Giáo án Vật lý 12 bài 1: Dao động điều hòa

- Khái niệm về li độ, biên độ, pha và pha ban đầu của dao động * Viết được: - Phương trình của dao động điều hòa và giải thích ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức.. Học sinh - Kiến th

Trang 1

Giáo án Vật lí 12 – Ban cơ bản Trường THPT Nguyễn Văn Huyên

CHƯƠNG I – DAO ĐỘNG CƠ HỌC

BÀI 1 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I- Mục tiêu

1 Về kiến thức

* Học sinh cần nêu được:

- Định nghĩa của dao động điều hòa

- Khái niệm về li độ, biên độ, pha và pha ban đầu của dao động

* Viết được:

- Phương trình của dao động điều hòa và giải thích ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức

2 Về kĩ năng

- Vẽ được đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng không

- Vận dụng các công thức trong bài vào giải các bài tập trong SGK, SBT

3 Về thái độ

- Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành mạnh và

có tính tập thể

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Hình vẽ 1.1 SGK ra tờ giấy khổ lớn

- Giáo án, tài liệu tham khảo (GV soạn bài trên powerpoint)

2 Học sinh

- Kiến thức cũ lớp 10 bài chuyển động tròn đều( Chu kì, tần số, liên hệ giữa tốc độ góc, chu kì và tần số)

- Vở, sách giáo khoa, đồ dùng học tập đúng quy định

III Tiến trình dạy học

1 Kiểm tra bài cũ: “không”

2 Bài giảng mới

Hoạt động 1: “Đặt vấn đề vào bài giảng mới” –

(2’)

GV: Đặt vấn đề vào bài giảng mới

“Trong đời sống hàng ngày chúng ta gặp rất

nhiều chuyển động cơ, trong chuyển động cơ của

vật có thể là tuần hoàn hoặc không tuần hoàn.

Mà dao động tuần hoàn đơn giản nhất là dao

động điều hòa Vậy dao động điều hòa là gì?

Chúng ta cùng nghiên cứu bài hôm nay”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên

cứu

Hoạt động 2: “ Tìm hiểu về dao động cơ” (10’)

P 1

P2

0



X

P

Chiều lệch

X

0 Chiều lệch

X

Trang 2

GV: Yêu cầu học sinh nêu một số ví dụ về dao

động cơ thường gặp trong thực tế

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

GV: Nhận xét và bổ xung thêm:

Khi có gió nhẹ: Bông hoa lay động trên cành cây

Hoặc trên mặt hồ gợn sóng mẩu gỗ nhỏ bồng

bềnh nhấp nhô, hay chiếc thuyền nhấp nhô tại chỗ

cột neo

- Khi gẩy mạnh đàn ghi ta: Dây đàn rung động

trên bầu đàn

- Khi đồng hồ treo tường hoạt động: Quả lắc đồng

hồ đu đưa sang trái rồi lại sang phải

Hãy quan sát chuyển động của chúng trong phạm

vi hẹp ta thấy: “ Chúng dao động xung quanh vị

trí cân bằng của vật” Chuyển động của chúng

như vậy gọi là dao động cơ

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp sang tiểu mục 2 phần

I

“ Dao động cơ của vật rất phong phú Có thể vật

dao động tuần hoàn hoặc không tuần hoàn

Chẳng hạn: Quan sát quả lắc đồng hồ khi hoạt

động ta thấy: Cứ sau khoảng thời gian nhất định

là 0,5 s thì nó lại đi qua vị trí thấp nhất và chuyển

động từ trái sang phải Hay nói cách khác: Cứ

sau khoảng thời gian bằng nhau (Gọi là chu kì),

vật trở về vị trí cũ theo hướng cũ thì dao động của

vật gọi là dao động tuần hoàn”

Vậy thế nào là dao động tuần hoàn?

