Giáo án 12 NC mới

Viết đượccông thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định... 1 Tọa độ góc: Chuyển động quay quanh một trục bất kì cố định của một vật rắn có hai đặc điểm:-Mỗi điểm trên v

Chương I ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN

MỤC TIÊU

- Hiểu được khái niệm vật rắn và chuyển động của một vật rắn

- Biết cách xác định vị trí của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục cố định

- Hiểu được khái niệm: tốc độ góc, gia tốc góc, momen quán tính

- Viết được phương trình động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định Vận dụng được phương trìnhđộng lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định để giải các bài tập đơn giản khi biết momen quántính của vật

- Hiểu được khái niệm momen động lượng của một vật rắn và viết được hệ thức của định luật này Vậndụng được định luật bào toàn momen động lượng của một vật rắn đối với một trục

- Viết được công thức tính momen động lượng trong một số trường hợp vật rắn có dạng đặc biệt Viết đượccông thức tính động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định

Tiết 1-2 Ngày soạn: 15-08-2008.

Bài 1 CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN

QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH

QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH.

I.Mục tiêu:

1) Kiến thức:

- Hiểu được các khái niệm: tọa độ góc, tốc độ góc, gia tốc góc

- Viết được các phương trình của chuyển động quay biến đổi đều

- Nắm vững công thức liên hệ giữa tốc độ góc, tốc độ dài, gia tốc góc, gia tốc dài của một điểm trên vật rắn

Nêu hai câu hỏi gợi ý, xây dựng nội dung cần thực

hiện của bài

H1 Có thể khảo sát chuyển động tịnh tiến của một

Giới thiệu nội dung cần tìm hiểu

Thảo luận, trả lời nội dung câu hỏi:

+ Chỉ cần khảo sát chuyển động tịnh tiến của một điểm bất kìtrên vật Vì khi vật chuyển động tịnh tiến, mọi điểm trên vật

có quỹ đạo giống hệt nhau

+ Trao đổi và trả lời:

- Xác định các đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay

- Qui luật của chuyển động và liên hệ giữa các đại lượng đặctrưng cho chuyển động

Hoạt động 2 (10’) TÌM HIỂU KHÁI NIỆM TỌA ĐỘ GÓC.

Sau khi cho HS xem mô hình vật rắn

quay quanh một trục, nêu và phân tích

khi HS trả lời bằng câu hỏi gợi ý:

H1 (hình 1.1) Khi vật quay quanh trục

Az thì các điểm M, N trên vật sẽ

chuyển động thế nào?

H2 Trong cùng một khoảng thời gian,

góc quay của các điểm M, N khác nhau

trên vật có giá trị thế nào?

H3 Khi quay, vị trí của vật có thể xác

định bằng đại lượng nào?

Giảng nội dung: Khái niệm tọa độ góc

ϕ với điều kiện phải chọn một chiều

dương và một mp mốc (Po), một mp(P)

gắn liền với vật chuyển động quay

H4 Khi vật rắn quay quanh trục, vật

rắn thế nào? Sự biến thiên của góc ϕ

theo thời gian cho ta biết gì về chuyển

động quay của vật?

→ giới thiệu tọa độ góc ϕ

+ Quan sát thêm hình SGK Trả lời câu hỏi

(1.1) Nội dung trả lời phải trùngvới nội dung SGK trình bày

-Phải phát hiện 2 đặc điểmcủa chuyển động

+ Tìm hiểu vị trí góc ϕ giữahai mp(Po) cố định và mp(P)

di động

-Thảo luận, tìm hiểu được:

+ ϕ thay đổi theo thời giankhi vật quay

+ Dùng góc ϕ để xác định vịtrí của vật vào một thời điểmbất kì

1) Tọa độ góc:

Chuyển động quay quanh một trục bất kì

cố định của một vật rắn có hai đặc điểm:-Mỗi điểm trên vật vạch nên một đườngtròn nằm trong mp vuông góc với trụcquay, tâm trên trục quay bán kính bằngkhoảng cách từ điểm đó đến trục quay.-Mọi điểm trên vật đều quay được cùngmột góc trong cùng một khoảng thời gian

-Vị trí của vật tại mỗi thời điểm được xácđịnh bằng góc ϕ tạo bởi một mp động (P)

và mp(Po) cố định (gọi là toạ độ góc)-Sự biến thiên của góc ϕ theo thời giancho ta biết qui luật chuyển động quay củavật

Hoạt động 3 (10’) Tìm hiểu khái niệm TỐC ĐỘ GÓC.

H1 Để đặc trưng cho mức độ

nhanh hay chậm của chuyển động

tính tiến, ta dùng khái niệm gì?

Mức độ nhanh, chậm của chuyển

động quay dùng khái niệm gì đặc

(câu hỏi này nêu sau khi HS trả

lời câu hỏi C2 SGK)

+Với chuyển động tịnh tiến: dùngtốc độ dài ↔ tọa độ dài x

→ Chuyển động quay có vị trí xácđịnh bằng tọa độ góc

Vì ∆ϕA = ∆ϕB = … ∆tA = ∆tB = …

Đại lượng đặc trưng cho mức độ quaynhanh, chậm của vật rắn

Thời điểm t ↔ góc ϕ.Thời điểm t + ∆t ↔ϕ+∆ϕa) Tốc độ góc trung bình:

d) Đơn vị: rad/s

Hoạt động 4 (15’) Tìm hiểu KHÁI NIỆM GIA TỐC GÓC.

-Câu hỏi gợi ý:

H1 Khi vật rắn quay không đều,

tốc độ góc thay đổi Để đặc trưng

cho sự biến thiên nhanh hay chậm

của tốc độ góc, ta đưa ra khái

niệm gì?

H2 Thế nào là gia tốc góc trung

bình? Gia tốc góc tức thời?

Có phải dấu của gia tốc góc cho ta

biết vật rắn quay nhanh dần hay

chậm dần không?

-Nêu câu hỏi C3 (SGK)

-Trả lời câu hỏi gợi ý:

+Cơ sở gia tốc atb, att của chuyểnđộng thẳng → gia tốc góc trungbình, gia tốc góc tức thời

-Thảo luận nhóm, trả lời C3

Phân tích: ωo = 0.

Sau ∆t = 2s: ω = 10rad/sTìm tb 0 5 rad s / 2

∆ →

∆

∆-Định nghĩa: là đại lượng đặc trưng cho sựbiến thiên của tốc độ góc ở thời điểm t vàđược xác định bằng đạo hàm của tốc độgóc theo thời gian

-Đơn vị: rad/s2

Hoạt động 5 (5’) Củng cố:

GV nêu câu hỏi để HS vận dụng nội dung bài học:

H 1 Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định xác định bằng đại lượng nào?

H 2 Phát biểu định nghĩa và viết biểu thức:

- Tốc độ góc trung bình, tốc độ góc tức thời

- Gia tốc góc trung bình, gia tốc góc tức thời

H 3 Nêu sự tương ứng giữa các đại lượng góc trong chuyển động quay và các đại lượng dài trong chuyển động thẳng

Tiết 2.

Hoạt động 1 (15’) Thông tin về: PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG QUAY.

-Hướng dẫn HS tìm hiểu sự tương

ứng giữa các đại lượng góc trong

chuyển động quay và đại lượng

dài trong chuyển động thẳng

-Gia tốc góc không đổi

Nêu tính chất của hai loại chuyển

-Trả lời câu hỏi H1:

+ ω không đổi: vật chuyển độngquay đều

+ γ không đổi: chuyển động quaykhông đều, quay biến đổi đều

-Thảo luận nhóm, nhớ lại:

+Thẳng đều:

v = hs

x = xo + vt+Thẳng biến đổi đều:

4) Các phương trình động học của chuyểnđộng quay:

Hai trường hợp:

1.Chuyển động quay đều:

(ω = hằng số)+ Chọn t =0 lúc mp(P) lệch mp(Po) góc ϕo.

ϕo: tọa độ góc lúc t = 0.

+ Tọa độ góc vào thời điểm t:

ϕ = ϕo + ωt2.Chuyển động quay biến đổi đều:

γ = hằng số

biến đổi đều, các pt có dạng thế

nào? Hãy suy ra các pt chuyển

động quay của vật rắn quanh một

*Cần lưu ý: xét dấu của ω và γ

mới xác định tính chất của chuyển

2 2

22

t t t

+ ω và γ trái dấu: ω.γ < 0: quay chậm dần

Hoạt động 2 (20’) Thông tin về: VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA ĐIỂM TRÊN VẬT QUAY

Nêu câu hỏi gợi ý:

H1 Nhắc lại công thức liên hệ

giữa tốc độ góc và tốc độ dài của

một điểm chuyển động trên quỹ

đạo tròn bán kính r

H2 Khi vật rắn quay đều, mỗi

điểm trên vật chuyển động với

-Trả lời câu hỏi gợi ý

-Từ chuyển động tròn đều, HSnhắc lại các công thức :

2 2

n

v r v

r

ωω

-Thảo luận nhóm, suy tìm kết quả

1) Tốc độ dài của một điểm chuyển độngtrên quỹ đạo tròn: v = ωr

có phương của v r

: đặc trưng cho sựthay đổi về độ lớn của v r

: gia tốc tiếptuyến

n

a a

γα

ω

= =

Hoạt động 3 (10’) Củng cố - Dặn dò:

1) Cho HS tự giải bài tập trắc nghiệm số 2 SGK trang 9

2) Gọi 2 HS lên bảng giải dồng thời hai bài toán:

Bài 1 Một cánh quạt dài 20cm Tốc độ dài của một điểm ở vành cánh quạt bằng 15m/s, nó quay với tốc độ góc

bao nhiêu?

Bài 2 Một cánh quạt quay với tốc độ góc không đổi bằng 94rad/s Tốc độ dài của một điểm ở vành cánh quạt

bằng 18,8m/s Cánh quạt có chiều dài bao nhiêu?

3) Chuẩn bị:

- Giải bài tập 5, 6, 7, 8 SGK

- Xem lại bài Momen lực SGK lớp 10

IV Rút kinh nghiệm.

Tiết 3-4 Ngày soạn: 17-08-2008

Bài 2 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (5’) Kiểm tra.

GV nêu nội dung kiểm tra:

H1 Viết các pt của chuyển động quay biến đổi đều của vật rắn quanh một trục cố định

Áp dụng: Giải bài tập số 5, SGK trang 9

H2 Viết pt động lực học của chất điểm Nêu ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình

HS trả lời và giải bài toán trên bảng Cả lớp theo dõi và nhận xét

Hoạt động 2 (25’) Tìm hiểu Mối liên hệ giữa gia tốc góc và momen lực.

- Nêu vấn đề: Trong chuyển động

của chất điểm, gia tốc của chất

điểm và lực tác dụng có mối liên

hệ được diễn tả bằng định luật II

quay của vật rắn, giữa gia tốc góc

và momen lực có mối liện hệ thế

GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi

C1 (bằng nội dung câu hỏi H1)

- Cho HS xem mô hình theo hình

2.1 Giới thiệu chi tiết và cho quả

cầu quay để HS quan sát Nêu câu

hỏi gợi ý:

H2 Vì sao không quan tâm đến

lực pháp tuyến F uurn

trong chuyểnđộng của quả cầu?

- Hướng dẫn HS lập luận, xây

-Phân tích tìm hiểu lại nội dungphương trình: a F

m

=

urr

- Thảo luận nhóm, trả lời H1:

Để vật quay càng mạnh:

+ Tăng dần độ lớn của lực

+ Thay đổi sao cho phương củalực không qua trục quay và có giácàng xa trục quay

- Khảo sát chuyển động quay củavật trên mp ngang theo hình 2.1

Trả lời câu hỏi H2

+ Thành phần pháp tuyến F uurn

làmvật chuyển động trên đường trònnhưng không làm thay đổi tốc độgóc

tF

uurthành phần này gây nên gia tốctiếp tuyến, tức là có biến đổi tốc

độ góc

1) Momen lực đối với một trục quay

M = F.dd(m): tay đòn của lực

Mô men của các nội lực bằng không

- Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục.

