Tiết 4: Con lắc lò xo

- Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo.. - Biết cách tính toán và tìm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo - Viết được công thức tính chu kỳ

Ngày soạn : … /…….

CON LẮC LÒ XO

I MỤC TIÊU:

- Nêu được con lắc lò xo, con lắc đơn, con lắc vật lý là gì?

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

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

- Viết được công thức tính chu kỳ dao động của con lắc lò xo

• Kĩ năng: Vận dụng giải được các bài toán về con lắc lò xo

* Giáo dục : Nhận thức đúng đắn về mối liên hệ giữa toán học và vật lý

học

II CHUẨN BỊ:

1 Giáo viên:

+ Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây

+ Thí nghiệm khảo sát chuyển động của con lắc lò xo

2 Học sinh:

+ Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác

+ Ý nghĩa vật lý của đạo hàm

+ Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực thế

III PHƯƠNG PHÁP: vấn đáp – đàm thoại

III TIẾN TRÌNH BÀI DẠY :

• DỰ KIẾN GHI BẢNG

I CON LẮC LÒ XO

1 Cấu tạo

+ Một hòn bi có khối lượng m, gắn vào một lò xo có khối lượng không đáng kể + Lò xo có độ cứng k

2 Cách kích thích dao động

- Kéo hòn bi ra khỏi vị trí cân bằng (O) một khoảng x = A, rồi buông tay,

II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỊNH LƯỢNG

• Tại thời điểm t bất kỳ bi có li độ x Lực đàn hồi

của lò xo F =-kx

• Áp dụng định luật II Niutơn ta có:

ma = –kx → a + k

mx = 0

• Đặt : ω2= k

m Ta lại có: v =

dx

dt =x

/; a=dv

dt =v /=x//

do đó viết lại: x// + ω2x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là x=Acos(ωt+ϕ)

* Đối với con lắc lò xo T = π mk

ω

π

=2 2

f mk

π

=

2 1

* Lực kéo về :

- Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng.

- có độ lớn tỉ lệ với li độ

III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG

Tiết : 4

1 Động năng của con lắc lò xo: 1 2

2

d

Wđ=1

2 =1

2ω2sin2(ωt+ϕ) (1)

• Đồ thị Wđ ứng với trường hợp ϕ = 0

2 Thế năng của lò xo: 1 2

2

t

Wt=1

2 =1

2cos2(ωt+ϕ) (2a)

• Thay k = ω2m ta được:

Wt=1

2mω2A2cos2(ωt+ϕ) (2b)

• Đồ thị Wt ứng với trường hợp ϕ=0

3 Cơ năng của con lắc lò xo Sử bảo toàn cơ năng

W = kA = mω A = hằng số

- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động

- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát

• TỔ CHỨC DẠY HỌC

Hoạt động 1: ( 5 phút ) Ôøn định lớp và kiểm tra bài cũ

1 Ôøn định lớp : yêu cầu cán bộ lớp

báo cáo sĩ số

2 Kiểm tra bài cũ :

-câu hỏi: Thế nào là dđđh? Viết

biểu thức tính li độ,vận tốc và gia

tốc của một vật dao động điều

hoà?

- Gọi hoc sinh 2 trả lời

-GV kết luận lai và ghi điểm cho hs

-GV hỏi và nhắc lại môt số kiến

thức cũ có liên quan bài mới:

Vật chuyển động cỏ học thì :

1 Nhắc lại công thức tính lực đàn

hồi

2.công thức tính gia tốc theo đinh

luật II Niu- tơn?

3 Nhắc lại cơ năng của hệ là gì?

Động năng, thế năng là gì? công

thức tính như thế nào?

- Cán bọ lớp báo cáo sĩ sốp lớp

- HS1 lắng nghe câu hỏi và trả lời

-HS2 nhận xét câu trả lời của hs1

Hs suy nghi và trả lời

1 F =k∆l

2

m

F

3 W = Wt + Wđ

2 2

1

l k

2 2

1

mv

Hoạt động 2: ( 7 phút ) cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động

GV Hướng dẫn hs tìm hiểu cấu

tạo của con lắc lò xo.(chiếu hình

ảnh hoạc vẽ con lắc lò xo nằm

-HS quan sát hình ảnh con lắc lò xo ,

mô tả đặc điểm cấu tạo , thảo luận , trả lời phát vấn của GV và rút ra các

ngang, thẳng đứng, xiên )

- Con lắc lò xo có cấu tạo như thế

nào?