HS: Lắng nghe và trả lời câu hỏi của gv

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

HS: Ghi nhớ

GV: Giai đoạn nhỏ nhất được lặp lại trong dao

động tuần hoàn gọi là dao động toàn phần

GV: Dao động tuần hoàn đơn giản nhất là dao

động điều hòa

Vậy thế nào là dao động điều hòa, chúng ta

nghiên cứu phần II

HS: Lắng nghe, nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

và ghi bài

Hoạt động 3: “Nghiên cứu phương trình dao

động điều hòa”- (21’)

GV: Dùng hình vẽ một vật M chuyển động trên

đường tròn (hình vẽ GSK)

I- DAO ĐỘNG CƠ

1 Thế nào là dao động cơ?

* Ví dụ: (SGK)

* Chuyển động qua lại của vật xung quanh vị trí cân bằng Gọi là dao động cơ

* Vị trí cân bằng của vật thường là vị trí khi vật đứng yên

2 Dao động tuần hoàn

* Nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau(gọi là một chu kì), vật trở về vị trí cũ theo hướng cũ thì dao động của vật gọi là dao động tuần hoàn

- Giai đoạn nhỏ nhất được lặp lại trong dao động tuần hoàn gọi là dao động toàn phần

- Dao động tuần hoàn đơn giản nhất là dao động điều hòa

II- PHƯƠNG TRÌNH CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA:

1 Thí dụ: Xét một điểm M chuyển

động tròn đều theo chiều dương trên đường tròn với tốc độ góc  (hình vẽ)

- Tại thời điểm ban đầu t = 0, vật ở vị trí M0 được xác định bởi góc

- Sau t giây, vật chuyển động đến vị trí M được xác định bởi góc

Khi đó tọa độ x = OP của điểm P có phương

trình:

x = OMcos(t + ) Đặt OM = A

x = Acos(t + ) (1.1)

P

10M = (Rad)

P

10M

0 = (Rad)

Trang 3

HS: Lắng nghe và ghi nhớ.

GV: Nhìn trên hình vẽ: Hãy cho biết tại vị trí Mo

vật được xác định bởi góc nào? Và tại vị trí M vật

được xác định bởi góc nào?

GV: Khi P là hình chiếu của M lên trục X khi đó

tọa độ x = OP có phương trình như thế nào?

HS: Trả lời

GV: Khái quát vấn đề

“Biến thiên theo thời gian theo định luật dạng cos,

mà hàm sin hay cosin là hàm dao động điều hòa

Nên dao động của điểm P là một dao động điều

hòa”

GV: Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1

y = OMsin(t + )

y0 = Asin(t + ) do đó dao động của điểm Q là

dao động điều hòa

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

GV : Đặt vấn đề chuyển tiếp sang định nghĩa về dao

động điều hòa

( Bây giờ ta hình dung điểm P không phải là một

điểm hình học mà là một điểm chịu tác dụng của

các lực và chuyển động giống hệt điểm P Khi ấy ta

nói vật dao động quanh gốc tọa độ 0, còn tọa độ X

được gọi là li độ của vật vì nó cho biết độ lệch và

chiều lệch của vật ra khỏi gốc tọa độ O ( HV))

HS: Lắng nghe và vẽ hình vào vở

GV: Qua hình vẽ và phương trình (1.1) Thế nào

là một dao động điều hòa?

HS: Trả lời

GV: Định nghĩa lại và yêu cầu học sinh về nhà

học sgk

HS: Ghi tiểu mục 2 phần II vào vở

Vậy: Dao động của điểm P là dao động điều hoà.

Trong đó A,  ,  là hằng số

2 Định nghĩa: (SGK)

“ Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ

X của vật là một hàm cosin ( hay hàm sin) của thời gian”

3 Phương trình : x = Acos(t + )

Trong đó :

X : là li độ của dao động : Nó cho biết độ lệch của vật ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu Đơn vị đo cm

A : là biên độ của dao động Nó là độ lệch cực đại của li độ A luôn dương Đơn vị cm

(t + ) : là pha của dao động tại thời điểm t (Rad)

: Pha ban đầu của dao động(Rad) Pha ban đầu

có thể dương, âm hoặc có thể bằng không

4 Chú ý:

-Trong chuyển động tròn đều và dao dộng điều

hòa thể hiện mối liên hệ: Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó.

