giao án chủ đề dao động điều hòa

Bài con lắc lò xo được dạy 2 tiết cùng với 1 tiết bài tập. Giáo án chủ đề dao động điều hòa soạn theo mẫu mới gồm 5 bước có thêm cột nội dung bài học. Thuận tiện co các thầy cô dạy và theo dõi nội dung ghi bài của học sinh.

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

CHỦ ĐỀ

DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Số tiết: 3

I Vấn đề cần giải quyết

Dao động điều hòa là chủ đề cơ bản của vật lí 12, là cơ sở và là nền tảng để giúp học sinh học tốt chương 1, 2, 3 và 4 của vật lí 12 Vì vậy chủ đề cần tập trung khai thác các đặc trưng của dao động điều hòa, giúp học sinh biết đọc và khai thác phương trình, tính được T, f, …

Nội dung chủ đề tập trung trong Bài 1 Dao động điều hòa

II Nội dung – chủ đề bài học

Chủ đề cần giải quyết được các vấn đề sau đây:

- Định nghĩa dao động điều hòa, các đặc điểm và phương trình của dao động điều hòa

- Đọc và khai thác phương trình dao động điều hòa, từ đó viết được các phương trình vận tốc, gia tốc của dao động điều hòa

- Mô tả được dao động điều hòa trong các cách khác nhau để giải quyết các bài tập về dao động điều hòa

III Mục tiêu bài học

1 Kiến thức:

- Nêu được định nghĩa của dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa

- Viết được biểu thức của phương trình của dao động điều hòa giải thích được các đại lượng trong phương trình

- Nêu được dao động điều hòa và chuyển động tròn đều

2 Kỹ năng:

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

vật lý 12

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:

- K1 Trình bày được định nghĩa dao động điều hòa, viết phương trình dao động điều hòa

- K3: Vận dụng kiến thức vật lý về chuyển động tròn đều và hình chiếu của chất điểm lên trục Ox để xây dựng phương trình

- P5: Sử dụng các công cụ toán học như véctơ, phép chiếu véctơ, phương trình lượng giác để giải các bài toán li độ, vận tốc, gia tốc, chu kì, tần số

- Phân biệt được khái niệm biên độ, li độ, pha ban đầu và pha dao động; T

IV Chuẩn bị

1 Giáo viên :

- Một số hình vẽ mô tả sự dao động của hình chiếu P trên đường kính P1P2

- Một số vật minh họa: dây đàn, con lắc đồng hồ ………

2.Học sinh :

- Ôn lại kiến thức về chuyển động tròn đều

V Tiến trình bài học

Hoạt động 1 Khởi động (7 phút)

A Mục tiêu:

- Ôn tập các công thức về chuyển động tròn đều, hình thành khái niệm dao động cơ và dao động tuần hoàn

- Xét được chuyển động hình chiếu của một chuyển động tròn đều lên đường kính của quỹ đạo

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển

giao nhiệm

vụ học tập

Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận để hoàn thành phiếu học tập sau:

- Viết công thức tính chu kì, tần số và tốc độ góc của chuyển động tròn đều?

- Mô tả chuyển động hình chiếu của chất điểm

M truyển động tròn đều lên 1 đường kính của quỹ đạo?

- Xác định tọa độ hình chiếu của chất điểm M lên đường kính của quỹ đạo?

Sau đó cho học sinh quan sát hình ảnh của dây đàn, của con lắc đồng hồ khi kích thích cho dao động Đặt vấn đề vào bài

Viết được

f



  2  2

Vẽ được hình và xác định được:

) cos(   

 OM t x

Xác đinh được hình chiếu P chuyển động qua lại quanh gốc O, cứ sau 1 vòng chuyển động lại lặp lại

Thực hiện

nhiệm vụ

Học sinh thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi trong phiếu học tập

Vẽ và biểu diễn được chuyển động tròn đều lên quỹ đạo để thực hiện các nhiệm vụ theo hướng dẫn