- Chỉ rõ vị trí cân bằng (con lắc lò

xo nằm ngang )

- Nêu cách làm cho con lắc dao động

-Chuyển động của con lắc lò xo là

chuyển động gì?

-đặc điểm của con lắc lò xo đặt nằm ngang

- HS vẽ hình và ghi kết luận của gv vào vở

-Hs:trả lời:

-HS quan sát , thảo luận nhóm rồi đưa

ra kết luận

Hoạt động 3: ( 15 phút ) Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng

GV Tổ chức giải quyết vấn đề

bằng cách chia nhóm thảo luận

- Hảy tìm mối quan hệ giả a và x

của con lắc lò xo

GV gợi ý:

- Tìm lực tác dung vào vật khi kích

thích dao động ( Chưa buông tay )

- Lực duy trì dao động

- Viết biểu thức định luật II Niu Tơn

và định luật Húc

-có nhận xét gì về quan hệ giữa ∆l

và toạ độ của vật?(∆l= x)

- vì k , m là 2 đại lượng dương và

không đổi nên ta đặt

m

k

=

Vậy :a=−ω2x so sánh phương trình

này với phươg trình đã học rút ra

kết luận

Giáo viên kế luận và ghi lên bảng:

- Chu kỳ của con lắc lò xo được xác

định như thế nào?

- Yêu cầu học sinh trả lời C1SGK

HS thảo luận nhóm và trả lời câu hỏi của giáo viên:

- a = Fdh/m

- Fđh = - k∆l

- ∆l= x

- a = - x

m k

- Con lắc lò xo dao động điều hoà , với phương trình :x= Acos(ω =t ϕ)

- = =

ω

π

2

T

k

m

π

2

Hoạt động 4: ( 10 phút ) III - KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯƠNG.

-GV nêu vấn đề: Năng lượng của

con lắc lò xo là dạng năng lượng

nào ?

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm

để tìm động năng vủa vật m và

thế năng đàn hồi của lò xo?

Cơ năng của một vật được xác định bằng tổng động năng và thế năng của vật Muốn xác định cơ năng của vật ta phải tìm động năng và thế năng của vật

-Trong quá trình dao động , động

năng và thế năng của vật có thay

đổi không,thay đổi như thế nào?

- Vậy cơ năng có thay đổi theo thời

gian không?

-GV kết luận : Vậy trong quá trình

chuyển động nếu bỏ qua ma sát thì

động năng chuyển hoá sang thế

năng và ngược lại , nhưng cơ năng

của con lắc lò xo bảo toàn, nó tỉ lệ

với bình phương biên độ

2

1 2

1mv2 = mω2A2 2 ωt+ϕ

2

1 2

1kx2 = mω2A2 2 ωt+ϕ

- Vận tốc và li độ thay đổi nên động năng và thế năng thay đổi

-Từ vị trí cân bằng ra biên thì Wt tăng,

Wđ giảm Ngược lại từ hai biên về vị trí cân bằng thì Wt giảm , Wđ tăng

-Cơ năng không thay đổi

W = Wđ + Wt = cos ( )

2

ϕ ω

) (

sin 2

1mω2A2 2 ωt+ϕ = 2 2

2

1

A

mω = hằng số

-HS ghi bài

Hoạt động 5: (8 phút) : VẬN DỤNG , CỦNG CỐ, HƯỚNG DẪN HỌC TẬP Ở NHÀ

- Yêu cầu HS :Hảy trả lời các câu hỏi

và làm các bài tập trong SGK

Tóm tắt bài học

* Giao bài tập về nhà cho học sinh:

Hảy làm các bài tập trong sách GK

và sách bài tập

-Chuẩn bị bài tiết sau: CON LẮC

ĐƠN

- Thảo luận trình bày đáp án

-Ghi tóm tắt nội dung bài học -Ghi nhớ lời căn dặn của GV

Rút kinh nghiệm :

………

………

………