H2A.12-GA Vật lý CB 12 - Tiết 4

Kiến thức: - Viết được: Cụng thức lực kộo về tỏc dụng của vật dao động điều hoà, cụng thức tớnh chu kỳ của con lắc lũ xo, cụng thức tớnh thế năng, động năng của con lắc lũ xo - Viết được

Ngày soạn: 30/08/2010

Tiết: 04

CON LẮC Lề XO

1 Kiến thức:

- Viết được: Cụng thức lực kộo về tỏc dụng của vật dao động điều hoà, cụng thức tớnh chu kỳ của con lắc lũ xo, cụng thức tớnh thế năng, động năng của con lắc lũ xo

- Viết được phương trỡnh động lực học của con lắc lũ xo

- Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực thế

2 Kỹ năng:

- Giải thớch được tại sao dao động của con lắc lũ xo là dao động điều hoà

- Vận dụng thành thạo cụng thức tớnh năng lượng vào dao động điều hũa

- Nắm đơn vị cỏc đại lượng

- Cú kĩ năng giải cỏc bài tập cú liờn quan

- Làm được cỏc bài tập tương tự trong SGK

3 Thỏi độ: Rốn luyện phong cỏch làm việc khoa học, độc lập nghiờn cứu, tỏc phong

lành mạnh và cú tớnh tập thể

1 Giỏo viờn:

- Con lắc lũ xo

- Bộ TN khảo sỏt dao động điều hoà của con lắc lũ xo

- Đồng hồ bấm giõy

2 Học sinh:

- ễn lại cỏc khỏi niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tỏc dụng của lực thế

- ễn lại kiến thức về dao động điều hoà

C PH ƯƠ NG PHÁP GIẢNG DẠY : Nờu vấn đề

1 Ổn định lớp ( phỳt)

2 Bài cũ: ( phỳt)

* Thế nào là dao động điều hoà? Vị trớ, vận tốc, gia tốc của một vật dao

động điều hoà được xỏc định như thế nào?

* Vật biến đổi chuyển động thỡ cú gia tốc Vậy cú thể xỏc định gia tốc của vật theo định luật II Niu-tơn như thế nào?

* Vật chuyển động cơ học thỡ dạng năng lượng của nú là cơ năng Vậy

cơ năng là gỡ? Động năng và thế năng của vật là gỡ? Được xỏc định như thế nào?

3 Bài mới:

a.Đặt vấn đề: * Làm thế nào tớnh được lực đàn hồi của lũ xo tỏc dụng lờn vật?

Chỳng ta đó biết rất nhiều chuyển động: CĐTĐ, CĐT BĐĐ, CĐ trũn đều, CĐ nộm và ở tiết trước ta đó biết thờm dao động điều hoà Bài học hụm nay ta sẽ khảo sỏt

chuyển động của con lắc lũ xo về mặt động lực học và về mặt năng lượng

b Triển khai bài dạy:.

Hoạt động 1: ( phút) Tìm hiểu Cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động

GV: Cho HS quan sát con lắc lò xo

* Con lắc lò xo cấu tạo như thế nào?

- Tuỳ theo cách bố trí mà ta có con lắc lò

xo chuyển động nằm ngang hay thẳng

đứng Để đơn giản chúng ta nghiên cứu

chuyển động của con lắc lò xo chuyển

động trên mặt phẳng nằm ngang không

ma sát

-Vẽ hình con lắc lò xo nằm ngang lên

bảng

* Làm thế nào để tính được lực đàn hồi

của lò xo tác dụng lên vật?

- HS quan sát con lắc lò xo, mô tả đặc

điểm cấu tạo và trả lời câu hỏi của GV

GV: Nhận xét -kết luận

HS: Ghi nhớ

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 Điều kiện khảo sát

3 Cách kích thích dao động

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

Hoạt động 2: ( phút) Tìm hiểu tổng quan về con lắc lò xo Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học.

GV: Làm TN với con lắc lò xo nằm

ngang

* Hãy cho biết con lắc lò xo chuyển động

như thế nào?

HS: Có thể HS sẽ nói rằng: là dao động

điều hoà

*GV: Làm thế nào để biết vật dao động

điều hoà?