Báo cáo

kết quả

Học sinh viết vào bảng phụ kết quả thảo luận nhóm

Treo lên để các nhóm đọc rồi nhận xét Đánh giá

nhận xét,

kết luận

Giáo viên bổ sung thêm nội dung nếu các nhóm còn thiếu

Sau đó dẫn dắt vào bài học

Hoạt động 2 Hình thành kiến thức (60 phút)

Hoạt động 2.1 Tìm hiểu về dao động cơ, dao động tuần hoàn và dao động điều hòa

A Mục tiêu:

- Hình thành khái niệm về dao động cơ, dao động tuần hoàn và dao động điều hòa

- Viết được phương trình dao động điều hòa và giải thích được ý nghĩa các địa lượng

- Mô tả được dao động điều hòa và liên hệ với chuyển động tròn đều

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển

giao nhiệm

vụ học tập

Giáo viên cho học sinh quan sát dao động của con lắc đồng hồ, của cành cây trước gió quạt Sau đó nêu câu hỏi:

Dao động cơ là gì?

Nêu sự khác biệt về dao động của con lắc đồng hồ và cành cây?

Dao động tuần hoàn là gì?

Dao động điều hòa là gì?

Vì sao chuyển động hình chiếu P của chất điểm M là dao động điều hòa?

Nêu phương trình dao động điều hòa và giải thích các đại lượng?

I Dao động cơ

1 Thế nào là dao động cơ?

Dao động cơ là chuyển động là chuyển động qua lại quanh một vị trí đặc biệt gọi là vị trí cân bằng

2 Dao động tuần hoàn

- Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động của vật được lặp lại như cũ (vị trí cũ và hướng cũ) sau những khoảng thời gian bằng nhau

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

3 Dao động điều hòa

Dao động điều hòa là dao động trong đó

li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) của thời gian

- Phương trình dao động :

x = A cos(ωt + φ)

* A là biên độ dao động, là li độ cực đại của vật A > 0

* (ωt + φ) là pha của dao động tại thời điểm t

* φ là pha ban đầu tại t = 0 (φ < 0, φ>0, φ = 0)

Thực hiện

nhiệm vụ

Học sinh làm việc cá nhân để trả lời từng câu hỏi của giáo viên

Có nhận xét bổ sung giúp hoàn chỉnh câu trả lời

Báo cáo kết

quả

Đứng tại chỗ trả lời câu hỏi của giáo viên

Đánh giá

nhận xét ,kết

luận

Học sinh nhận xét bổ sung

Giáo viên hiệu chỉnh để câu trả lời hoàn chỉnh

Hoạt động 2.2 Tìm hiểu về chu kì, tần số và tần số góc

A Mục tiêu:

- Mô tả được dao động điều hòa và liên hệ với chuyển động tròn đều

- Nêu được các khái niệm về chu kì, tần số, 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

Từ phần mở đầu, các em

đã thấy chuyển động hình

chiếu của chất điểm M

lên đường kính cũng là

một dao động điều hòA.

Đọc sách giáo khoa để trả

lời các câu hỏi:

1 Nêu cách mô tả dao

động điều hòa?

2 Chu kì là gì? Mô tả

một chu kì trên quỹ đạo?

3 Tần số là gì?

4 Nêu sự liên hệ của

chuyển động tròn đều với

dao động điều hòa?

III Chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hòa

1 Chu kì và tần số

Khi vật trở về vị trí cũ hướng cũ thì ta nói vật thực hiện 1 dao động toàn phần

* Chu kì (T): của dao động điều hòa là khoảng thời

gian để vật thực hiện một dao động toàn phần Đơn

vị là s

* Tần số (f): của dao động điều hòa là số dao động

tuần hoàn thực hiện trong một s Đơn vị là 1/s hoặc Hz

2 Tần số góc

Trong dao động điều hòa ω được gọi là tần số góc Giữa tần số góc, chu kì và tần số có mối liên hệ:



 2 2

3 Chú ý

a) Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể coi là hình chiếu của điểm M chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó

b) Ta 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 MOP trong chuyển động tròn đều