- Trong phương trình dao động điều hòa quy ước:

Chọn trục X làm gốc để tính pha của dao động

và chiều tăng của pha tương ứng với chiều tăng của góc trong chuyển động tròn đều

3 Củng cố(1’)

GV: - Hệ thống nội dung bài giảng:Các định nghĩa về dao động cơ, dao động điều hòa, Phương trình : x = Acos(t + ) ; Hiểu rõ ý nghĩa các đại lượng có trong phương trình

P

10M

Trang 4

HS : Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức

4 Hướng dẫn học bài ở nhà(1’)

GV: - Học bài theo phần ghi nhớ và trong vở Đọc trước phần III, IV và V còn lại

HS: - Nhận nhiệm vụ học tập

Tiết 03

DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ( Tiếp) I- Mục tiêu

1 Kiến thức :

- Học sinh nêu được định nghĩa về chu kì, tần số và tần số góc của vật trong dao động điều hòa

- Học sinh nêu được định nghĩa vận tốc và gia tốc của vật trong dao động điều hòa

- Nắm được đồ thị của vật trong dao động điều hòa

2 Kĩ năng

- Nêu được hệ thức liên hệ giữa chu kì và tần số của vật trong dao động điều hòa

3 Thái độ

- Rèn cho học sinh kĩ năng vẽ đồ thị và vận dụng các công thức vào giải bài tập trắc nghiệm khách quan cũng như bài tập tự luận trong sgk và sbt

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Giáo án, tài liệu tham khảo và đồ dùng dạy học cần thiết

2 Học sinh

- Kiến thức cũ lớp 10 bài chuyển động tròn đều( Chu kì, tần số, liên hệ giữa tốc độ góc, chu kì và tần số)

- Vở, sách giáo khoa, đồ dùng học tập đúng quy định

III Tiến trình dạy học

1 Kiểm tra bài cũ “Có” – (7’)

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung

GV : Nêu câu hỏi kiểm tra kiến thức hs nắm

được trong bài trước

Câu 1 : Định nghĩa dao động điều hòa Viết

phương trình dao động điều hòa và nêu ý

nghĩa các đại lượng có trong biểu thức

Trả lời Câu 1 :

- Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của một vật là một hàm côsin hay sin của thời gian

Trang 5

Câu 2 : Định nghĩa các đại lượng có trong pt

li độ

HS : Trả lời (Từng hs lên bảng)

GV : Uốn nắn, sửa sai nếu có

HS : Lắng nghe và ghi nhớ

- x = Acos(t + ) Trong đó :

x : Là li độ (cm)

A : Biên độ của dao động là một số dương (cm)

φ : Pha ban đầu (Rad)

 : Tần số góc (rad/s) (t + ) : Pha của dao động tại thời điểm t (rad)

Câu 2 :

- x : là li độ của dao động : Nó cho biết độ lệch của vật ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu Đơn vị đo cm

- A : là biên độ của dao động Nó là độ lệch cực đại của li độ A luôn dương Đơn vị cm

- (t + ) : là pha của dao động tại thời điểm t,

nó cho biết độ lêch và chiều lệch của vật ra khỏi

vị trí cân bằng (Rad)

- : Pha ban đầu của dao động(Rad) Pha ban đầu

có thể dương, âm hoặc có thể bằng không

2 Bài giảng mới

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH NỘI DUNG

Hoạt động 1: (1’)

Đặt vấn đề vào phần tiếp theo

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp

“ Ta đã biết trong chuyển động tròn đều Cứ sau một

khoảng thời gian vật chuyển động được một vòng gọi là

chu kì quay.Và tần số f của chuyển động tròn đều là số

vòng mà vật đi được trong một đơn vị thời gian

Vậy trong dao động điều hòa thì tần số và chu kì được

định nghĩa như thế nào?”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

Hoạt động 2: (15’)

