giáo án chủ đề con lắc lò xo

Giáo án Bài con lắc lò xo được soạn theo phương pháp mới nhằm phát triển các năng lực của học sinh gồm 5 bước Khởi động Hình thành kiến thức Luyện tập Vận Dụng Mở rộng Giáo án có đầy đủ nội dung bài học

Ngày soạn: / …./ 2018 Ngày dạy: / / 2018 Lớp: 12…

CHỦ ĐỀ

CON LẮC LÒ XO

(2 tiết)

I Vấn đề cần giải quyết

Con lắc lò xo là một loại dao động điều hòa cơ bản và có nhiều kiến thức để khảo sát,

giúp học sinh hiểu rõ hơn về dao động điều hòA Chủ đề cần giúp cho học sinh khảo sát

được dao động của con lắc về mặt động học và về mặt năng lượng

Thông qua chủ đề giúp học sinh trả lời câu hỏi:

- Dao động của con lắc lò xo có là daao động điều hòa không?

- Chu kì, tần số, tần số góc của con lắc lò xo?

- Cách xác định VTCB của con lắc lò xo?

- Biến thiên của động năng là thế năng của con lắc lò xo?

II Nội dung – chủ đề bài học

Chủ đề tập chung vào các nội dung sau:

- Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

- Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng

- Phương pháp giải một số dạng toán của con lắc lò xo

III Mục tiêu bài học

1 Kiến thức

- Nắm được công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa

- Nắm được công thức tính chu kì của con lắc lò xo

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

- Nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng của con lắc lò xo

2 Kỹ năng

- Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa

- Vận dụng được các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao trong SGK hoặc SBT vật lý 12

- Viết được phương trình động học của con lắc lò xo

3 Thái độ

- Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học

4 Năng lực

- Năng lực giải quyết vấn đề thông qua đặt câu hỏi khác nhau về con lò xo

- Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề theo giải pháp đã lựa chọn thông qua việc tự nghiên cứu và vận kiến thức dao động điều hòa, nghiên cứu dao động của con lắc lò xo

- Năng lực hợp tác nhóm: thảo luận, nêu kết quả

- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin

IV Chuẩn bị

1 Giáo viên

- Chuẩn bị một con lắc lò xo treo thẳng đứng

- Chuẩn bị các hình vẽ về con lắc lò xo nằm ngang

(Nếu có thể chuẩn bị con lắc lò xo trên đệm không khí)

2, Học sinh :

- Ôn tập khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi

V Tiến trình bài học

Hoat động 1: Khởi động

A Mục tiêu:

- Thông qua hoạt động học sinh ôn tập lại phương pháp động lực học, đề xuất phương pháp nghiên cứu con lắc lò xo

- Đồng thời ôn lại về động năng, thế năng đàn hồi và cơ năng đàn hồi

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Trong tiết học trước, Giáo viên chia lớp

thành 2 nhóm lớn, mỗi nhóm lớn có 2

nhóm nhỏ

Nhóm nhỏ 1: Nêu phương pháp động lực

học chất điểm Vận dụng cho khảo sát

chuyển động của vật sau đây

Nhóm nhỏ 2: Viết biểu thức tính động

năng, thế năng đàn hồi, cơ năng Viết biểu

Phương pháp động lực học chất điểm:

B1 Chọn hệ quy chiếu B2 Xác định các lực tác dụng vào vật

B3 Áp dụng định luật II Niu tơn B4 Chiếu biểu thức định luật II Niu tơn lên các trục tọa độ

B5 Vận dụng các công thức để

thức định luât bảo toàn cơ năng?