Thực

hiện

nhiệm vụ

Học sinh làm việc nhóm

để trả lời câu hỏi

Báo cáo

kết quả

Hoàn thành nội dung vào

bảng phụ

Đánh giá

nhận

xét ,kết

luận

Học sinh nhận xét bổ

sung

Giáo viên hiệu chỉnh để

câu trả lời hoàn chỉnh

Hoạt động 2.3 Tìm hiểu về vận tốc và gia tốc

A Mục tiêu:

- Viết được phương trình vận tốc và gia tốc của dao động điều hòa

- Nhận xét về pha và liên hệ giữa x, v, a

- Nêu được khái niệm lực kéo về

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Theo định nghĩa thì ta có

v= x’(t)

a = v’(t)

Các em hày làm việc theo nhóm

để tìm biểu thức của v và a? Xác

định mối quan hệ về pha giữa x,

v, a?

Xác định vị trí để v, a lớn nhất và

nhỏ nhất?

Lực kéo về là gì? Tại sao lại gọi

là lực kéo về?

IV Vận tốc và gia tốc của dao động điều hòa

1 Vận tốc

Vận tốc là đạo hàm của li độ theo thời gian

v = x’ = -ωA sin(ωt + φ)

- Vận tốc cũng biến thiên theo thời gian

* Tại x  A thì v = 0

* Tại x = 0 thì v = vmax = ω.A

2 Gia tốc

Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian

a = v’ = x” = -ω2A cos(ωt + φ) a = - ω2x

* Tại x = 0 thì a = 0

* Tại x  A thì a = amax = ω2A

Thực

hiện

nhiệm vụ

Học sinh làm việc theo nhóm

Báo cáo

kết quả

Trình bày trên bảng phụ

3 Lực kéo về

F hp = - ma = m2 x

F hpmax = m2 A

Đánh giá

nhận

xét ,kết

luận

Học sinh nhận xét bổ sung

Giáo viên hiệu chỉnh để câu trả lời hoàn chỉnh

Hoạt động 2.4 Tìm hiểu về đồ thị dao động điều hòa

A Mục tiêu:

- Vẽ được đồ thị dao động điều hòa với pha ban đầu bằng 0

- Khai thác được đồ thị dao động để viết được phương trình dao động và các đại lượng liên quan

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển giao

nhiệm vụ học

tập

Trong toán học các em cũng đã biết vẽ đồ thị hình sin Do đó các em hãy vẽ đồ thị của hàm

số sau theo tời gian:

x = Acost

Từ đó hãy xác định phương trình dao động của dao động sau:

Một vật dao động điều hòa có đồ thị như hình

Phương trình dao động là:

A x = 4cos(10πt- π/2) (cm)

B x = 8cos(5πt - π/2) (cm)

C x = 4cos(5πt – π) (cm)

D x = 4cos(5πt) (cm)

V Đồ thị của dao động điều hòa

Đồ thị của dao động điều

hòa với φ = 0 có dạng hình sin nên người ta còn gọi là dao động hình sin

THNV Các học sinh làm việc các nhân

Báo cáo kết

quả

Vẽ đồ thị trong vở Báo cáo kết quả làm bài Đánh giá nhận

xét ,kết luận

Học sinh nhận xét bổ sung

Giáo viên hiệu chỉnh để câu trả lời hoàn chỉnh

Hoạt động 3 Luyện tập (28 phút)

A Mục tiêu:

- Rèn luyện kỹ năng đọc và khai thác phương trình dao động

- Vận dụng các công thức để giải bài tập

B Tổ chức hoạt động:

Chuyển

giao

nhiệm vụ

học tập

Các em thảo luận nhóm để tìm công thúc liên hệ giữa x, A, v không phụ thuộc vào thời gian?

Sau đó hoàn thành phiếu học tập

2 2 ( )v 2

A x



2

4 ( )

A

Câu 1 D Câu 2 B Câu 3 B Câu 4 D Câu 5 C Câu 6 D Câu 7 C Câu 8 C Câu 9 D Câu 10 A Câu 11 D Câu 12 C Câu 13 B Câu 14 A Câu 15 A Câu 16 B Câu 17 A Câu 18 B

Thực

hiện

nhiệm vụ

Thảo luận nhóm để xây dựng biểu thức

Cùng làm trắc nghiệm

Báo cáo

kết quả

Nhóm chọn người trình bày kết quả

Chơi trò truyền điện với phần thực hiện các câu trả lời

nhận xét,

kết luận

Học sinh nhận xét đối chiếu kết quả

Giáo viên hiệu chỉnh để đáp án đúng

Phiếu trắc nghiệm

Câu 1 Dao động được miêu tả bằng biểu thức có dạng x = Acos(t + ) trong đó A, ,  là những hằng số, được gọi là dao động gì ?