“ Tìm hiểu về chu kì, tần số, tấn số góc trong dao động

điều hòa”

GV: Thuyết trình như sgk

“ Cũng giống như trong CĐTĐ, dao động điều hòa

cũng có tính chất tuần hoàn Thật vậy: Cứ sau khoảng

thời gian T( gọi là chu kì) thì vật M chuyển động được

một vòng, còn hình chiếu của nó tức điểm P thực hiện

được một dao động toàn phần và trở về vị trí cũ theo

hướng cũ

HS: Lắng nghe và trả lời câu hỏi của gv

GV: Chu kì của dao động điều hòa là gì?

III- CHU KÌ, TẦN SỐ, TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1 Chu kì và tần số

a Chu kì:– học sgk

-“ Chu kì của dao động điều hòa là khoảng thời gian vật thực hiện xong một dao động toàn phần”

- Chu kì kí hiệu là T

- Đơn vị là giây(s)

P 1

P2

0



X

P

Chiều lệch

X

0 Chiều lệch

X

Trang 6

HS: Ghi nhớ

GV: Tương tự như trong chuyển động tròn đều Em hãy

cho biết thế nào là tần số của dao động điều hòa?

HS: Trả lời câu hỏi của gv

HS: Ghi nhớ

GV: Nhắc lại công thức biểu diễn mối liên hệ giữa tốc

độ góc, chu kì và tần số trong chuyển động tròn đều

HS: Thực hiện yêu cầu của gv GV giải thích cho học

sinh trong dao động điều hòa thì tốc độ góc được gọi là

tần số góc và công thức biểu diễn mối liên hệ giữa tốc

độ góc, chu kì và tần số của CĐTĐ cũng chính là công

thức biểu diễn mối quan hệ giữa tần số góc, chu kì và

tần số trong dao động điều hòa

HS: Lắng nghe và ghi nhận công thức biểu diễn mối

liên hệ đó

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp

“ Khi vật thay đổi vị trí tức là vật chuyển động có vận

tốc Vậy vận tốc và gia tốc của vật trong dao động điều

hòa được biểu diễn bằng phương trình như thế nào?”

HS: Lắng nghe và nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

Hoạt động 3: (10’)

“ Nghiên cứu phương trình vận tốc và gia tốc của vật

trong dao động điều hòa”

GV: Thuyết trình như sgk

GV: Em có nhận xét gì về phương trình (1.3) và (1.4)

HS: Suy nghĩ và đưa ra nhận xét

GV: nhận xét và khái quát vấn đề

GV: Từ phương trình (1.1); (1.3) và (1.4) có các hệ

thức độc lập thời gian

HS: Lắng nghe và ghi nhận các hệ thức độc lập với thời

gian

GV: Chú ý cho học sinh hai vị trí( Biên và vị trí cân

bằng)

GV: Dùng hình vẽ một vật M chuyển động trên đường

Nếu gọi t là khoảng thời gian để vật thực hiện được N dao động toàn phần thì chu

kì của dao động đó là:

N

t

T 

b Tần số:- học sgk

- “ Tần số f của do động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện trong một giây”

f T N t





 1

2 Tần số góc

2 2 ( 1 2 )

T

f 



IV- VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1 Vận tốc

* Vận tốc trong dao động điều hòa là đạo hàm của li độ theo thời gian

* Biểu thức:

v x '  A.Sin( t  )(1.3)

2 Gia tốc

* Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian

av'    2A.Cos( t  )( 1.4)

* Các hệ thức độc lập với thời gian:

2 2 x v2 2 2A (1.5) 2a2 v2 2A2 (1.6)

2a  2x (1.7)