- Nêu câu hỏi gợi ý:

-Nêu vài VD để HS hiểu tính i của

vật đối với chuyển động quay

quanh một trục, từ đó giới thiệu

momen quán tính của một vật rắn?

Nêu đơn vị của momen quán tính

-Giới thiệu công thức tính I của

một số vật đồng chất đối với trục

đối xứng (trục qua khối tâm G)

H4 Với khái niệm momen quán

tính hãy viết lại dạng khác của

Trả lời câu hỏi H1, H2

+Có ý nghĩa tương tự khối lượng

m trong phương trình F = ma

+Đặc trưng cho mức quán tínhcủa vật quay

-Tiếp nhận khái niệm mo- menquán tính i i2

i

I =∑m r

-Thảo luận, trả lời H3

Dự kiến HS không phát hiệnđược, GV trình bày

+Độ lớn I phụ thuộc khối lượngcủa vật rắn; sự phân bố khốilượng gần hay xa trục quay

-Thảo luận nhóm:

+Viết pt: M = I.γ+Nhận xét: giống dạng pt:

F = ma

1) Momen quán tính:

a) Định nghĩa: Mô men quán tính I đối vớimột trục là đại lượng đặc trưng cho mứcquán tính của vật rắn trong chuyển độngquay quanh trục ấy

+ Thanh có tiết diện nhỏ, độ dài l:

2

112

I = ml + Vành tròn, bán kính R:I = mR 2.+ Đĩa tròn mỏng: 1 2

I = mr 2.2)Phương trình động lực học của vật rắnquay quanh một trục cố định:

.

M=Iγ

Hoạt động 4 (30’) Vận dụng, củng cố - Hướng dẫn về nhà.

*GV giới thiệu bài toán VD

Nêu câu hỏi gợi ý:

H1 Hình trụ và thùng nước chuyển động thế nào?

Viết pt chuyển động

H2 Gia tốc tịnh tiến của thùng và gia tốc chuyển

động quay của hình trụ liên hệ thế nào?

*Yêu cầu chuẩn bị ở nhà:

-Giải bài tập SGK trang 14

-Ôn tập bài: Định luật bào toàn động lượng ở lớp 10

-Đọc nội dung bài toán

Thảo luận nhóm, phân tích chuyển động của hình trụ vàthùng nước

-Trả lời câu hỏi gợi ý

+ Thùng nước chuyển động tính tiến

+ Hình trụ chuyển động quay quanh một trục cố định

-Các phương trình:

mg – T = ma (1)

M = T.R = Iγ (2)

a R

γ = (3)

-HS biến đổi để tìm kết quả:

2

mg I

I m R

=+-Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà

IV Rút kinh nghiệm – Bổ sung:

Tiết: 5-6 Ngày soạn: 20-08-2008

Bài 3 MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG

- Giải các bài toán đơn giản về momen động lượng và ứng dụng định luật bảo toàn momen động lượng

- Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng trong thực tế, biết các ứng dụng của định luật bảo toànmomen động lượng trong đời sống vả kĩ thuật

II Chuẩn bị:

1) Giáo viên:

- Dùng những tư liệu, hình vẽ, tranh ảnh minh họa về chuyển động quay của vật rắn để khai thác các kiến thức

có liên quan đến bài học

- Hướng dẫn HS thực hiện những thí nghiệm liên quan đến kiến thức bài học

2) Học sinh: Ôn tập kiến thức động lượng và momen lực, định luật bảo toàn momen động lượng.

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (10’) Kiểm tra:

GV nêu câu hỏi:

- Câu số 2 và 5 của SGK trang 14

- Nêu một bài tập, cho HS được kiểm tra giải trên bảng

Một bánh xe có momen quán tính đối với trục cố định là 6 kgm2, đang đứng yên thì chịu tác dụng củamột momen lực 30N.m Bỏ qua mọi lực cản Sau bao lâu, kể từ lúc bắt đầu quay, bánh xe đạt tới tốc

độ góc 100 rad/s

HS được kiểm tra thực hiện trên bảng

GV nhận xét, phê điểm

Hoạt động 2 (10’) Tìm hiểu khái niệm: MOMEN ĐỘNG LƯỢNG

-Hướng dẫn HS lập pt động lực học

của vật rắn quay quanh một trục cố

định theo momen quán tính và tốc độ

góc của vật rắn bằng các câu hỏi gợi

= = như SGK theohướng dẫn của GV

-Phân tích bảng 3.1 tìm hiểu ýnghĩa vật lí đại lượng

L = Iω

1) Momen động lượng:

a) Dạng pt động lực học của vật rắnquay quanh một trục

M = I.γ (1) I không đổi

d dt

Hoạt động 3 (10’) Tìm hiểu ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMEN ĐỘNG LƯỢNG

-Nêu câu hỏi gợi ý

H 2 Trường hợp vật có I đối với

-Thảo luận, trả lời câu hỏi H1

mô men động lượng của vật rắn ( hay hệvật) dối với trục đó được bảo toàn

b) Các trường hợp đặc biệt:

- Nếu I = const ⇒ω1 =ω2 vật đứng yên

trục quay không đổi, vật chuyển

động thế nào?

H 3 Trường hợp I đối với trục

quay thay đổi, để L = hs vật rắn

quay thế nào?

Hướng dẫn trả lời C3, C4

b) Nếu I1 ≠ I2 ⇔ L1 = L2

⇒ω1 ≠ ω2Phân tích C3, C4

hoặc quay đều

- Nếu I thay đổi ⇒I1ω1=I2ω2

- Với hệ vật có thể cả I và ω thay đổi khi

đó ∑Iω=c onst

Hoạt động 4 (10’) Vận dụng-Củng cố:

-Giới thiệu bài toán 2, 3 của SGK

trang 17 Nêu gợi ý:

H 1: Viết biểu thức momen động

lượng của hệ trong hai trường

hợp

H 2: Bỏ qua ma sát, trong hai

trường hợp momen động lượng

của hệ thế nào? Suy ra tốc độ góc

của hệ theo yêu cầu bài toán

-Thảo luận nhóm, giải hai bàitoán

-Đại diện nhóm, trình bày kết quả

Bài 2 hình 3.3

L1 = I1ω1 + I2ω2L1 = I1ω + I2ω = (I1+I2)ω

→ω2 > ω1 Chọn A.

Hoạt động 5 (5’) Hướng dẫn về nhà.

- Hướng dẫn HS ôn tập 3 bài bằng bảng tóm tắt chương trang 26

- Ôn tập lại: ĐỘNG NĂNG ở Vật lí 10

- Chuẩn bị bài học số 4

IV Rút kinh nghiệm-Bổ sung:

- Giải được các bài toán đơn giản về động năng của vật rắn trong chuyển động quay

- Vận dụng giải thích một số hiện tượng trong thực tế, biết các ứng dụng của động năng quay trong kĩ thuật

II Chuẩn bị:

1) Giáo viên:

- Dùng các ví dụ, tư liệu, các ví dụ trong thực tế thông qua tranh vẽ, mô hình về chuyển động quay của vật rắn

để khai thác kiến thức có liên quan đến bài học

2) Học sinh:

- Sưu tầm hình ảnh về bánh đà, động cơ đốt trong 4 kì… trên trang web Tìm hiểu động năng quay thông quacon quay đồ chơi, con quay hồi chuyển…

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (10’) Kiểm tra:

GV Nêu câu hỏi kiểm tra và gọi HS kiểm tra Yêu cầu cả lớp theo dõi và phân tích kết quả trình bày của HSđược kiểm tra

? Phát biểu định luật bảo toàn momen động lượng

? Vận dụng giải thích hình ảnh vận động viên nhảy cầu Giải bài tập 4 SGK trang 17

HS: Giải bài toán và trả lời câu hỏi

Hoạt động 2 (20’) Lập biểu thức: Động năng của vật rắn quay quanh một trục.

Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung

-Giới yêu cầu của bài học: (SGK)

-Cho HS xem hình 4.1 để giới

thiệu cho HS thấy mỗi phần tử

quay có một động năng

Nêu câu hỏi gợi ý:

H 1 Động năng của vật rắn quay

-Lưu ý thêm HS hai trường hợp

để giải bài toán

+Động năng của vật rắn bao gồm

+Chứng minh công thức của định

lí động năng theo hướng dẫn củaGV

= ñ-Động năng toàn phần của vật rắn: bao gồmđộng năng quay và động năng chuyển độngtịnh tiến

Hoạt động 3 (10’) Giải bài tập áp dụng.

* Cho HS đọc SGK, mô tả bài

toán và nêu câu hỏi gợi ý

H 1 Khi vận động viên thay đổi tư

thế thì momen quán tính của

người đối với trục quay thế nào?

Vì sao?

H 2 Tốc độ góc của người lúc cuối

thế nào? Vì sao? Dùng công thức

nào để tính động năng của người?

* Cho HS đọc và phân tích nội

dung bài tập số 3 SGK trang 21

-So sánh hai động năng

-Đọc đề bài và phân tích nội dungbài toán

-Trả lời câu hỏi gợi ý

-Cá nhân giải bài toán và trình bàykết quả

-Đọc, phân tích nội dung và thảoluận, giải bài toán

Bài giải của SGK

-Động năng hệ ban đầu:

0

22

Wñ = I +I ω =Iω

Từ (1) và (2):

1 2

Wñ = Wñ

Hoạt động 4 (5’) Hướng dẫn ôn tập-chuẩn bị bài mới.

- Yêu cầu HS giải các bài tập SGK trang 21

- Ôn tập cả chương và chuẩn bị tốt kiến thức đễ vận dụng giải bài tập ở tiết sau

+ Viết đúng tất cả phương trình và công thức

+ So sánh các đại lượng tương ứng của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến

IV Rút kinh nghiệm-Bổ sung:

Tiết 8 Ngày soạn: 20-08-2008

- Chọn bài tập với nội dung cần luyện tập và phương pháp chung để giải bài tập

- Dự kiến những sai lầm HS có thể mắc phải, biện pháp khắc phục

2) Học sinh:

- Ôn tập lại phương pháp ĐLH ở lớp 10

- Ôn tập kiến thức, công thức, phương trình ĐLH

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (10ph) Ôn tập kiến thức cần vận dụng:

GV giới thiệu cho HS bảng tổng hợp kiến thức, sự tương ứng giữa các đại lượng của chuyển động quay vàchuyển động thẳng

HS phân tích, tổng hợp và ghi nhớ kiến thức trong bảng tổng kết chương I

Hoạt động 2 (70’) Giải bài tập.

Tiết 1.

-Giới thiệu bài toán số 1: (20ph)

Nhấn mạnh cho HS nội dung bài:

Tìm I khi biết γ và M tác dụng lên

vật

-Hướng dẫn HS phân tích và giải

bài toán bằng gợi ý:

H 1: phân tích các giai đoạn

chuyển động cùa bánh xe Trong

mỗi giai đoạn, bánh xe chuyển

động thế nào?

H 2: Trong mỗi giai đoạn, hãy viết

công thức, phương trình thích hợp

cho chuyển động

-Cần lưu ý HS: giá trị đại số của

M cho từng giai đoạn chuyển

H 4: Hãy viết công thức tính động

năng của bánh xe quay quanh

trục Ở đây tốc độ góc có giá trị

nào?