Các nhóm nhỏ thảo luận để đưa ra kết quả,

sau đó thống nhất trong nhóm lớn rồi trình

bày trên bảng phụ treo trên tường

thực hiện yêu cầu Vận dụng cho vật gắn vào lò xo:

Định luật II Niu tơn:

m→a= →P +N→ +F→ Chiếu lên trục Ox ta có:

ma = F = - kx  a = -

m

k

x

2 2

1

mv

W đ =

2 2

1

kx

W t =

Thực

hiện

nhiệm vụ

Học sinh thảo luận nhóm nhỏ sau đó đưa

ra thống nhất trong nhóm lớn

Nhớ lại kiến thức lớp 10 đề thực hiện

nhiệm vụ ở nhà

Báo cáo

kết quả

Các nhóm treo sơ đồ tìm hiểu lên tường

Mỗi nhóm nhỏ tham gia hoạt động phòng

tranh để theo dõi kết quả và rút ra nhận

xét

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Học sinh nhận xét bổ sung cho nhau

Giáo viên nhận xét và rút kinh nghiệm cho

các nhóm

Hoat động 2: Hình thành kiến thức

Hoạt động 2.1 Tìm hiểu về cấu tạo con lắc lò xo, các xác định vị trí cân bằng.

A Mục tiêu:

Thông qua hoạt động học sinh hiểu được cấu tạo con lắc lò xo, xác định được các dạng con lắc lò xo

Xác định được vị trí cân bằng của con lắc lò xo, tòm đọ biến dạng ∆l

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của GV và HS Nội dung cần đạt

Chuyển

giao nhiệm

vụ học tập

Yêu cầu học sinh đọc sách giáo khoa

để nêu cấu tạo con lắc lò xo, vẽ biểu diễn các dạng có thể

có của con lắc lò xo?

Từ các dạng đó, em hãy cho biết độ giãn của lò xo khi vật cân bằng

I Con lắc lò xo

1 Cấu tạo

Con lắc lò xo gồm một vật nặng m gắn vào 1 đầu của

lò xo có độ cứng k và khối lượng không đáng kể Đầu còn lại của lò xo cố định

mg l k

∆ = l mgsin

k

α

∆ = Thực hiện

nhiệm vụ

Đọc SGK Trả lời các câu hỏi

giáo viên giao

2 Vị trí cân bằng

Con lắc có 1 vị trí cân bằng mà khi ta thả vật ra vật sẽ đứng yên mãi

Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng buông ra vật sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, giữa hai vị trí biên

Báo cáo

kết quả

Học sinh phát biểu ý kiến cá nhân

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Học sinh nhận xét Giáo viên hoàn thiện

và chính xác hóa nội dung

Hoạt động 2.2 Khảo sát con lắc lò xo về mặt động lực học

A Mục tiêu:

Thông qua hoạt động học sinh trả lời được câu hỏi: Dao động của con lắc lò xo có là dao động điều hòa không? Biểu thức tính chu kì, tần số và tần số góc?

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học

sinh

Nội dung cần đạt

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Trong bài dao động

điều hòa các em đã

có biểu thức a

=-x

2

ω

Các em quan sát thí

nghiệm sau:

GV làm TN về con

lắc lò xo

Mỗi nhóm dùng

phương pháp động

lực học để trả lời câu

hỏi: Dao động của

con lắc là xo có phải

là dao động điiều

hòa không? Nếu có

tìm T, f và ω

II Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

1, Khảo sát dao động của con lắc

Xét vật ở li độ x, lò xo giản một đoạn Δl = x Lực đàn hồi F = - kΔl

Tổng lực tác dụng lên vật F = - kx

m

k

a=− Đặt ω2 = k/m ⇒ a =-ω2x

Vậy dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa

2 Tần số góc , chu kì dao động

Thực

hiện

Học sinh đọc SGK,

dựa vào phần khởi

nhiệm vụ động có thể kết luận

Thảo luận nhóm để

khả sát dao động của

con lắc lò xo

* Tần số góc:

m

k

= ω

* Chu kì: T =

k

m

π

2

3 Lực kéo về

Lực hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ và gây gia tốc cho vật dao động điều hòa

Báo cáo

kết quả

Trình bày trên bảng

phụ kết quả khảo sát

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Giáo viên nhận xét

đánh giá hiệu chỉnh

nội dung

Hoạt động 3.2 Khảo sát con lắc lò xo về mặt năng lượng

A Mục tiêu:

Thông qua hoạt động học sinh hiểu được sự biến thiên của động năng và thế năng Thấy rõ mối liên hệ giữa hai dạng năng lượng này

B Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Trong phần khởi động các em

đã viết được biểu thức tính

động năng và thế năng Các

em hãy hoạt động cặp đôi,

thảo luận và viết biểu thức

tính động năng và thế năng

của CLLX Nhận xét về sự

biến thiên của chúng?