Câu 2 Đối với dao động tuần hoàn, khoảng thời gian ngắn nhất mà sau đó trạng thái dao động

của vật lặp lại như cũ, được gọi là gì?

Câu 3 Phương trình dao động điều hoà là

Câu 4 Công thức nào sau đây không phải là công thức tính tần số góc của dao động điều hoà?

A  = 2T B

T



Câu 5 Trong dao động điều hoà x = A sin (t +), gia tốc biến đổi điều hoà theo phương trình:

A a = Acos( t +) B a = A2cos(t +) C a = - A2sin(t +) D a = - Acos(t +)

Câu 6 Trong dao động điều hòa, vận tốc biến đổi

C Trễ pha

2



2



so với li độ

Câu 7 Một vật thực hiện dao động điều hoà với chu kỳ T = 3,14s và biên độ A = 1m Tại thời

điểm vật đi qua vị trí cân bằng, vận tốc của vật nhận giá trị là:

A 0,5 m/s B 1 m/s C 2m/s D 3m/s

Câu 8 Một vật dao động điều hoà theo phương trình x = 6cos(4t)cm, tần số dao động của vật là:

Câu 9 Trong một phút, vật nặng gắn vào đầu một lò xo thực hiện đúng 40 chu kỳ dao động với

biên độ là 8cm Giá trị lớn nhất của vận tốc là:

A vmax = 34cm/s B vmax = 75,36cm/s C vmax = 18,84cm/s D vmax = 33,5cm/s

Câu 10 Một vật dao động điều hoà với chu kỳ T = 1s Ở thời điểm pha dao động là

4

3 , vật có vận tốc v   4  2 cm s / Lấy 2 10 Gia tốc của vật ở thời điểm đã cho nhận giá trị nào sau

đây? A 0,8 2(m/s2) B -0,8 2(m/s2) C 0,8 3(m/s2) D -0,8 3(m/s2)

Câu 11 Vận tốc của vật dao động điều hoà tại vị trí có độ dời x là

A v  x2A2 B v x2 A2 C v2 A2x2 D v A2 x2

Câu 12 Trong các phương trình sau, phương trình nào biểu diễn dao động điều hoà

A x’’ + 5x + 2 = 0 B -3x’’ + 2x = 0 C 2x’’= xcos D 5x’’= x02 x

Câu 13 Một vật dao động điều hoà, có quỹ đạo là một đoạn thẳng dài 10 cm Biên độ dao động

của vật là: A 2,5cm B 5cm C 10cm D 2cm

Câu 14 Một vật dao động điều hoà, có quãng đường đi được trong một chu kì là 16 cm Biên độ

dao động của vật là: A 4cm B 8cm C 16cm D 2cm.

Câu 15 Một con lắc lò xo đặt nằm ngang có khối lượng không đáng kể gắn một vật nặng dao

động điều hoà với chu kì T = π/5 s Tần số góc của con lắc lò xo là

Câu 16 Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gắn một vật nặng dao động điều hoà với chu kì T = π/5

s Trong quá trình dao động chiều dài của lò xo biến thiên từ 20cm đến 32cm Vận tốc của vật ở

vị trí cân bằng là: A 0,6m/s B 0,6m/s C 2,45m/s D 1,73m/s.

Câu 17 Một chất điểm dao động điều hoà theo phương trình x = 6cos(4t) cm, vận tốc của chất điểm tại thời điểm t = 7,5s là A v = 0 B v = 75,4cm/s C v = - 75,4cm/s D v = 6cm/s Câu 18 Một chất điểm dao động điều hoà với biên độ A = 4 cm và chu kì T = 2 s Chọn gốc thời

gian là lúc vật đi qua VTCB theo chiều dương Phương trình dao động của vật là:

A x = 4cos(2πt – π/2)cm B x = 4cos(πt – π/2) cm.