+Một HS đọc bài toán 1 (SGK)+HS phân tích, tóm tắt nội dungbài toán

-Thảo luận nhóm, cử đại diệntrình bày kết quả câu a)

-Phân tích, tính toán theo yêu cầu

-Ghi nhận đóng góp của bạn, nhậnxét, đánh giá của GV

-Xác định tổng momen lực tácdụng vào bánh xe

(HS sẽ sai lầm khi tính Mms =0,25 Mi > 0 )

-Thảo luận, chọn giá trị tốc độ góc

ω thích hợp

ω = ωI = 15rad/s

a) Gia tốc góc của bánh xe:

-Giai đoạn quay nhanh dần đều:

(1)

M I

γ

⇒ =

* Nếu M = M1 + Mms Với Mms = -0,25M1Thì γ = γ1 = 1,5 rad/s 2

⇒ I = 10 kg.m2

* Nếu M = Mms = -5 Nm

γ = γ2

⇒ I = 10 kg.m2c) Động năng quay của bánh xe (đầu giaiđoạn quay chậm dần đều)

-Giới thiệu bài toán 2 (15’)

Nêu câu hỏi gợi ý

∆Wđ = A

2 0

10

2Iω F S c

− = với S = R.ϕ

2 0

2 0

2 0

1

.2

1

.2

12

c

I F S

I M

ωϕ

rad s rad

ωωϕ

I = mR = kg m

⇒ M = -0,1 N.mb)Thời gian:

từ ω = 0; ω0 = 10 rad/s

γ = -5 rad/sTìm t ω ω0 2 s

-Giới thiệu mục tiêu của bài toán:

Giải ài toán hệ 3 vật bằng cách

H 2 Góc quay của ròng rọc trong 2

vòng và thời gian quay liên hệ

bằng công thức nào?

H 3 Nhận xét gì về gia tốc của hai

vật và gia tốc tiếp tuyến của một

điểm trên vành ròng rọc? Liên hệ

-Hướng dẫn HS viết phương trình

chuyển động cho 2 vật, thực hiện

những tính toán theo yêu cầu

Chú ý M của T uurA v à T uurB

ngượcchiều nhau

Vẽ hình, phân tích nội dung bàitoán

-Ba HS lên bảng, vẽ các lực tácdụng lên vật A, B và ròng rọc

-Thảo luận nhóm, xác định côngthức, phương trình phù hợp vớichuyển động của mỗi vật

-Suy nghĩ, trả lời các câu hỏihướng dẫn

-Cá nhân luyện tập, trao đổinhóm, trình bày kết quả

-Thảo luận nhóm, viết pt ĐLHcho chuyển động tịnh tiến của vật

A, chuyển động quay của ròngrọc

-Một HS lên bảng thực hiện tínhtoán TA, TB

Gia tốc của hai vật bằng gia tốc bằng giatốc tiếp tuyến của điểm trên vành ròng rọc

a = Rγ = 0,628 m/s2c) Lực căng của dây ở hai bên ròng rọc:-Vật A:P Tur uur+ A=mar

⇒ = −Thay số: TB = 6,03 N

Vì TA = TB: ròng rọc có khối lượng đángkể

d) Nếu không có ma sát:

Hoạt động 3 (15’) Củng cố Hướng dẫn chuẩn bị ở nhà.

2) GV hướng dẫn HS rút ra nhận xét chung qua việc giải bài toán

- Phân tích đúng chuyển động của vật trong một hệ vật

- Xác định đúng các đại lượng đặc trưng cho từng chuyển động

- Viết đúng phương trình ĐLH cho từng chuyển động

- Vận dụng đúng công thức

- Luyện tập tốt kĩ năng phân tích, tổng hợp và tính toán

3) GV yêu cầu HS luyện tập ở nhà

- Giải bài tập: bài 1.1 đến bài 1.38 SBT

- Ôn tập cả chương, chuẩn bị cho tiết kiểm tra

IV Rút kinh nghiệm-Bổ sung:

KIỂM TRA

I.Mục tiêu:

Kiểm tra, đánh giá kiến thức học sinh sau khi được cung cấp những kiến thức cơ bản về chuyển động của vậtrắn quanh một trục cố định

II Nội dung kiểm tra:

Kiến thức trọng tâm chương I

III Hình thức kiểm tra:

Trắc nghiệm khác quan và tự luận

ĐỀ KIỂM TRA Phần 1 Trắc nghiệm khách quan: 7 điểm/ 20 câu.

Câu 1 Phát biểu nào sau đây không đúng?

A) Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật rắn có cùng góc quay

B) Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật rắn có cùng chiều quay.C) Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật rắn đều chuyển động trên quỹđạo tròn

D) Trong chuyển động của vật rắn quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật rắn đều chuyển động trongcùng một mặt phẳng

Câu 2 Trong chuyển động quay có tốc độ góc ω và gia tốc góc γ Chuyển dộng quay nào sau đây là nhanh dần?

A) ω = 3rad/s; γ = 0 B) ω = 3rad/s; γ = -0,5rad/s2

C) ω = -3rad/s; γ = 0,5rad/s2 D) ω = -3rad/s; γ = -0,5rad/s2

Câu 3 Một bánh xe quay đều xung quanh một trục cố định với tần số 3600 vòng/min Tốc độ của bánh xe này là:

A) 120πrad/s B) 160πrad/s C) 180πrad/s D) 240πrad/s

Câu 4 Một bánh xe quay nhanh dần đều từ trạng thái đứng yên Sau 2s nó đạt tốc độ góc 10rad/s Gia tốc góc của

bánh xe là:

A) 2,5 rad/s2 B) 5 rad/s2 C) 10 rad/s2 D) 12,5 rad/s2

Câu 5 Một bánh xe có đường kính 4m quay với gia tốc góc không đổi 4rad/s2, t0 = 0 là lúc bánh xe bắt đầu quay Giatốc hướng tâm của một điểm P trên vành bánh xe ở thời điểm t = 2s là:

A) 16 m/s2 B) 32 m/s2 C) 64 m/s2 D) 128 m/s2

Câu 6 Một bánh xe có đường kính 4m quay với gia tốc góc không đổi 4rad/s2 Gia tốc tiếp tuyến của một điểm P trênvành bánh xe là:

A) 4 m/s2 B) 8 m/s2 C) 12 m/s2 D) 16 m/s2

Câu 7 Phát biểu nào sau đây không đúng?

A) Momen quán tính của vật rắn đối với trục quay lớn thì sức ì của vật trong chuyển động quay quanh trục

đó lớn

B) Momen quán tính của vật rắn phụ thuộc vào vị trí trục quay và sự phân bố khối lượng đối với trục quay.C) Momen lực tác dụng vào vật rắn làm thay đổi tốc độ quay của vật.

D) Momen lực dương tác dụng vào vật rắn làm cho vật quay nhanh dần

Câu 8 Một đĩa tròn, đồng chất có bán kính 2m có thể quay quanh trục đi qua tâm và vuông góc với mặt phẳng đĩa.

Tác dụng vào đĩa một momen lực 960 Nm không đổi, đĩa quay quanh trục với gia tốc góc 3 rad/s2 Khối lượng của đĩalà:

A) m = 960kg B) m = 240kg C) m = 160kg D) m = 80kg

Câu 9 Một ròng rọc có bán kính 10cm, có momen quán tính đối với trục là I = 10-2kg.m2 Ban đầu ròng rọc đangđứng yên, tác dụng vào ròng rọc một lực không đổi F = 2N tiếp tuyến với vành ngoài của nó Gia tốc góc của ròng rọclà:

A) 14 rad/s2 B) 20 rad/s2 C) 28 rad/s2 D) 35 rad/s2

Câu 10 Một thanh nhẹ dài 1m quay đều trong mặt phẳng ngang xung quanh trục thẳng đứng đi qua trung điểm của

thanh Hai đầu thanh có hai chất điểm 2kg và 3kg Vận tốc của mỗi chất điểm là 5m/s Momen động lượng của thanhlà:

A) 7,5kg.m2/s B) 10kg.m2/s C) 12,5kg.m2/s D) 15kg.m2/s

Câu 11 Phát biểu nào sau đây là đúng?

A) Khi một vật rắn chuyển động tịnh tiến thẳng thì momen động lượng của nó đối với trục quay bất kì khôngđổi

B) Momen quán tính của vật đối với một trục quay là lớn thì momen động lượng của nó đối với trục đó cũnglớn

C) Đối với một trục quay nhất định nếu momen động lượng của vật tăng 4 lần thì momen quán tính của nócũng tăng 4 lần

D) Momen động lượng của vật bằng không khi hợp lực tác dụng lên vật bằng không

Câu 12 Coi Trái đất là một quả cầu đồng tính có khối lượng M = 6.1024kg, bán kính R = 6400 km Momen độnglượng của Trái đất trong sự quay quanh trục của nó là:

A) 5,18.1030kgm2/s B) 5,83.1031 kgm2/s

C) 6,28.1032 kgm2/s D) 7,15.1033 kgm2/s

Câu 13 Một đĩa đặc có thể quay xung quanh trục đối xứng đi qua tâm và vuông góc với mặt đĩa Đĩa chịu tác dụng

của một momen lực không đổi M = 3 N.m Sau 2s kể từ lúc đĩa bắt đầu quay, tốc độ góc của đĩa là 24rad/s Momenquán tính của đĩa là:

A) I = 3,6 kgm2.B) I = 0,25 kgm2 C) I = 7,5 kgm2.D) I = 1,85 kgm2

Câu 14 Một momen lực có độ lớn 30Nm tác dụng vào một bánh xe có momen quán tính đối với trục bánh xe là 2

kgm2 Nếu bánh xe quay nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ thì động năng của bánh xe ở thời điểm t = 10s là:

A) Wđ = 18,3KJB) Wđ = 20,2KJ C) Wđ = 22,5KJ D) Wđ = 24,6KJ

Câu 15 Một bánh xe có momen quán tính đối với trục quay cố định là 12kgm2 quay đều với tốc độ góc 30 vòng/phút.Động năng của bánh xe là:

A) Wđ = 360J B) Wđ = 236,8J C) Wđ = 180J D) Wđ = 59,2J

Câu 16 Có hai điểm A, B trên một đĩa tròn quay xung quanh trục đi qua tâm của đĩa Điểm A ở ngoài rìa, điểm B ở

cách tâm một nửa bán kính Gọi vA, vB, γA, γB lần lượt là tốc độ dài và gia tốc góc của A và B Kết luận nào sau đây làđúng?