Phát biểu định luật bảo toàn

cơ năng?

III Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng

1 Động năng của con lắc lò xo

Wđ =

2

1

mv2 =

2

1

mω2A2sin2(ωt+ϕ)

=

2

1

kA2sin2(ωt + ϕ)

2 Thế năng của con lắc lò xo

Wt =

2

1

kx2 =

2

1

k A2cos2(ωt + ϕ)

* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2

3 Cơ năng của con lắc lò xo Sự bảo toàn

cơ năng

Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương

với biên độ dao động

Thực

hiện

nhiệm vụ

Đọc sách giáo khoa

Viết các biểu thức

Dùng công thức hạ bậc rồi

nhận xét

Báo cáo

kết quả

Trong giấy nháp

Một học sinh lên bảng trình

bày

Đánh giá Học sinh khác nhận xét, bổ

nhận xét,

kết luận

sung Cơ năng của con lắc lò xo được bảo toàn

nếu bỏ qua mọi ma sát.

Hoat động 3: Luyện tập

A Mục tiêu:

- Nhận biết được dao động điều hòa con lắc lò xo

- Nắm được các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa con lắc lò xo

- Tính toán được các đại lượng dựa trên mối liên hệ giữa chúng

B Tổ chức hoạt động:

PHIẾU HỌC TẬP

Câu 1: Tại một nơi trên mặt đất có gia tốc trọng trường g, một con lắc lò xo gồm lò xo có

chiều dài tự nhiên l , độ cứng k và vật nhỏ khối lượng m dao động điều hòa với tần số góc

k

ω = C.

k

m

g

ω = l

Câu 2 Một con lắc lò xo có khối lượng vật nhỏ là m dao động điều hòa theo phương ngang

với phương trình x = Acosωt Mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng Cơ năng của con lắc là:

A mωA2 B

2

1

mωA2 C mω2A2 D

2

1

mω2A2

Câu 3 Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m và lò xo có độ cứng k, dao động

điều hòa với phương trình x = Acos(ωt + φ) Mốc thế năng ở vị trí cân bằng Thế năng của

2kx

Câu 4 Người ta ghép nối tiếp lò xo có độ cứng k1 = 40 N/m với lò xo có độ cứng k2 = 60

N/m D 20 N/m

Câu 5 Một lò xo có độ cứng k = 100 N/m treo quả nặng có khối lượng là 400 g Treo thêm

vật có khối lượng m2, chu kỳ dao động của hai vật là 0,5 s Khối lượng vật m2 là

A 0,225 kg B 0,2 g C 0,5 kg D 0,25 kg Hoạt động của giáo viên và học sinh Nội dung cần đạt

Chuyển giao

nhiệm vụ học

Giáo viên phát phiếu học tập, yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để hoàn

Câu 1 C Câu 2 D

tập thành các câu hỏi trắc nghiệm khách

quan

Câu 3 D Câu 4 B Câu 5 A

Thực hiện

nhiệm vụ

Học sinh làm việc cá nhân Vận dụng được kiến thức vừa học trong bài để thực hiện nhiệm vụ

Báo cáo kết

quả

Vận dụng trò chơi truyền điện để trả lời các câu trác nghiệm

Đánh giá nhận

xét, kết luận

Học sinh nhận xét đánh giá Giáo viên hiệu chỉnh những câu có đáp

án chưa chính xác

Hoat động 4: Vận dụng, tìm tòi mở rộng

A Mục tiêu:

- Học sinh giải được các bài toán đơn giản về con lắc lo xo

- Hệ thống được một số công thức để giải bài thay đổi chu kì của con lắc

B Tổ chức hoạt động:

Phiếu bài tập

Câu 1 Một con lắc lò xo có độ cứng k = 40 N/m, khối lượng m = 100 g Chu kỳ dao động

Câu 2 Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, tại vị trí cân bằng lò xo dãn ra 10 cm Lấy g = 10

rad/s

Câu 3 Con lắc lò xo dao động điều hoà với tần số góc 10 rad/s Lúc t = 0, hòn bi của con

lắc đi qua x = 4 cm với v = -40 cm/s Phương trình dao động là

A x = 4cos(10t) cm B x = 4 2 cos(10t + 3π/4) cm

C x = 4 2cos(10t - 3π/4) cm D x = 4 2 cos(10t - π/4) cm

Câu 4 Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa với phương trình: x = 5cos(10πt +