*Chú ý

- vận tốc và gia tốc là các đại lượng biến thiên điều hòa

- Tại vị trí :

a, Vị trí cân bằng: (x = 0) Thì vận tốc của vật đạt giá trị cực đại và

2 2

v  Còn gia tốc a = 0 Nghĩa là tại vị trí cân bằng F = 0, nên véc tơ gia tốc luôn hướng

Trang 7

tròn (hình vẽ 1.5 – 7 GSK)

Hoạt động 4: (10’)

“ Tìm hiểu đồ thị của dao động điều hòa”

GV: Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị của dao động điều

hòa với pha ban đầu bằng không

x = Acos t

GV : Hướng dẫn hs lập bảng giá trị ứng với các thời điểm

t = 0 ; t = T/4 ; t = T/2 ; t = 3T/4 ; t = T

Cụ thể : Tại thời điểm t = 0 thì phương trình li độ, vận

tốc, gia tốc có giá trị lần lượt là :

x = Acos(t) = Acos( 2π T t)

v = -Asin( 2πT t) = Acos(2πT t+ π/2) = 0

a = -A2cos( 2πT t) = - A 2 cos( 2π T t+ π) = - A 2

Tương tự: hs tính li độ, vận tốc và gia tốc ứng với các

thời điểm t còn lại

HS: Ghi nhớ và thực hiện yêu cầu của gv

GV: Qua bảng giá trị ta được đồ thị của li độ, vận tốc

và gia tốc theo thời gian ứng với pha ban đầu bằng

không Đồ thị của chúng đều là những đường hình sin

nên dao động điều hòa là một dao động hình sin

GV: Qua đồ thị của X,v và a nhận xét gì về mối quan

hệ của chúng

HS: Quan sát và trả lời

“- Vận tốc biến thiên điều hoà sớm pha π/2 so với li độ,

trễ pha π/2 so với gia tốc

- Gia tốc biến thiên điều hoà ngược so với li độ, sớm

pha π/2 so với vận tốc”

về vị trí cân bằng

b, Tại vị trí biên (X  A)

Thì vận tốc có giá trị bằng không, v = 0 Còn gia tốc đạt giá trị cực đại và

A

max  Hay amax= 2

- Gia tốc luôn ngược dấu với li độ( hay véctơ gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng và có độ lớn tỷ lệ thuận với độ lớn của li độ

V- ĐỒ THỊ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

- Vẽ đồ thị của dao động điều hòa với pha ban đầu bằng không

x = Acos t

- Bảng giá trị :

t 0 T/4 T/2 3T/4 T

x A 0 -A 0 A

v 0 -A 0 A 0

a -A2 0 A2 0 A2

Nhận xét:

- Phương trình vận tốc và gia tốc là các biên thiên điều hòa theo thời gian

A -A

0

a > 0

X

a < 0

x > 0

x < 0

Trang 8

- Vận tốc biến thiên điều hoà sớm pha π/2

so với li độ, trễ pha π/2 so với gia tốc

- Gia tốc biến thiên điều hoà ngược so với

li độ, sớm pha π/2 so với vận tốc

3 Củng cố (1’)

GV: Yêu cầu hs nắm chắc các nội dung sau:

1 Phương trình dao động điều hòa: x = Acos(t + )

2 Phương trình vận tốc , gia tốc

v x '   A.Sin( t    )

a v'    2A.Cos( t  )

* Các hệ thức độc lập với thời gian:

2X2 v2 2A2

2a2 v2 2A2

a2 2X







3 Công thức tính T,f,và 

N

t

T  =



 2

f T N t







 2 1

T

f 





HS: Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức

4 Hướng dẫn học bài ở nhà(1’)

GV: Học bài theo phần ghi nhớ và kết hợp với vở ghi Chuẩn bị bài tập về dao động điều hòa trong sgk và sbt Giờ sau chữa bài tập

HS: Nhận nhiệm vụ học tập

Định dạng
Số trang	8
Dung lượng	310,5 KB