Câu 18 Chọn câu đúng Một đĩa mài chịu tác dụng của một momen lực khác 0 thì:

A) tốc độ góc của đĩa thay đổi

B) tốc độ góc của đĩa không đổi

C) góc quay của đĩa là hàm bậc nhất của thời gian

D) Gia tốc góc của đĩa bằng 0

Câu 19 Chọn đáp án đúng Hai ròng rọc A và B có khối lượng lần lượt là m và 4m, bán kính của ròng rọc A bằng 1/3

Câu 20 Một vật rắn quay quanh một trục với gia tốc góc không đổi Sau thời gian t kể từ lúc bắt đầu quay, số vòng

quay được tỉ lệ với:

Phần II Tự luận (3 điểm/1 bài toán)

Đề 1 Hai vật có khối lượng m1 = 0,5kg và m2 = 1,5kg được nối với nhau bằng sợi dây nhẹ, không dãn vắt qua một

ròng rọc có trục quay nằm ngang và cố định Ròng rọc có momen quán tính 0,03 kgm2 và bán

kính 10cm Coi dây không trượt trên ròng rọc Bỏ qua ma sát

a) Xác định gia tốc của m1 và m2

b) Tính độ dịch chuyển của m2 trên bàn sau 0,4s kể từ lúc bắt đầu chuyển động

Đề 2 Một đĩa đồng chất bán kính R = 10cm Khối lượng m = 200g quay quanh trục đối xứng của nó Bỏ qua ma sát ở

trục quay Khi đĩa đạt tốc độ góc 30 vòng/giây, người ta hãm nó bằng cách áp má phanh vào mép đĩa với lực ép Qtheo phương của bán kính (hình vẽ) Sau 2s đĩa dừng lại Tính:

a) Số vòng quay của đĩa kể từ lúc hãm

b) Độ lớn của lực ép Q, biết hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa là µ = 0,5

- Vẽ đúng lực tác dụng vào vật của hệ Chọn chiều dương (0.25)

- Viết đúng phương trình ĐLH cho mỗi vật

Vật 1: m1g – T1 = m1a (1) (0,5)Vật 2: T2 = m2a (2) (0,5)

2

0

1 2 60

Chương II DAO ĐỘNG CƠ

MỤC TIÊU

- Thiết lập được phương trình của dao động tự do

- Biết được đặc điểm của dao động điều hòa: lực kéo về tỉ lệ thuận với li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng

- Biết được đặc điểm động học của dao động điều hòa: biên độ, tần số, pha, pha ban đầu, li độ, vận tốc, gia tốc

- Biết biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay, tổng hợp dao động bằng giản đồ vectơ

- Hiểu sơ lược về dao động tắt dần, dao động duy trì và doa động cưỡng bức

- Biết được hiện tượng cộng hưởng và ứng dụng

Tiết 10-11 Ngày soạn: 22-08-2008

DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I Mục tiêu:

1) Kiến thức:

- Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động dao động, dao động tuần hoàn, chu kì

- Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lò xo và dẫn đến phương trình dao động

- Hiểu rõ các đặc trưng của dao động điều hòa: biên độ, pha, pha ban đầu, tần số góc

- Biết biểu diễn một dao động điều hòa bằng vectơ quay

2) Kĩ năng:

- Vận dụng tốt kiến thức về doa động điều hào, từ điều kiện ban đầu suy ra được biên độ, pha ban đầu

- Giải tốt các bài tập về dao động điều hòa

II Chuẩn bị:

1) Giáo viên : chuẩn bị con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang, đồng hồ bấm giây để đo chu kì.

2) Học sinh : Ôn tập về đạo hàm của hàm số, ý nghĩa cơ học của đạo hàm: trong chuyển động thẳng: Vận tốc

của chất điểm bằng đạo hàm của tọa độ theo thời gian; Gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Tiết 1.

Hoạt động 1 (5’) Tìm hiểu DAO ĐỘNG:

-Cho HS quan sát chuyển động

của con lắc dây, con lắc lò xo

→Giới thiệu dao động tuần hoàn

H 2 Thế nào là dao động tuần

hoàn? Thế nào là chu trình?

1.Dao động:

a) Định nghĩa: Dao động là chuyển động

qua lại quanh một vị trí cân bằng

b) Dao động tuần hoàn:

-Dao động có một giai đoạn được lặp lạiliên tiếp và mãi mãi gọi là dao động tuầnhoàn

-Giai đoạn nhỏ nhất được lặp lại gọi làmột dao động toàn phần hay một chu trình.-Chu kỳ T(s): là thời gian vật thực hiệnđược một dao động toàn phần

-Tần số f = 1/T (Hz): là số dao động toànphần vật thực hiện được trong 1 giây

Hoạt động 2 (20’) Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo

H 3 Theo định luật II N, pt chuyển

động của vật được viết thế nào?

Yêu cầu HS nhận xét → kết luận

về dao động điều hòa?

H5 dao động điều hòa là gì?

Trả lời các câu hỏi gợi ý, thiết lập

pt như nội dung SGK

-Ghi nhận giới thiệu của GV

-Trả lời câu hỏi C2, để nghiệm lại

x O

x M

O

b) a)

2) Lập pt ĐLH:

-Lập trục Ox (hình vẽ)Gọi x = OM : li độ-Lực hồi phục (lực đàn hồi) F = -kx (1)-Theo định luật II Niutơn: F = ma (2)(1) và (2): ma = -kx

2

" 0

x x hay x x

ωω

Hoạt động 3 (15’) Tìm hiểu: Các đặc trưng của DĐĐH, đồ thị (li độ) của DĐĐH.

cos

x A= ω ϕt+

Ghi nhận cách vẽ đồ thị theo hình6.4

+ A (dương): biên độ

A = xmax ứng với cos(ω ϕt+ ) =1

(ω ϕt+ ) : pha dao động tại thời điểm t (rad)+ ϕ: pha ban đầu ứng với pha (ω ϕt+ ) vàothời điểm t=0 (rad)

+ ω: tần số góc của dao động (rad/s) hoặc(độ/s)

a) Xác định biên độ, tần số góc, chu kì và tần số của dao động

b) Xác định pha của dao động tại thời điểm t = 0,25s, từ đó suy ra li độ tại thời điểm ấy

Tiết 2.

Hoạt động 1 (5’) Tìm hiểu: Chu kì – Tần số của DĐĐH.

-Yêu cầu Hs quan sát, phân tích

-Giới thiệu cho HS T và f của

DĐĐH Yêu cầu HS lập biểu thức

tính T và f đối với con lắc lò xo

-Phân tích đồ thị và ghi nhận kiếnthức

-Thảo luận, lập công thức tính T

và f của con lắc lò xo

-Thảo luận nhóm, xác định phaban đầu của x, v, a

2)Vận tốc trong DĐĐH

v = x’⇒ v = − ω A sin ( ω ϕ t + )

Vận tốc sớm pha π/2 so với li độ x; x trễpha π/2 so với v

2) Gia tốc trong DĐĐH:

a = v’ = x”⇒ a = − ω2A cos ( ω ϕ t + )

Gia tốc ngược pha với li độ

Hoạt động 3 (20’) Biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay.

-Trình bày nội dung ở cột chính

độ dài là A (biên độ) quay đều quanh điểm

O trong mp chứa trục Ox với tốc độ góc ω.-Ở thời điểm ban đầu t = 0, góc giữa trục

Ox và OMuuuur

là ϕ

thiệu vectơ ur A

(hình 6.6) bằng câuhỏi:

H 1 Ở thời điểm bất kì t, góc giữa

trục Ox và vectơ A OMur uuuur= biểu

diễn đại lượng nào của DĐĐH?

H 2 Xác định độ dài đại số của

hình chiếu vectơ quay OMuuuur trên

trục Ox vào một thời điểm t bất kì

x OP A= = ω ϕt+

-Nêu kết luận của SGK

-Ở thời điểm t, góc giữa trục Ox và OMuuuur làgóc ωt + ϕ

-Độ dài đại số của hình chiếu OMuuuur

trêntrục x sẽ là:

cos

x OP A= = ω ϕt+

Kết luận: Độ dài đại số của hình chiếu trên

trục ox của véc tơ quay biểu diễn dao độngđiều hoà chính là li độ x của dao động

Hoạt động 4 (10’) Điều kiện ban đầu: Sự kích thích dao động Củng cố-Vận dụng.

- Mục này HS có thể tự nghiên cứu GV có thể trình bày một vài VD hướng dẫn HS xác định x và v vào thờiđiểm t = 0, từ đó rút ra kết luận A và ϕ của một DĐĐH phụ thuộc vào cách kích thích dao động

- Hướng dẫn HS giải bài tập số 6: viết pt DĐĐH

+ Lưu ý HS nhớ các giá trị đặc biệt của ϕ ứng với gốc thời gian lúc vật qua vị trí cân bằng:

2

π

ϕ = ±

- Yêu cầu HS chuẩn bị ở nhà:

+ Giải tất cả bài tập SGK trang 35 và SBT

+ Xem trước bài: Con lắc đơn

IV Rút kinh nghiệm-Bổ sung.

CON LẮC ĐƠN - CON LẮC VẬT LÍ.

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Tiết 1 CON LẮC ĐƠN.

Hoạt động 1 (5’) Kiểm tra:

-Dùng hai câu trắc nghiệm phát cho các nhóm chuẩn bị

-Nêu một bài toán với nội dung áp dụng công thức tính T, f của con lắc lò xo Kiểm tra bài tập HS chuẩn bị ởnhà

Hoạt động 2 Tìm hiểu Qui luật dao động của con lắc đơn (35’)

*Cho HS quan sát hình 7.1a Quan sát hình 7.1a Một HS mô tả I Dao động của con lắc đơn

Hướng dẫn HS tìm hiểu cấu tạo

của con lắc đơn

H 1.(Quan sát hình vẽ) Cho biết

con lắc đơn là gì?

H 2 Vị trí cân bằng của con lắc

đơn là vị trí nào? Vật nặng chuyển

H 4 Theo định luật II Niutơn pt

chuyển động của vật được viết

như thế nào? Hãy thực hiện những

biến đổi xác định biểu thức tính

của CLĐ bằng công thức nào?

-Giới thiệu sơ lược về ứng dụng

Thảo luận, trả lời câu hỏi gợi ý

-Thiết lập pt (7.5a) như SGK bằngcách thảo luận nhóm và cá nhânthực hiện

0cos t

α α= ω hay s s = 0cos ω t

1)Con lắc đơn

-Hệ gồm vật nặng có kích thước nhỏ, khối

lượng m, treo ở đầu sợi dây không dãn có

độ dài l, khối lượng không đáng kể.

-Vị trí cân bằng (hình vẽ) vật nặng ở vị trí

O thấp nhất (dây thẳng đứng)-Dao động trên cung ¼ AOB nếu được đưađến A và thả tự do: »

P

ur: thẳng đứng

R

ur: hướng theo MQ

ur: gây ra dao động của vật quanh O.sin

GV: Giới thiệu bài toán 4 SGK trang 40 Hướng dẫn HS:

+ Viết biểu thức tính chu kì của hai con lắc với chiều dài l1 và l2

(Chú ý: gia tốc hai trường hợp bằng nhau).

+ Lập tỉ số hai chu kì, tìm kết quả

HS: Luyện tập và trình bày kết quả

Tiết 2 CON LẮC VẬT LÍ – HỆ DAO ĐỘNG.

Hoạt động 1 (15’) Lập phương trình ĐLH của CLVL.

Yêu cầu HS quan sát hình vẽ 7.3

Nêu câu hỏi gợi ý:

H 1 Con lắc vật lí là gì?

GV vẽ hình 7.3 Giới thiệu chi tiết

trên hình vẽ Yêu cầu HS đọc

SGK để xem cách xây dựng các

công thức 7.12 và 7.13 sau khi

yêu cầu HS trả lời tiếp các câu

hỏi

H 2 Lực nào gây ra dao động của

con lắc? Momen của lực đối với

-Đọc SGK, tìm hiểu cách lập cáccông thức

b)Phương trình dao động:

Với α≤1radthì α α= 0cos(ω ϕt+ )

+Tần số góc: ω = mgd I

d = QG: khoảng cách từ trục quay đếnkhối tâm

Hoạt động 2 (20’) Tìm hiểu về HỆ DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG TỰ DO.

