Giáo án Vật lý 12 bài 2: Con lắc lò xo

- Công thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo.. - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động điều hòa.. - Nắm được công t

I- Mục tiêu

1.Về kiến thức

- Nắm được cấu tạo và hoạt động của con lắc lò xo

- Nắm được công thức tính chu kì và tần số góc của con lắc lò xo

- Công thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo

- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động điều hòa

- Nắm được công thức và đặc điểm của lực kéo về

2 Về kỹ năng

- Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo

- Viết được công thức tính chu kì hoặc tần số dao động điều hòa của con lắc lò xo

- Làm được các bài tập tương tự trong SGK

- Biết tính lực kéo về và lực đàn hồi của con lắc lò xo tại thời điểm bất kì

- Tính được chu kì biến thiên của động năng và thế năng của con lắc lò xo dao động điều hòa

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

- Giáo án, tài liệu tham khảo và đồ dùng dậy học cần thiết( hình vẽ 2.1 sgk – 10)

2 Học sinh

- Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10

- Sách, vở, đồ dùng học tập theo quy định

III- Tiến trình dạy học

1 Kiểm tra bài cũ: “Không - kết hợp với bài giảng”

2 Bài giảng mới

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC

Hoạt động 1: (1’)

“Đặt vấn đề vào bài giảng mới”

GV: Đặt vấn đề vào bài như sgk

HS: Lắng nghe nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

và ghi tiêu đề bài học

Hoạt động 2: (10’)

“ Nghiên cứu về con lắc lò xo” I- CON LẮC LÒ XO

GV: Dùng hình vẽ mô tả cấu tạo của con lắc lò

xo

HS: Quan sát và lắng nghe

GV: Nhìn vào hv cấu tạo con lắc lò xo yêu cầu hs

chỉ ra vị trí cân bằng của vật, muốn con lắc dao

động ta làm như thế nào?

HS: Quan sát và thực hiện yêu cầu của gv

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp phần II

HS: Lắng nghe nhận thức vấn đề cần nghiên cứu

Hoạt động 3: (20’)

“ Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt

độc lực học”

GV: Tại li độ x vật chịu tác dụng của những lực

nào? Em có nhận xét gì về các lực đó?

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

GV: Nhận xét

HS: Ghi nhớ

GV: Vậy khi vật ở li độ x thì độ biến dạng của lò

xo liên hệ như thế nào với li độ?

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

“ Khi vật ở li độ x thì độ biến dạng của lò xo cũng

bằng li độ x tức là ta có  x”

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Áp dụng định luật Huc viết công thức tính

độ lớn của lực đàn hồi?

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

GV: Hướng dẫn hs vận dụng định nghĩa về gia

tốc để xây dựng pt vi phân

HS: Lắng nghe và ghi nhớ

GV: Hãy chứng minh m

K có đơn vị là giây

HS: Suy nghĩ và trả lời câu hỏi của gv

GV: Trở lại với hình vẽ mô tả quá trình dao động

của con lắc lò xo em có nhận xét gì về lực đàn

hồi?

HS: Thực hiện yêu cầu của gv

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

* Cấu tạo:

Con lắc lò xo có cấu tạo như hình vẽ

k F = 0

m

v = 0 k

m

k F = 0

m

k F = 0

m

v = 0 k

m

v = 0

v = 0 k

m

k

m

* Vị trí cân bằng của con lắc lò xo:khi lò xo không bị biến dạng

* Kích thích cho con lắc dao động( bằng cách kéo vật nặng ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu một đoạn nhỏ rồi buông tay) Thì thấy con lắc dao động xung quanh vị trí cân bằng 0

II- KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC

1 Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò

xo, chiều dương là chiều tăng độ dài  của lò

xo Gốc toạ độ 0 tại VTCB, giả sử vật có li độ x

- Lực đàn hồi của lò xo F    k  

Viết dưới dạng đại số: F = -kx

2 Hợp lực tác dụng vào vật: F + P + N = ma    

- Vì P + N = 0   F = ma  

Do vậy: a = - k x

m

Đặt 2 k

m

  do đo phương trình của con lắc

có dạng:

'' 2

x   x 0  (*) Phương trình vi phân nghiệm có dạng: x = Acos(t + )

3 Dao động của con lắc lò xo là dao động điều

hoà

- Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo

P

1

P2

0

0



X

P

Chiều lệch

X

HS: Ghi nhớ.

GV: Đặt vấn đề chuyển tiếp

HS: Lắng nghe nhận thức vấn đề tiếp theo và ghi

tiêu đề phần III

Hoạt động 4: (10’)

“ Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt

năng lượng”

GV: Khi dao động, động năng của con lắc lò xo

(động năng của vật) được xác định bởi biểu thức?

HS: Trả lời

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

HS: Ghi nhớ

GV: Khi con lắc dao động thế năng của con lắc

được xác định bởi biểu thức nào?

HS: Trả lời

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

HS: Ghi nhớ

GV: Định luật bảo toàn cơ năng được áp dụng

trong điều kiện nào?

HS: Trả lời

GV: Nhận xét và nhắc lại điều kiện áp dụng định

luật bảo toàn cơ năng

GV:Xét trường hợp khi không có ma sát  cơ

năng của con lắc thay đổi như thế nào?

GV: Nhìn vào biểu thức cơ năng của con lắc cho

biết quan hệ của cơ năng với biên độ dao động A?

HS: Trả lời

GV: Nhận xét và khái quát vấn đề

HS: Lắng ghe và ghi nhớ

 = k m

và 

m

T = 2

k

4 Lực kéo về

- Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về Vật dao động điều hoà chịu 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:

Là động năng của vật nặng m

1 2

W = mvd

2

2 Thế năng của con lắc lò xo

1 2

W =t kx 2

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 của con lắc

d

t 2 2

b Khi không có ma sát

1 2 W= kA const

- Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên

độ dao động

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

3 Củng cố (3’)

GV: Hệ thống nội dung bài giảng: HS cần nắm được các nội dung cơ bản sau

Phương trình dao động của con lắc lò xo x = Acos(t + ) ;

Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo ω = k

m và

m

T = 2π

k

HS : Lắng nghe và lĩnh hội kiến thức

4 Hướng dẫn học bài ở nhà(1’)

P

1

P2

0

0



X

P

Chiều lệch

X

sbt) Đọc trước bài con lắc đơn và trả lời các câu hỏi C vào vở bài tập.

HS: Nhận nhiệm vụ về nhà