HS: Có thể chứng minh theo hai cách:

+ Xác định li độ vật có dạng:

x=Acos(t+)

+ Xác định được:

x// = - 2x

- HS xác định các lực:

Trọng lực P = mg

Phản lực: Q

Lực đàn hồi F

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

- Tại thời điểm t bất kỳ vật 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

O

x/

x

N

P N

P

F

F

x

- HS ghi mục II và vẽ hình vào vở.

P + N + F ñh = m a (1)

 Fđh = m a

Fđh = k x

Thử lại nghiệm x=Acos(t+) là nghiệm

của phương trình (1)

GV: Nêu C1

HS:Trả lời câu hỏi C1

* Cả hai cách đều đúng Vậy sử dụng

cách nào thì có lợi hơn?

- Ta sẽ chọn theo cách 2

* Khi bi dao động, tại vị trí bất kỳ vật có

li độ x Phân tích các lực tác dụng vào

vật?

- Biểu diễn các lực lên hình vẽ

* Các lực đó có đặc điểm gì?

Đặt: 2= k

m Ta lại có: v=

dx

dt =x

/; a=dv dt

=v/=x// do đó viết lại:

x// + 2x=0 (1);

- Phương trình (1) là phương trình vi phân

bậc 2, nghiệm của phương trình (1) là

x=Acos(t+)

GV: Hãy suy luận tìm công thức tính chu

kỳ T, tần số f của con lắc lò xo?

HS:

k

m

T  





2 2

m

k f



 2 1

GV: Nhận xét -kết luận

HS: Ghi nhớ kiến thức

- Đặt : 2= k

m Ta lại có:

v =dx

dt =x

/; a=dv

dt =v

/=x//

Do đó viết lại: x// + 2x=0 (1) Nghiệm của phương trình (1) là:

x=Acos(t+)

Trong đó: A, ,  là các hằng số

- Đối với con lắc lò xo:

k

m

T  





2 2

m

k f



 2 1

* Lực kéo về: Là lực luôn luôn hướng

về vị trí cân bằng.

- Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hoà

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

GV: Khi vật chuyển động, động năng của

vật được xác định như thế nào?

HS:Wđ = 1 2

2mv

Wđ=1

2m

2A2sin2(t+)

1

2m

2A21 cos 2( t+ )  

2

=1

4m

4 os 2( t+ )  

 Wđ dao động điều hoà với chu kỳ T/2

(T là chu kỳ dao động li độ)

GV: Dưới tác dụng của lực đàn hồi thế

năng của vật được xác định như thế nào?

HS: Wt= 1 2 1 2 2

Wt=1

2 m

2A2cos2(t+)

=1

2m

2A21 cos 2( t+ ) 

2

=1

4m

4 os 2( t+ ) 

 Wt dao động điều hoà với chu kỳ T/2 (T

là chu kỳ dao động li độ)

GV: Hãy biến đổi toán học để dẫn đến

biểu thức bảo toàn cơ năng?

HS:W = Wt + Wđ

W = 1

2m2A2[cos2(t+) + sin2(t + )]

W =1

2m2A2 =1

2kA2 = const

III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA

LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG

1 Động năng của con lắc lò xo

2

1 2

d

W  mv

Wđ = 1

2mA

2

2sin2(t+) (1)

- Đồ thị Wđ ứng với trường hợp  = 0

2 Thế năng của lò xo

2

1 2

t

W  kx

Wt=1

2kA

2cos2(t+) (2a)

- Thay k = 2m ta được:

Wt=1

2 m

2A2cos2(t+) (2b)

- Đồ thị Wt ứng với trường hợp  = 0

3 Cơ năng của con lắc lò xo Sự bảo toàn cơ năng.

2 2

d t

W W W  mv  kx

2 2 2

W  kA  m A = hằng số

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

W

t

t

2

T

4

T

O

Wđ

t

2

T

4

T

O

HS: Ghi nhớ kiến thức - Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát.

4 Củng cố: ( phút)

- Các kiến thức về con lắc lò xo: Phương trình dao động, chu kỳ, tần số, năng lượng

- Từ các kết quả của con lắc lò xo nằm ngang, hãy đưa ra phương án xây dựng cho các công thức như của con lắc lò xo nằm ngang như đối với con lắc lò xo thẳng đứng?

5 Dặn dò: ( phút)

- Hoàn thành tiếp yêu cầu ở mục củng cố

- Câu hỏi từ 1 đến 3- trang 13- SGK

- Bài tập 4, 5, 6 trang 13 - SGK

RÚT KINH NGHIỆM