-Phân tích lại dao động của

CLLX; CLĐ (CLVL) cùng với

TĐ yêu cầu HS tìm hiểu: tác dụng

của mỗi vật trong hệ

-Giới thiệu thế nào là hệ dao động

và dùng câu hỏi gợi ý sau để giới

thiệu dao động tự do

-Lò xo: tạo ra lực kéo về gây radao động của vật

*Phát biểu định nghĩa hệ daođộng

*Thảo luận nhóm, tìm hiểu: lựckéo về là nội lực của hệ

+Phát biểu định nghĩa dao động tựdo

2) Hệ dao động:

-Là hệ vật gồm vật dao động cùng với vậttác dụng lực kéo về lên vật dao động

-Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ

có nội lực gọi là dao động tự do hoặc daođộng riêng

-Tần số góc của hệ dao động tự do gọi làtần số góc riêng của hệ ấy

Hoạt động 3 (10’) Củng cố - Dặn dò:

1) GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 1 (câu hỏi khó, nên gợi ý để HS so sánh)

-Dao động của CLVL quanh VTCB là dao động quay Mọi điểm của con lắc đều quay quanh cùng một trục với cùngmột góc quay α cùng tốc độ góc α’ và gia tốc góc α”

-Trong dao động điều hòa quay, góc quay biến đổi theo thời gian; trong dđđh tịnh tiến li độ dài biến đổi theo thờigian Tất cả đều biến đổi theo pt có dạng hàm cos hoặc sin theo t

2) Giới thiệu thêm sự biến thiên T của CLĐ theo nhiệt độ Yêu cầu HS chuẩn bị các bài tập 2.33; 2.35 SBT và tất cảbài tập của SGK

3) Ôn tập lại hai dạng năng lượng: thế năng và động năng

Bài 8 NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I Mục tiêu:

1) Kiến thức:

- Biết cách tính toán và tìm ra biểu thức động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo

- Củng cố kiến thức về bảo tồn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác động của lực thế.

2) Kĩ năng: Cĩ kĩ năng giải bài tập cĩ liên quan, VD tính thế năng, động năng, cơ năng của con lắc đơn.

II Chuẩn bị:

- GV: Kiến thức lượng giác, phiếu học tập với nội dung KT

- HS: Ơn lại khái niệm động năng, thế năng và cơ năng

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

1) Kiểm tra bài cũ : (10ph) Gọi HS kiểm tra Nhận xét kết quả.

Phát phiếu học tập với 4 câu hỏi trắc nghiệm:

2) Giảng bài mới : (45ph)

Hoạt động 1: (30ph): Tìm hiểu SỰ BẢO TỒN CƠ NĂNG.

Hướng dẫn HS tìm hiểu nội dung

bằng những câu hỏi gợi ý

H 1: Nhắc lại khái niệm cơ năng của

vật chuyển động?

GV kết luận :Cơ năng là tổng động

năng và thế năng của vật:

H 2:Nhắc lại mối liên hệ giữa động

năng và thế năng ?

GV kết luận:khi động năng tăng thì

thế năng giảm và ngược lại

1

mv

W d =Cơng thức thế năng

-Ghi nhận kết luận của GV

Phân tích câu hỏi và trả lời:

Hoạt động 2 (10’) Tìm hiểu: Biểu thức của động năng và thế năng trong dao động điều hồ

Hướng dẫn Hs tìm biểu thức

của thế năng trong dao động

điều hồ phụ thuộc theo thời

gian

H 1: Cĩ mấy loại thế năng? Viết

biểu thức của từng loại?

H 2: Xây dựng biểu thức tính thế

năng của con lắc lị xo dao động

điều hồ

H 3:Thế năng của con lắc biến

đổi như thế nào theo thời gian

như thế nào so với li độ

Hướng dẫn Hs tìm biểu thức

của động năng trong dao động

điều hồ phụ thuộc theo thời

gian

H 4:Động năng của con lắc biến

đổi như thế nào theo thời gian

như thế nào so với vận tốc

Làm việc cá nhân: Từphương trình dao động điềuhồ và biểu thức thế năngtổng quát

-Tìm hiểu đồ thị thế năngH8.1( Sgk)và biểu thức thếnăng Rút ra tính chất củathế năng

Làm việc cá nhân: Từphương trình dao động điềuhồ và biểu thức thế năngtổng quát

-Hs nhận xét tính chất củađộng năngdựa vào Hvẽ 8.2

1) Biểu thức thế năng

- Từ biểu thức x=A cos(ωt +ϕ) thay vào

Wt = 22

1

kx ta được:

)(

2cos1(4

1)(

cos2

ϕωϕ

4

1

kA

2)Biểu thức động năng-Từ biểu thức v =-ωAsin(ωt +ϕ) thay vào côngthức Wđ = 2

2

1

mv ta được

)(

2cos1(4

1)(

sin2

cơ năng và nhận xét về sự bảo

tồn cơ năng

H 1: Tìm biểu thức của cơ năng

đối với con lắc đơn và nghiệm

lại ĐLBT cơ năng

1)Biểu thức cơ năng 2 2 2

2

12

1

kA A

m

2) Cơ năng tỉ lệ với bình phương biên độ dao động

0

2 0 22

12

- Bài tập về nhà 2,3,4.SGK trang 43

IV Rút kinh nghiệm - Bổ sung:

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.

I Mục tiêu:

-Củng cố kiến thức về dao động cơ

-Rèn luyện cho HS kĩ năng giải bài tập về động học của dđđh, về con lắc lò xo, con lắc đơn, về năng lượngdao động

Hoạt động 1 Giải bài tập với nội dung:

- Xác định các đại lượng trong dđđh: x, v, a, T, f

- Thực hiện tính toán về năng lượng

GV giới thiệu nội dung bài toán:

Vật có khối lượng m = 100g dđđh theo pt:

1) Xác định biên độ, chu kì, tần số và pha ban đầu của dao động

2) Vào thời điểm nào thì pha dao động đạt giá trị lúc ấy li độ bằng bao nhiêu?

3) Vật qua vị trí x = 1,25cm vào thời điểm nào? Phân biệt thời điểm vật đi qua theo chiều dương, chiều âm?4) Tìm thời gian vật dao động giữa hai vị trí x1 = -1,25cm và x2 = 2,5cm

5) Tìm tốc độ trung bình của vật trong một chu kì dao động và năng lượng của dao động

-Hướng dẫn giải bài toán bằng

việc nêu lần lượt các câu hỏi gợi

ý:

H1 Dạng pt tổng quát của dđđh?

Pt li độ dao động (bài toán) cho ta

xác định được các đại lượng nào?

H2 Đại lượng nào là pha của dao

động? Pha dao động có thay đổi

theo thời gian ?

H3 Biết thời điểm vật qua một vị

trí xác định, có thể xác định vị trí

thế nào?

-Giải thích nội dung câu 3: Vì sao

có nhiều thời điểm vật qua vị trí

xác định?

-Hướng dẫn HS vận dụng kiến

thức lượng giác Lưu ý cách chọn

nghiệm để thỏa điều kiện vẽ chiều

-Xác định (ωt + ϕ) là pha daođộng

Cá nhân thực hiện, giải tìm t ứng

πϕ

H4 Nêu liên hệ giữa chuyển động

tròn đều và dao động điều hòa?

-Dùng mối liên hệ giữa hai

chuyển động, hướng dẫn xác định

thời gian dao động giữa hai vị trí

H5 Thời gian dao động giữa hai vị

trí x1 và x2 và thời gian chuyển

động tròn đều trên cung ¼

M M

như thế nào?

H6 Góc quay α, tốc độ góc ω và

thời gian quay của chuyển động

tròn đều liên hệ bằng biểu thức

nào?

H7.Tốc độ trung bình được xác

định thế nào? Trong một chu kì,

quãng đường vật di chuyển gấp

mấy lần biên độ?

Hướng dẫn HS cách xác định S

một cách tổng quát: (Tính theo x1,

x2 giữa hai vị trí vật dao động

trong thời gian ∆t)

H8 Công thức tính năng lượng?

-Cá nhân thực hiện theo hướngdẫn của GV

Từ hình vẽ, GV hướng dẫn, thảoluận nhóm

π + = − + π

→ = − ++Qua vị trí theo chiều âm:

1

(1)2

| | 1sin

22

x OM

1

3,125.102

E= mω A = − J

Tiết 2.

Bài toán với nội dung:

- Viết pt dao động điều hòa.

- Năng lượng trong dao động điều hòa.

Bài toán: Một lò xo có độ cứng k = 0,01N/cm treo thẳng đứng, đầu dưới lò xo mang vật năng m = 4g

a) Tính chu kì dao động của hệ

b) Đưa vật đến vị trí lò xo không biến dạng rồi buông nhẹ Chọn gốc thời gian lúc thả vật, gốc tọa độ ở vị trícân bằng, trục tọa độ thẳng đứng có chiều dương là chiều lúc vật bắt đầu chuyển động Viết pt dao độngcủa vật (Cho g = 10m/s2; π2 = 10)

c)Xác định vị trí mà ở đó thế năng của vật bằng với động năng

d)Tính lực đàn hồi cực đại và cực tiểu của lò xo trong suốt quá trình dao động

Nêu lần lượt các câu hỏi gợi ý:

H 1 Chu kì dao động của hệ CLLX

tính bằng công thức nào?

H 2 Ở vị trí cân bằng, lò xo như

thế nào? Vị trí của vật lúc bắt đầu

chuyển động xác định thế nào?

Vận tốc của vật là bao nhiêu?

H 3 Trình bày cách viết phương

Có lưu ý gì về việc chọn giá trị ϕ

cho phù hợp nội dung bài toán?

k = 1N/m → T = 0,4 (s)b)Viết pt dao động:

∆ =+ v = 0 ⇒ A = 4.10-2 m

Tính góc ϕ với ϕ là nghiệm của pt:

cos

x A= ω ϕt+

H 5 Viết biểu thức tính cơ năng

(theo thế năng và động năng)

-Giải thích cho HS việc chọn giá

trị x > 0 và x < 0 ở hai bên gốc tọa

bằng công thức nào? Ở vị trí nào

của vật, lực đạt giá trị cực đại, cực

sin

v= −ωA ω ϕt+Với t = 0: x =- 4.10-2m; v = 0

kA kx A

=

⇒ = = ±c)Lực đàn hồi: F = k∆l.

+Ở vị trí thấp nhất: ∆l = ∆l0 + A.

→ Fmax = k(∆l0 + A)

+Ở vị trí cao nhất: ∆l = 0 → Fmax = 0

Hoạt động 2: Củng cố - Dặn dò:

- GV rút ra nhận xét chung về cách giải hai bài toán, rút ra những yêu cầu cơ bản về nội dung bài toán

- Yêu cầu HS giải bài tập ở nhà: SBT VL

IV Rút kinh nghiệm.

Bài 10 DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ DAO ĐỘNG DUY TRÌ

I Mục tiêu:

- Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần doa động cơ học là do ma sát nhớt tạo nên vật cản đối với vật dao động

Ma sát nhỏ dẫn đến tắt dần chậm Ma sát lớn dẫn đến tắt dần nhanh và dẫn đến không dao động

- Biết được: dao động tắt dần chậm có thể coi gần đúng là dao động dạng sin với tần số góc xác định và biên

độ giảm dần theo thời gian

- Biết được nguyên tắc làm cho dao động có ma sát được duy trì

II Chuẩn bị:

- GV: chuẩn bị 4 con lắc lò xo dao động trong các môi trường nhớt khác nhau để HS quan sát trên lớp vẽtrước hình 10.2 trên giấy

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

3) Giảng bài mới : (45ph)

Hoạt động 1: (30ph): Tìm hiểu DAO ĐỘNG TẮT DẦN.

Hướng dẫn HS tìm hiểu nội dung

bằng những câu hỏi gợi ý

H1: Nhắc lại công thức tính cơ năng

của dao động điều hòa?

GV nhắc lại mối liên hệ giữa cơ

năng W và biên độ A và nêu câu hỏi

tiếp

H2: Nếu không có ma sát thì cơ năng

biến đổi thế nào? Biên độ biến đổi

thế nào?

GV kết luận: Không có ma sát thì

dao động điều hòa mãi mãi và đặt

câu hỏi cho trường hợp khác

H 3: Nếu có ma sát thì cơ năng biến

đổi như thế nào? Biên độ dao động

có thay đổi không?

