” Đặt ω2 =
=> x” + ω2x = 0
Giải phương trình vi phân trên ta được:
x = Acos(ωt + φ)
→ Dao động của con lắc lò xo là dao
động điều hòa
- Từ đó ω và T được xác định như thế
nào?
- Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1
- Nhận xét gì về lực đàn hồi tác dụng
vào lò xo?
- Trường hợp lực trên lực kéo về cụ thể
là lực nào?
- Yêu cầu một học sinh đứng dậy đọc
khái niệm lực kéo về
- Học sinh lân lượt thực hiện các yêu cầu của giáo viên
+ Fuur ur urdh P N mar
Fuurdh mar
Với Fđh = - k∆l = - kx
- Dấu trừ chỉ rằng Fđh luôn hướng về VTCB
- Đối chiếu vào tìm ra công thức: + Tần số góc: ω =
+ Chu kì: T =2
- Lực đàn hồi luôn hướng về vị trí cân bằng
- Lực kéo về là lực đàn hồi
Hoạt động 4: Khảo sát dao động của CLLX về mặt năng lượng (10 phút)
- Yêu cầu học sinh trả lời:
+ Khi dao động động năng của CLLX
được xác định bởi biểu thức nào?
+ Khi dao động thế năng của CLLX
+ Biểu thức động năng của CLLX:
Wđ = mv2 + Biểu thức thế năng của CLLX:
Wt = k(∆l)2
Trang 6được xác định bởi biểu thức?
- Yêu cầu học sinh thảo luận nhóm và
trả lời các câu hỏi sau:
+ Tính cơ năng trong trường hợp
không có ma sát?
+ Trong trường hợp không có ma sát cơ
năng của con lắc thay đổi như thế nào?
+ Cơ năng tỉ lệ thế nào với biên độ A?
- Giáo viên mô phỏng đồ thị của động
năng và thế năng theo thời gian qua
chuyển động của con lắc đơn yêu cầu
học sinh quan sát và nhận xét đồ thị
đó?
- Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2
- Học sinh thảo luận nhóm và hai nhóm bất kì trả lời câu hỏi?
W = Wđ + Wt = mv2 + k(∆l)2 =
ω2A2sin2(ωt +φ) + kA2cos2(ωt + φ)
= kA2 = const + Khi không có ma sát cơ năng của con lắc là một đại lượng bảo toàn + Cơ năng của con lắc tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động
- Học sinh chú ý quan sát và rút ra nhận xét: động năng và thế năng dao động tuần hoàn và chuyển hóa năng lượng lẫn nhau
- Học sinh suy nghĩ trả lời:
+ Từ vị trí biên về vị trí cân bằng động năng tăng, thế năng giảm + Từ vị trí cân bằng đến vị trí biên động năng giảm, thế năng tăng
Hoạt động 5: Củng cố (7 phút )
- Cho học sinh làm nhanh một số câu bài
tập trắc nghiệm
- Nhận xét bổ sung
- Nhấn mạnh cho học sinh những vấn đề
cơ bản của bài học
- Giao bài tập về nhà cho học sinh
- Yêu cầu học sinh chuẩn bị bài học hôm sau
- Chú ý đọc câu hỏi và trả lời
- Chú ý để có thể làm các bài tập tương tự
- Học sinh về nhà làm các bài tập 4, 5, 6 SGK/ T13 và 2.6, 2.7 SBTVL/ T6
IV NỘI DUNG GHI BẢNG
BÀI 2: CON LẮC LÒ XO
I Con lắc lò xo.
Trang 7- CLLX gồm vật nhỏ có 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
- Vị trí cân bằng là vị trí lò xo không dãn
II Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học.
1 Chọn trục tọa độ x song song với trực của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài của lò xo Chọn gốc tọa độ x tại VTCB Giả sử vật có li độ x
2 Phương trình định luật II Newton tại vị trí có li độ x:
Vì nên
Với Fđh = - k∆l = - kx
=> a= với a = x”
3 Đặt ω2 =
=> x” + ω2x = 0
Nghiệm của phương trình trên là: x = Acos(ωt + φ)
=> Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa
- Tần số và chu kì của con lắc lò xo:
Trang 8ω = => f =
4 Lực kéo về
- Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về Vật dao động điều hòa chịu tác
dụng của lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ
III Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng
1) Động năng của con lắc lò xo
Wđ = mv2
2) Thế năng của con lắc lò xo
Wt = k(∆l)2
3) Cơ năng của con lắc lò xo Sự bảo toàn cơ năng
a Cơ năng của con lắc lò xo bằng tổng động năng và thế năng của con lắc
W = Wđ + Wt = mv2 + kx2
b Khi không có ma sát
W = ω2A2sin2(ωt + φ) + kA2cos2(ωt + φ)
= kA2 = const
=> 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
V RÚT KINH NGHIỆM
………
………
………
………
………
………
………
………
………