C x = 4cos(2πt + π/2)cm D x = 4cos(πt + π/2)cm.

Hoạt động 4 Vận dụng, tìm tòi mở rộng (25 phút)

A Mục tiêu:

- Vận dụng các công thức để giải bài tập

- Rèn luyện các phương pháp giải bài tập

B Tổ chức hoạt động:

Các công thức

- Chiều dài quỹ đạo: s = 2A

- Quãng đường đi trong 1 chu kỳ luôn là 4A; trong 1/2 chu kỳ luôn là 2A

Quãng đường đi trong l/4 chu kỳ khi vật đi từ VTCB đến vị trí biên hoặc ngược lại là A.

Khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí có li độ x 1 đến x 2

- Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển đường tròn đều

- Dựa vào công thức của cđ tròn đều:  = .t ==> t .T

2

 

  

- Quãng đường lớn nhất max 2A sin 2 sin

t

S    A 

- Quãng đường nhỏ nhất 2 (1 os ) 2 (1 os )

min

t

S  A c   A c 

Dạng toán 2: viết phương trình dao động

Phương trình dao động có dạng: x = Acos(t + ) cm

Phương trình vận tốc: v = -Asin(t + ) cm/s

1) Xác định tần số góc : +  = 2f = 2

T

 , với T t

N



 , N: số dao động toàn phần

A x

 



2) Xác định biên độ dao động A:(A>0:) A=

2

l

, l: là chiều dài quỹ đạo của vật dao động

+ Nếu đề cho ly độ x ứng với vận tốc v thì ta có: A = 2 2

2

v x



 (nếu buông nhẹ v = 0) + Nếu đề cho vận tốc cực đại: Vmax thì: v Max

A



 ; Nếu đề cho gia tốc cực đại amax thì A = max2



a

3) Xác định pha ban đầu : ( � �  )

Dựa vào cách chọn gốc thời gian để xác định ra 

Khi t = 0 thì 0

0

x x

v v



�

� 

0



 



�

�  

0

0

os sin

x c A v A







�

� �

�



� = ?

Chuyển giao

nhiệm vụ học tập

Hệ thống kiến thức của chủ đề

Làm bài tập Một vật dao động điều hòa theo phương trình

x 4cos 2 t

3



 �   �

� � (x tính bằng cm và t tính bằng s).

Tính quãng đường mà vật đi được trong thời gian 3,75 s

Câu 1 C Câu 2 B Câu 3 D Câu 4 A Câu 5 C Câu 6 B Câu 7 B Thực hiện nhiệm

vụ

Thảo luận nhóm để xây dựng biểu thức

Cùng làm trắc nghiệm Báo cáo kết quả Nhóm chọn người trình bày kết quả

Chơi trò truyền điện với phần thực hiện các câu trả lời

Đánh giá nhận

xét, kết luận

Học sinh nhận xét đối chiếu kết quả

Giáo viên hiệu chỉnh để đáp án đúng

Phiếu câu hỏi trắc nghiệm

Câu 1 Pha ban đầu và chiều dài quỹ đạo của 5cos(2 )

4

x  t 

4



4



4



D ;5 3



Câu 2 Biên độ và pha ban đầu của v 20 sin(10 ) t (cm)

A 2cm ;

2





2



Câu 3 Chiều dài quỹ đạo và pha ban đầu của 10 cos(2 )

2

v  t  (cm/s)

A 10cm ;

2





B 10cm ;

2





C 5cm ; 0 D 10 cm; 0

2

a   t 

Câu 5 Biên độ của dao động là 10cm, vật DĐĐH có phương trình lực tác dụng

cos(10 )

F    t (N), khối lượng của vật

2

x t  (cm) Tốc độ trung bình của vật trong hai chu kỳ là: A 5cm/s B.10cm/s C 12cm/s D.15cm/s

2

x t  (cm) Tốc độ trung bình của vật