W = kA

-Không đổi

-Ghi nhận kết luận của GV

Phân tích câu hỏi và trả lời:

+ Cơ năng giảm

Dao động tắt dần càng nhanh nếu môitrường càng nhớt

H 4: Nêu nguyên nhân của dao động

tắt dần?

Hướng dẫn HS tìm hiểu thế nào là

môi trường nhớt

H 5: Độ nhớt của môi trường ảnh

hưởng thế nào đến dao động tắt dần?

3) Nếu vật dao động điều hòa chịu thêmtác dụng của lực cản nhỏ thì dao động củavật (hệ vật) tắt dần chậm có thể coi gầnđúng là dao động điều hòa

Hoạt động 2 (10ph) Tìm hiểu: DAO ĐỘNG DUY TRÌ.

Hướng dẫn tìm hiểu cách duy trì dao

-Tìm hiểu cách cung cấp nănglượng qua các ví dụ: đưa võng;

con lắc đồng hồ

II Dao động duy trì:

-Nêu cung cấp thêm năng lượng cho vậtdao động tắt dần để bù lại cho sự tiêu hao

vì ma sát mà không làm thay đổi chu kìriêng của nó thì dao động kéo dài mãi vàđược gọi là dao động duy trì

-Cứ mỗi chu kì ta tác dụng vào vật (trongthời gian ngắn) một lực cùng chiều vớichuyển động để truyền thêm năng lượngcho vật

2) Củng cố - Dặn dò: (5ph)

- Hướng dẫn HS làm bài tập 1, 2 và trả lời câu hỏi trong SGK tramg 51

- Hướng dẫn HS tìm hiểu bài mới: Dao động cưỡng bức

IV Rút kinh nghiệm - Bổ sung:

Bài 11 DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC- CỘNG HƯỞNG

- GV: chuẩn bị thí nghiệm như hình 11.4 để củng cố bài Nếu không thuận lợi, chỉ thông báo kết quả

- HS ôn lại khái niệm dao động, dao động tự do, tần số riêng và phần “Dao động tắt dần có phải là tự dokhông” ở Bài 10, cột phụ

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

4) Kiểm tra : (5ph) nội dung kiểm tra bài:

H1: Thế nào là dao động tắt dần? Nguyên nhân gây dao động tắt dần? Dao động tắt dần có phải là doa động tự

do không?

H2: Thế nào là dao động duy trì? Bằng cách nào cung cấp năng lượng cho hệ để duy trì dao động?

5) Giảng bài mới : (25ph)

Hoạt động 1: (20ph): Tìm hiểu DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC.

Tiến hành thí nghiệm (11.4) Yêu

cầu HS quan sát

-Trình bày vấn đề và nêu câu hỏi gợi

-Quan sát thí nghiệm, trả lờitheo câu hỏi gợi ý

1.Dao động cưỡng bức:

a) Mô tả: SGK

Kết luận về dao động cưỡng bức

Bây giờ vật nặng đứng yên ở vị trí

cân bằng, ta tác dụng lên vật ngoại

lực F biến đổi điều hòa theo thời

gian

F = Fo cosΩt và xét xem vật chuyển

động thế nào?

H1: Chuyển động của vật dưới tác

dụng của ngoại lực nói trên như thế

nào?

-Cho HS quan sát đồ thị dao động

-Thay đổi biên độ và tần số ngoại

lực, yêu cầu HS quan sát

H2: Dao động có đặc điểm gì?

-Hướng dẫn HS tìm hiểu về biên độ,

tần số của dao động cưỡng bức

Hoạt động 2 (10ph) Tìm hiểu: CỘNG HƯỞNG.

Giới thiệu đường biểu diễn A theo Ω

của ngoại lực (11.2)

H1: Theo dõi đường biểu diễn, em

thấy được điều gì?

H2: Điều kiện để cộng hưởng xảy

-Nêu điều kiện để cộng hưởngxảy ra

-Quan sát hình 11.3 Phân tíchảnh hưởng của ma sát

Hoạt động 3 (10ph) Tìm hiểu sự tương quan giữa dao động cưỡng bức và dao động duy trì

Mục này dùng củng cố kiến thức hai

bài 10 và 11

H1: Hãy phân biệt điểm khác nhau

giữa dao động cưỡng bức và dao

động duy trì Phân tích đặc điểm của

ngoại lực gây ra dao động

H2: Phân biệt dao động cưỡng bức

+ Dao động cưỡng bức: tần sốgóc ω của ngoia5 lực bất kì

-Tham khảo ứng dụng của daođộng cưỡng bức

-Ghi nhận những ứng dụng GVphân tích và tổng kết nội dungbài học

SGK

IV Rút kinh nghiệm - Bổ sung:

- Hiểu được tầm quan trọng của độ lệch pha khi tổng hợp dao động

-Có kĩ năng dùng phương pháp giản đồ Fresnen để tổng hợp 2 dao động cùng tần số

II Chuẩn bị:

- HS ôn tập cách biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

6) Kiểm tra: (5ph) kiểm tra nội dung bài bằng câu hỏi:

H 1: Thế nào là sự cộng hưởng? Sự cộng hưởng có lợi hay có hại?

H 2: Việc tạo nên dao động cưỡng bức khác với việc tạo nên dao động duy trì thế nào?

7) Giảng bài mới:

Hoạt động 1: (5’): Tìm hiểu

ĐỘ LỆCH PHA CỦA 2 DAO ĐỘNG CÙNG TẦN SỐ GÓC

GV giới thiệu 2 dao động điều hòa

và OMuuuuur2

Thảo luận, trả lời câu hỏi

-Hai dao động cùng tần số góc,khác pha ban đầu

-Lập biểu thức hiệu số pha

∆ϕ = (ωt + ϕ1) - (ωt + ϕ2)-Ghi nhận phần giới thiệu củaGV

-Vẽ vị trí góc ∆ϕ trên giản đồvectơ

I Độ lệch pha giữa hai dao động:

Hai dao động:

x1 = A1cos(ωt + ϕ1)x2 = A2cos(ωt + ϕ2)Gọi ∆ϕ: độ lệch pha giữa 2 dao động

+ ∆ϕ = 0: hai dao động cùng pha

+ ∆ϕ = π: hai dao động ngược pha

Hoạt động 2 (10’) Tìm hiểu: TỔNG CỦA 1 HÀM DẠNG SIN CÙNG TẦN SỐ GÓC.

PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN

GV nêu cách làm: muốn cộng hai

b) Vẽ vectơ OM OMuuuur uuuuur uuuuur= 1+OM2

biểu diễn x = x1 + x2

c) Chứng minh vectơ OMuuuur là vectơ

biểu diễn dao động tổng hợp x = x1

+ x2

* Hướng dẫn HS bằng gợi ý:

H1: Vectơ tổng OM uuuur

thế nào khicác vectơ OM uuuuur1

, OM uuuuur2

quay cùngtần số góc?

H4: Nhận xét dao động tổng hợp?

HS thực hiện trên giấy nháp

-Vẽ 2 vectơ OMuuuuur1↔ x1, OMuuuuur2

và OMuuuur

trên trụcOx

- Rút ra kết luận: OMuuuur quayquanh O với tốc độ góc ω, độdài không đổi

-Nhận ra biểu thức của daođộng tổng hợp

Cho hai hàm dạng:

x1 = A1cos(ωt + ϕ1)x2 = A2cos(ωt + ϕ2)Tìm biểu thức tổng:

x = x1 + x2 bằng phương pháp giản đồvectơ Fresnen

Vectơ OM uuuur

chính là vectơ quay biểu diễntổng của x1 và x2, quay đều quanh O vớitốc độ góc ω như hai vectơ OMuuuuur1

, OMuuuuur2.Biểu thức của dao động tổng hợp: x =Acos(ωt + ϕ)

Hoạt động 3 (15ph) Lập biểu thức biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp.

∆ϕ = ϕ1 - ϕ2

H3: góc ϕ trong phương trình dao

·(Ox,OM)

ϕ = uuuur với:

A sin A sintan =

*x1 và x2 cùng pha: ϕ1 - ϕ2 = k2π Khiđó:Amax = A1 + A2

H1: hai dao động x1 và x2 ở trên, dao động nào sớm

pha hơn? Sớm bao nhiêu?

H2: Dùng công thức… giải bài toán trên

Hướng dẫn HS dùng giản đồ vectơ thực hiện giải bài

=Phương trình dao động tổng hợp:

• Yêu cầu HS ôn tập cả chương để vận dụng cho tiết bài tập sau

• Chuẩn bị 15’ kiểm tra ở tiết sau

IV Rút kinh nghiệm - Bổ sung:

Tiết 20 Ngày soạn: 15-09-2008

BÀI TẬP

I.Mục tiêu:

-Vận dụng phương pháp vec tơ quay, tổng hợp các dao động điều hòa cùng tần số góc

-Luyện tập cho HS kĩ năng phân tích, tổng hợp và tính toán Qua đó giúp HS hiểu dao động tổng hợp vẫn làmột dao động điều hòa, các phép toán về dao động điều hòa vẫn áp dụng cho dao động tổng hợp

1. GV phát phiếu học tập với nội dung bài tập cần luyện tập

Bài 1 Một vật thực hiên đồng thời hai doa động điều hòa: 1 4 cos 2 ; 2 3cos 2 ( )

b) Xác định vận tốc của vật khi đi qua vị trí cân bằng

Bài 2 Vật m = 100g thực hiện đồng thời ba dao động:

2. HS luyện tập cá nhân, thảo luận nhóm tìm cách giải GV hướng dẫn : (35’)

*GV nêu câu hỏi gợi ý:

H1 Dao động 1

2

4cos 2

23cos 2

πππ

bằng các vectơ quay thế nào? Vẽ các vectơ ấy

H2 Biên độ và pha ban đầu dao động tổng hợp xác

định bằng công thức nào? Có thể tính từ giản đồ

vectơ được không?

+ HS vẽ hai vectơ OM OM uuuur uuuuur1; 2

*GV nêu câu hỏi:

H1 Bằng cách nào có thể tổng hợp được 3 dao động

+ HS thảo luận, trình bày cách vẽ các vec tơ

OM OM OM v OMuuuur uuuuur uuuuur uuuur

Một đại diện HS lênbảng vẽ giản đồ vectơ và thực hiện tính toán A và ϕ

+ HS phát hiện: vectơ OM uuuuur12

có độ dài bằng độ dàivec tơ OM OMuuuur uuuuur1; 2

vì ∆OM1M12 đều

-GV gọi HS thực hiện những tính toán độ dài các vec

tơ trên giản đồ Nhận xét và rút ra kết luận về những

thuận lợi khi tính A, ϕ với các dđđh có biên độ và

pha ban đầu đặc biệt

H3 Hãy tính biên độ và pha ban đầu của dao động

tổng hợp từ giản đồ vec tơ Frenen

+ Tính biên độ dao động tổng hợp A12 từ giản đồ:

A A

π ϕ

uuuuruur uuuur

b) Năng lượng: 1 2 2 4

32.102

W= mω A = − J

3) Tổng kết nội dung bài học: (8’)

- GV gợi ý HS nhận xét chung nội dung bài tập về dao động tổng hợp

- GV tổng kết và lưu ý về phương pháp vec tơ quay:

+ Có thể tổng hợp nhiều dao động điều hòa

+ Cho phép xác định nhanh biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp ở một số trường hợp đặc biệt.+ Lưu ý HS vẽ chính xác các vec tơ thành phần, vận dụng một số kiến thức toán hình học trong việc giải toán

4) Hướng dẫn chuẩn bị bài mới: (2’)

+ Xem trước bài số 13

+ Ôn tập nội dung: Dao động của con lắc lò xo-con lắc đơn Công thức tính chu kì dao động, tìm phương ánthí nghiệm xác định chu kì dao động của mỗi con lắc

1) Kiến thức:

- Củng cố kiến thức về dao động cơ học

- Hiểu phương án thí nghiệm xác định chu kì của con lắc đơn và con lắc lò xo thẳng đứng

- Tìm được gia tốc trong trường từ kết quả thí nghiệm với con lắc đơn

2) Kĩ năng:

- Rèn luyện các kĩ năng thí nghiệm, kĩ năng lắp ráp, bố trí dụng cụ thí nghiệm

- Tiến hành tốt thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí số liệu; rèn luyện kĩ năng hoạt động nhóm trong thực hànhthí nghiệm

II.Chuẩn bị:

1)Giáo viên:

- Chuẩn bị các dụng cụ theo nội dung của bài thực hành

- Tiến hành trước thí nghiệm

- Chuẩn bị mẫu báo cáo thí nghiệm cho HS

2)Học sinh:

- Ôn tập các khái niệm về con lắc đơn, con lắc lò xo, điều kiện về dao động nhỏ, các công thức về dao độngcủa con lắc đơn và con lắc lò xo.