π/3) cm Chiều dài tự nhiên của lò xo là 20 cm Tính chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo

cm; 27 cm

Câu 5 Một con lắc lò xo có độ cứng 900 N/m dao động điều hòa với biên độ là 10 cm Cơ

Câu 6 Một vật nặng 500 g dao động điều hòa với phương trình x = 2cos(10t + π/6) cm

Hoạt động của giáo viên và học

sinh

Nội dung cần đạt

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Trong thời gian chuẩn

bị ở nhà, giáo viên giao

cho các nhóm tìm hiểu

các công thức:

- Tính chu kì con lắc lò

xo khi ghép lò xo

- Cách viết phương trình

dao động điều hòa

Sau khí các nhóm báo

cáo, giáo viên phát

phiếu trắc nghiệm để

các nhóm nhỏ làm việc

Ghép lò xo song song rồi ghép với vật

Ghép lò xo nối tiếp rồi ghép với vật

Thay đổi khối lượng: m = m1 + m2 thì

• Chiều dài tại VTCB:

• Chiều dài cực đại :

• Chiều dài cực tiểu :

- Lực đàn hồi cực đại :

- Lực đàn hồi cực tiểu :

Câu 1 B Câu 2 D Câu 3 D Câu 4 C Câu 5 B Câu 6 A

Thực

hiện

nhiệm vụ

Nhận phiếu trắc nghiệm

rồi làm việc nhóm nhỏ

Báo cáo

kết quả

Thi đua báo cáo kết quả

giữa các nhóm nhỏ

Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Nhóm còn lại được

nhận xét đánh giá

Những câu chưa chọn

được đáp án, giáo viên

hiệu chỉnh để thống

nhất

Luyện tập mở rộng Câu 1: Treo quả cầu có khối lượng m1 vào lò xo thì hệ dao động với chu kì T1 = 0,3 s Thay quả cầu này bằng quả cầu khác có khối lượng m2 thì hệ dao động với chu kì T2 Treo quả cầu có khối lượng m = m1+m2 vào lò xo đã cho thì hệ dao động với chu kì T = 0,5 s Giá trị

Câu 2: Khi gắn vật nặng m = 0,4 kg vào một lò xo có khối lượng không đáng kể, con lắc dđ

với chu kì T1 = 1 s Khi gắn một vật khác khối lượng m2 vào lò xo trên, nó dđ với chu kì T2

= 0,5 s Khối lượng m2 bằng bao nhiêu? A 0,4 kg B 0,3 kg. 0,2 kg D 0,1 kg

Câu 3: Treo một vật có khối lượng 1 kg vào một lò xo có độ cứng k = 98 N/m Kéo vật ra

khỏi vị trí cân bằng, về phía dưới cách vị trí cân bằng 5 cm rồi thả rA Gia tốc cực đại của

m/s2

Câu 4: Một con lắc lò xo gồm một vật nặng khối lượng m = 0,2 kg và một lò xo có độ cứng

k = 20 N/m đang dao động điều hòa với biên độ A = 6 cm Tính vận tốc của vật khi đi qua vị trí có thế năng bằng 3 lần động năng

A v = 3 m/s B v = 1,8 m/s C v = 0,3 m/s D v = 0,18 m/s

Câu 5: Một CLLX DĐĐH với biên độ 10 cm Tại vị trí có li độ x = 5 cm, tỉ số giữa Wt và

Câu 6: Gắn quả cầu có khối lượng m1 vào lò xo, hệ dao động với chu kì T1 = 0,6 s Thay quả cầu này bằng quả cầu khác có khối lượng m2 thì hệ dao động với chu kì T2 = 0,8 s Chu

kì dao động của hệ gồm hai quả cầu cùng gắn vào lò xo là: A 1 s B 2 s C 3 s.

D 4 s.

VI Rút kinh nghiệm bài học:

………

…

………

…

NGƯỜI DUYỆT …… , ngày … tháng … năm 2018

NGƯỜI SOẠN