- Nghiên cứu trước bài thực hành để hiểu rõ cơ sở lí thuyết của các thí nghiệm

III.Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (5’) Kiểm tra:

-GV nêu câu hỏi: Viết biểu thức xác định chu kì dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo Khi nào có thể coi dao độngcủa con lắc đơn là doa động điều hòa?

-GV nêu vấn đề bài mới:

+ Gia tốc trọng trường thay đổi theo độ cao và vĩ độ

+ Xác định chu kì của con lắc đơn để xác định gia tốc tại một vị trí được không?

Hoạt động 2 (35’) Thiết kế phương án thí nghiệm:

GV yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm xác

định chu kì dao động của con lắc đơn bằng những

câu hỏi gợi ý:

H1 Phải có những dụng cụ nào để tiến hành thí

nghiệm?

H2 Hãy thiết kế các bước tiến hành thí nghiệm?

H3 Để con lắc dao động điều hòa, phải tiến hành

+ Một thước đo độ dài

+ Hai quả nặng có móc treo

*Từ dụng cụ, các nhóm thảo luận đề ra các bước tiến hànhthí nghiệm

Bước 1 Tạo môt con lắc đơn với độ dài dây treo cỡ 75cm và

quả nặng cỡ 50g, treo vào giá đỡ sao cho dây treo gần sát vớitấm chỉ thị (theo hình 13.1 SGK)

Bước 2 Cho con lắc dao động với góc lệch α0 vào khoảng 5 0

và điều chỉnh sao cho mp dao động song song với tấm chỉthị Đo thời gian t khi con lắc thực hiện 20 dao động, lập lại 2lần để có giá trị t1, t2

Bước 3 Thay thế quả nặng 50g bằng quả nặng 20g, lập lại

-Các nhóm nhận mẫu bào cáo, ghi nhận số liệu TN

-Thực hiện xong, bàn giao dụng cụ TN cho GV

Hoạt động 4 (15’) Báo cáo kết quả thí nghiệm:

Hướng dẫn HS xử lí số liệu thí nghiệm và viết báo

cáo theo mẫu in sẵn

Cá nhân mỗi nhóm tính toán số liệu và ghi báo cáo TN

Hoạt động 5 (10’) Củng cố-Dặn dò:

GV nêu câu hỏi củng cố bài:

H 1 Nếu làm TN xác định chu kì của CLLX ở chân

núi và đỉnh núi khi cho con lắc dao động thẳng đứng,

giá trị ở nơi nào lớn hơn? Vì sao?

H 2 Giải bài tập 1, 2, 3 SGK trang 65

H 3 Ôn lại kiến thức về pt dđđh của CLLY, các đại

lượng đặc trưng của chuyển động

-Cá nhân suy nghĩ, trả lời

-Ghi nhận những chuẩn bị ở nhà

IV Rút kinh nghiệm Bổ sung:

Chương III

SÓNG CƠ

Mục tiêu

- Nêu được định nghĩa sóng cơ Phân biệt được sóng dọc, sóng ngang

- Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng cơ

- Nêu được ý nghĩa các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ

- Lập được phương trình sóng Dựa vào phương trình này nêu được tính tuần hoàn theo không gian và thờigian của sóng

Tiết 23-24.

Ngày soạn: 25-09-2008

Bài 14

SÓNG CƠ – PHƯƠNG TRÌNH SÓNG I.Mục tiêu:

1) Kiến thức:

- Hiểu được hiên tượng sóng cơ, nắm được định nghĩa sóng cơ

- Quan sát thí nghiệm về sóng dọc, sóng ngang, từ đó phân biệt được sóng dọc, sóng ngang

- Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng cơ

- Nêu được ý nghĩa các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ: biên độ, chu kì, tốc độ truyền sóng, bước sóng

- Lập được phương trình sóng Từ pt nêu được tính tuần hoàn theo thời gian và theo không gian

2) Kĩ năng:

- Từ TN, rút ra kết luận về chuyển động của mỗi phần tử môi trường và chuyển động lan truyền của sóng

- Giải thích hiện tượng vật lí về sóng, tốc độ truyền sóng và bước sóng

Ôn tập kiến thức về dđđh của CLLX: các đại lượng đặc trưng và pt dao động

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

1) Vấn đề bài mới:

GV trình bày: hằng ngày ta thường nghe nói đến sóng nước, sóng âm, sóng điện do các đài phát truyền đi.Vậy sóng là gì? Sóng có những tính chất gì?

2) Giảng bài mới:

Tiết 1 Sóng cơ-Những đặc trưng của sóng.

Hoạt động 1 (20’) Tìm hiểu sóng cơ:

-Gv cho HS xem hình ảnh mặt nước khi

có một viên đá ném xuống (qua hệ

thống máy chiếu nếu có) Yêu cầu HS

mô tả hiện tượng

-Cho HS xem hình ảnh sóng nước trong

kênh tạo sóng

-Nêu câu hỏi giúp HS tìm hiểu hiện

tượng sóng cơ

H 1 nhận xét gì về chuyển động của mỗi

phần tử môi trường truyền sóng khi có

chuyển động lan truyền sóng trong môi

trường

-Gv bỏ một miếng xốp vào mặt nước và

tiến hành TN cho HS quan sát

H 2 Sóng cơ là gì?

H 3 Nhận xét gì phương dao động của

phần tử môi trường và phương truyền

sóng? (Sau khi làm TN mô tả sóng trên

mặt nước và sóng dọc theo lò xo)

H 4 Môi trường nào thì truyền được

sóng ngang; môi trường nào truyền

được sóng dọc?

Cho HS quan sát hình 14.3 Nêu câu

hỏi gợi ý để HS giải thích sự tạo thành

sóng cơ

H 5 giữa các phần tử của sợi dây đàn

hồi có lực liên kết không? Lực đó là lực

Quan sát mô tả hiện tượng:

-Mặt nước xuất hiện những vòngtròn đồng tâm, lồi, lõm xen kẽ, lanrộng dần → sóng nước

HS đưa ra nhận xét:

1-Các phần tử môi trường lan truyền

đi khi sóng lan truyền

2-Các phần tử môi trường dao độngtại chỗ khi sóng lan truyền

-Khi phần tử 0 dao động, lực liên kết

I Hiện tượng sóng:

1)Khái niệm sóng cơ: là những

dao động lan truyền trong môitrường

*Hai loại sóng cơ:

2) Sự tạo thành sóng cơ:

-Sóng cơ được tạo thành nhờ lựcliên kết đàn hồi giữa các phần tửcủa môi trường truyền dao động.-Phần tử ở xa tâm dao động trễpha hơn

H 6 Phần tử 0 được truyền dao động

theo phương thẳng đứng có chu kì dao

Hoạt động 2 (25’) Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng.

-GV yêu cầu HS đọc mục 2, nêu câu

hỏi để HS tìm hiểu các đại lượng đặc

trưng của chuyển động sóng

-Mục chu kì, tần số, biên độ sóng HS tự

tìm hiểu Nêu câu hỏi để HS rút ra nhận

xét

H 1 So sánh chu kì và tần số của các

phần tử môi trường với chu kì, tần số

của nguồn gây ra dao động?

II Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng.

SGK

Hoạt động 3 (35’) Lập pt truyền sóng – Suy ra tính chất của sóng.

GV nêu vấn đề để lập pt sóng

+ Một phần tử O dao động điều hào, li

độ biến thiên theo thời gian u = Acosωt

thì điểm M cách O một khoảng x có pt

dao động thế nào?

Nêu câu hỏi gợi ý:

H 1 Dao động của điểm M sớm pha hay

trễ pha hơn dao động của điểm O?

H 2 Xác định thời gian dao động truyền

từ O đến M?

H 3 Nhận xét gì về li độ dao động tại M

so với li độ dao động tại O?

-Gọi một HS lên bảng thiết lập phương

H 1 Một điểm P trên đường truyền sóng

có tọa độ x = d, sau khoảng thời gian

bằng bao nhiêu thì điểm P thực hiện

thêm được một dao động toàn phần?

H 2 Xét một thời điểm t0 bất kì, sau

quãng đường bao nhiêu thì hình dạng

+Nhận ra: li độ uM tại M vào thờiđiểm t bằng li độ uo tại điểm O vào

thời điểm t – x

v

+Một HS lên bảng lập pt

+HS theo dõi, nêu nhận xét

HS đọc SGK, thảo luận nhóm, phântích hai trường hợp

1) Xét một phần tử tại P với x = dxác định Khi đó

+ Giả sử li độ u của O:

2 cos

(SGK)

- GV nêu bài toán ví dụ: SGK trang 76.

- Cho HS thảo luận, nêu cách giải bài

- GV hướng dẫn HS chuẩn bị cho tiết

học sau: xem lại nội dung:

1) Kiến thức:

- Mô tả được hiện tượng về phản xạ sóng và hiện tượng sóng dừng trên lò xo và dây đàn hồi

- Giải thích được sự tạo thành sóng dừng

- Phân biệt được những điểm nút và những điểm bụng

- Vận dụng để giải bài toán xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng khi có sóng dừng trên dây

2) Kĩ năng: Giải thích được hiện tượng vật lí.

II Chuẩn bị:

1) Giáo viên:

- Lò xo để làm sóng ngang và sóng dọc

- Kênh sóng nước (nếu có)

- Bộ thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn hồi

2) Học sinh: Ôn tập về phương trình sóng

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (5’) Kiểm tra:

GV tiến hành TN với lò xo theo hình

15.1 Nêu câu hỏi gợi ý để HS nhận ra

kiến thức:

H 1 Gây một biến dạng trên lò xo Hiện

Quan sát TN, mô tả hiện tượng-Biến dạng truyền đến đầu cố địnhcủa lò xo bị truyền ngược lại

I Sự phản xạ sóng:

-Mục a, b của SGK

tượng gì xảy ra khi biến dạng truyền

đến đầu cố định của lò xo?

H 2 Nhận xét gì về chiều biến dạng khi

biến dạng truyền ngược lại?

GV giới thiệu biến dạng bị phản xạ

H 3 Nếu đầu A dđđh, hiện tượng gì xảy

ra trên lò xo?

H 4 Sóng tới và sóng phản xạ có đặc

điểm gì?

Thay đổi tần số dao động của đầu A,

gọi HS quan sát hình ảnh lò xo yêu cầu

HS mô tả hiện tượng quan sát được

GV thông báo về hiện tượng sóng

dừng

-Biến dạng truyền ngược lại ngượcchiều biến dạng truyền tới

-Có sóng tới và sóng phản xạ trên lòxo

Quan sát và mô tả hình ảnh lò xo: cóđiểm luôn đứng yên, có điểm luôndao động với biên độ lha1 lớn xen kẽnhau

-Sóng tới và sóng phản xạ cùngtần số và cùng bước sóng

-Đầu phản xạ cố định: sóng phản

xạ ngược pha với sóng tới

II Sóng dừng: SGK Hoạt động 3 (15’) Giải thích sự tạo thành sóng dừng trên dây.

GV nêu câu hỏi gợi ý:

H 1 (vẽ hình 15.3) Khi một đầu dây dao

động điều hòa thì phần tử tại M thực

hiện những doa động từ đâu truyền tới?

GV giới thiệu pt sóng tới tại B

cos 2

B

u = A π ft

H 2 Phần tử tại M dao động sớm hay trễ

pha hơn so với sóng tới?

H 3 Sóng phản xạ tại B có đặc điểm gì?

H 4 Đầu B cố định, pha dao động của

sóng phản xạ tại như thế nào? (so với

H 6 Hãy xác định vị trí những điểm dao

động cực đại, những điểm không dao

3) Vị trí điểm nút, điểm bụng

Hoạt động 4 (10’) Tìm hiểu điều kiện để có sóng dừng.

Nêu câu hỏi gợi ý

H 1 Nếu dây có hai đầu cố định thì ở hai

đầu là nút hay bụng sóng?

H 2 Hai nút hoặc hai bụng sóng liên tiếp

cách nhau bao nhiêu? (tính theo bước

sóng)

H 3 Nếu trên dây có hai đầu cố định ta

đếm được n bụng sóng thì chiều dài dây

bao nhiêu?

H 4 Nếu dây có một đầu cố định, một

đầu tự do thì mỗi đầu dây là nút hay

bụng sóng?

H 5 Chiều dài dây liên hệ thế nào với số

bụng sóng và bước sóng?

Thảo luận và trả lời câu hỏi gợi ý

-Hai đầu dây cố định là nút

-Hai nút liên tiếp cách nhau

2 λ

-chiều dài dây là n

2

λ

2

l n= λvới n = 1, 2, 3…

2) Dây có một đầu cố định, mộtđầu tự do:

2) Yêu cầu HS giải bài tập 1, 2, 3, 4 SGK trang 83.

3) Nêu những nội dung chuẩn bị cho tiết sau

IV Rút kinh nghiệm.

-Đưa ra dự đoán về vân thoa được tạo thành trên mặt nước khi có sự gặp nhau của hai sóng

-Dùng phương trình sóng và qui luật tổng hợp sóng kiểm tra dự đoán bằng lí thuyết

-Nêu được điều kiện để có hiện tượng giao thoa

-Mô tả hiện tượng nhiễu xạ sóng

-Vận dụng tốt kiến thức về giao thoa để giải thích những hiện tượng về giao thoa sóng

2) Kĩ năng: Giúp HS quan sát, phân tích và tổng hợp kiến thức khi phân tích một hiện tượng vật lí, đưa ra

những dự đoán có căn cứ khi quan sát một hiện tượng trên cơ sở kiến thức vật lí, vận dụng và giải thích

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 (10’) Kiểm tra:

+ GV dùng phiếu học tập đã chuẩn bị nội dung kiểm tra HS được gọi kiểm tra trình bày kiến thức được kiểmtra

+ Nội dung kiểm tra bao gồm:

- Đặc điểm của sóng phản xạ so với sóng tới

- Viết được pt sóng phản xạ tại một vị trí

- Viết đúng pt sóng dừng, suy ra biên độ sóng tại một vị trí

- Xác định đúng vị trí điểm dao động cực đại (bụng) và đứng yên (nút)

- Vận dụng tốt điều kiện để có sóng dừng bằng bài toán TN

Hoạt động 2 (30’) Giảng bài mới:

Nội dung 1: (25’) Tìm hiểu Sự giao thoa của hai sóng trên mặt nước

Nêu câu hỏi gợi ý:

H 1 Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu cho hai

nguồn S1, S2 cùng tần số, cùng pha dao

động trên mặt nước của một khay

nước?

H 2 Nếu xét một điểm M trên mặt nước,

dao động điểm M được truyền từ đâu

đến? Bằng lí thuyết có thể kiểm tra dao

động của M như thế nào?

Gợi ý cho HS dự đoán

H 3 Nếu xem biên độ sóng không đổi,

hai dao động thành phần tại M do S1, S2

truyền đến có dạng thế nào?

H 4 Xác định độ lệch pha của hai dao

động thành phần tại M

H 5 Dao động tổng hợp tại M có biên

độ được xác định như thế nào?

H 6 Xác định vị trí những điểm dao

động cực đại và cực tiểu Nhận xét?

H 7 xác định quỹ tích những điểm M

với biên độ cực đại và quỹ tích những

điểm M không dao động?

Lưu ý HS vị trí những điểm dao động

cực đại hoặc cực tiểu ứng với k = 0; ±1;

…

-Hướng dẫn HS thiết kế phương án TN

kiểm tra những dự đoán lý thuyết

-Hướng dẫn HS quan sát và rút ra kết

luận

-GV thông báo:

+ Nguồn kết hợp

+ Thế nào là hiện tượng giao thoa

+ Điều kiện để có hiện tượng giao thoa

Thảo luận nhóm, đưa ra dự đoán

-Có hai sóng truyền đi, gặp nhau

-Có điểm dao động với biên độ cựcđại hoặc đứng yên

-Tại M có hai dao động từ S1, S2truyền đến Có thể M dao động cựcđại hoặc đứng yên

-Một HS lên bảng viết pt dao độngtại M do S1, S2 truyền đến

-Thảo luận nhóm, ôn kiến thức cũ đểvận dụng xác định độ lệch pha củahai dao động tại M và biên độ daođộng tổng hợp tại M

-Một HS lên bảng xây dựng các biểuthức

-Dựa vào độ lệch pha của hai daođộng cùng pha và ngược pha, lậpbiểu thức xác định vị trí những điểmdao động cực đại hoặc cực tiểu

-Thảo luận nhóm, báo cáo kết quả:

có hai họ đường cong hyperbol tậphợp những điểm dao động cực đại,cực tiểu xen kẽ, cách đều nhau

-Cùng với GV bố trí thí nghiệm kiểmtra, quan sát và rút ra kết luận

M d1 d2

S1 S2S1, S2 hai nguồn cùng tần số, cùngpha, hai sóng tạo thành có cùngbước sóng

1 2 cos 2

u =u =a π ft

Dao động S1, S2 truyền đến M cópt:

1 1

2 2

2)Dao động tổng hợp tại M cóbiên độ:

+ Điều kiện để có hiện tượng giaothoa

Nội dung 2 (5’) Tìm hiểu Sự nhiễm xạ và ứng dụng của hiện tượng giao thoa

GV yêu cầu HS đọc SGK và trả lời

câu hỏi để tìm hiểu ứng dụng của

hiện tượng giao thoa

H Nếu không quan sát được quá

trình sóng, dựa vào hiện tượng nào

- Yêu cầu HS làm bài tập TN trong phiếu học tập đã chuẩn bị

- Hướng dẫn HS ôn tập và chuẩn bị cho bài mới: Xem lại kiến thức về âm ở lớp 7

M1, M2: hai điểm dao động cực đại liền kề trên đoạn nối 2 nguồn dao động

-Giải bài toán về sóng xoay quanh các nội dung:

+ Liên hệ giữa vận tốc, chu kì và bước sóng

+ Phương trình sóng tại một điểm

-Luyện tập cho HS kĩ năng phân tích, tổng hợp kiến thức thực hiện tính toán nhanh và chính xác

II Chuẩn bị:

GV: Chuẩn bị nội dung bài toán theo yêu cầu cần luyện tập

HS: Ôn tập kiến thức bài học: sóng cơ, phương trình sóng tại một điểm

III Tổ chức các hoạt động dạy học:

Hoạt động 1 Ôn tập kiến thức để vận dụng trong bài toán (5’)

*GV nêu câu hỏi ôn tập:

H 1 Công thức liên hệ giữa bước sóng, vận tốc và tần

số của sóng?

H 2 Phương trình sóng tại một điểm có thể viết như

thế nào? Điều kiện nào để viết pt sóng?

GV nhắc lại cho HS cách viết pt sóng tại một điểm,

xác định đúng qui luật liên hệ giữa pha sóng tại điểm

xét và pha sóng tại nguồn

Một HS lên bảng, thực hiện theo yêu cầu, HS sẽ viết lênbảng:

- Công thức v

vT f

λ = =

- HS thảo luận, trả lời:

+ Phải viết pt sóng tại điểm gốc

+ Xác định đúng pha sóng tại điểm xét

Hoạt động 2 giải bài toán (35’)

1) GV phát phiếu học tập có bài tập cần luyện tập đã chuẩn bị sẵn cho HS

Nội dung bài toán:

Bài 1 Một người nhận thấy rằng khoảng cách giữa hai ngọn sóng biển liên tiếp là 2m, và trong 10 giây một phao nhô

lên 5 lần Tính vận tốc truyền của sóng biển

Bài 2 Phương trình của một sóng ngang truyền trên dây sắt dài có pt: u=6cos 0,02( πx+4πt) (cm s; )

Xác định:

a) Biên độ, bước sóng, tần số, tốc độ

b) Li độ u tại x = 50cm lúc t = 0,05s

Bài 3 Một sóng ngang truyền theo pt dạng sin theo chiều dương của trục Ox với bước sóng 10cm, tần số 400Hz, biên

độ 2cm và pha ban đầu bằng 0 tại O

a) Viết phương trình sóng

b) Xác định tốc độ truyền sóng

c) Tìm hiệu tọa độ của hai điểm gần nhất có độ lệch pha là π/2

* Hướng dẫn giải bài toán 1 bằng những câu hỏi gợi

ý

H 1 Nơi phao nhô lên cao, mặt nước nơi đó thế nào?

Phần tử nước tại đó có li độ dao động thế nào?

H 2 Thời gian quan sát phao nhô lên n lần liên quan

đến chu kì sóng như thế nào?

H 3 Quãng đường sóng truyền giữa hai ngọn sóng

biển là gì?

H 4 Công thức nào dùng tính được vận tốc sóng?

+ Thảo luận nhóm, phân tích hướng dẫn của GV, cá nhânthực hiện giải bài toán số 1

- Ở vị trí phao nhô lên ứng với vị trí có li độ dao động cựcđại của phần tử môi trường

- Thời gian giữa 2 lần phao nhô cao bằng một chu kì daođộng của phần tử môi trường

- Một HS giải bài toán trên bảng

*Hướng dẫn giải bài toán 2

H 1 Pt sóng tổng quát có thể viết dưới dạng thế nào?

So sánh với pt của đề bài toán, có thể biết giá trị của

đại lượng nào?

H 2 Tìm li độ ở một vị trí và thời điểm xác định bằng

cách nào?

GV nhận xét về nội dung và bài giải của HS, rút ra

kết luận về cách giải bài toán

-Thảo luận nhóm, viết pt dạng tổng quát của sóng

*Hướng dẫn giải bài toán 3

H 1 Với những đặc trưng của sóng đã biết, viết pt

sóng tại O

+Chú ý: hướng dẫn HS xác định điểm gốc

H 2 Tính tốc độ truyền sóng từ công thức nào?

H 3 Viết pt sóng tại hai điểm có tọa độ x1, x2 Suy ra

độ lệch pha của sóng giữa hai điểm đó

Cho HS nhận xét về độ lệch pha của dao động tại 2

vị trí có

2

π ϕ

2 2

ϕλ

∆ = ⇒ − =

Hoạt động 3 (5’) Củng cố - Bài tập về nhà:

GV: -Nhận xét chung về cách giải các bài toán

-Nêu bài tập về nhà: Phát phiếu học tập đã chuẩn bị

-Hướng dẫn HS chuẩn bị bài mới

HS: ghi nhận những chuẩn bị ở nhà