Bài 2. Con lắc lò xo

- Viết được công thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa - Viết được công thức tính chu kì của con lắc lò xo.. - Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò x[r]

CON LẮC LÒ XO

I.MỤC TIÊU

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

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

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

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

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

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

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

II CHUẨN BỊ

1 Giáo viên

- Các thí nghiệm mô phỏng được thiết kế bắng phần mềm Crocodile

Physics về dao động điều hòa của con lắc lò xo, năng lượng trong dao động điều hòa của con lắc lò xo

- Chuẩn bị một con lắc lò xo thẳng đứng

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

2.Học sinh

- 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 TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1.Ổn định lớp

2.Giải quyết nhiệm vụ dạy học

Hoạt động 1 (10 phút) Tìm hiểu mô hình về con lắc lò xo Cũng cố một số kiến

thức về dao động như: hệ dao động; VTCB; vị trí biên; biên độ dao động; chu kì, tần số của dao động

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung

Chia nhóm HS

* Giới thiệu mô hình con lắc lò

xo nằm ngang

* Yêu cầu các nhóm HS quan sát

mô tả cấu tạo của con lắc lò xo

(hệ dao động)

-Kích thích cho con lắc dao

động,yêu cầu học sinh quan sát

-Giới thiệu hình vẽ 2.1 SGK cho

hs quan sát

-Từ hình vẽ,yêu cầu nhóm hs xác

định: VTCB, vị trí biên,biên độ

dao động

Cũng cố lại khái niệm chu kỳ, tần

số của dao động

* Mời một nhóm trình bày

* Nhận xét tóm tắt kiến thức

* Nêu vấn đề: Dao động của vật

m có phải là dao động điều hoà

hay không?

-Hoạt động nhóm

-Quan sát mô hình, thảo luận

-Mô tả cấu tao của con lắc

-Quan sát dao động của con lắc và hình vẽ

- Thảo luận trả lời yêu cầu của giáo viên

- Trình bày

-Cá nhân ghi tóm tắc nội dung cơ bản

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

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

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

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

vị trí biên

Hoạt động 2: Khảo sát sao động của con lắc lò xo về mặt động lực học ( 15 phút)

v = 0

k F = 0

m

k

m

-Nêu giả thuyết về con lắc lò

xo.Chọn trục tọa độ, vẽ hình

-Yêu cầu học sinh phân tích các

lực tác dụng lên vật m

-Gợi ý cho hs tiến hành tìm

phương trình động lực học của

con lắc lò xo

- Để kiểm nghiệm thực nghiệm

phương trình li độ,sử dung phần

mềm 605.Kết quả như hình vẽ:

- Yêu cầu học sinh tìm tần số

góc, chu kỳ

- Từ phương trình lực làm cho

vật chuyển động rút ra khái

niệm lực kéo về

- Sử dụng phần mềm 605 cho hs

quan sát biểu diễn của lực kéo

về trên thí nghiệm mô phỏng:

- Tiếp thu

-Lên bảng tiến hành phân tích lực

-Áp dụng định luật II Newton tiến hành tính toán theo gợi ý của GV

=> a 2x 0

-Trao đổi, ghi nhận

Tần số góc

k m

 

Chu kì 2

m T

k

 

-Nhận xét về dấu,độ lớn của lực kéo về

II.Khảo sát dao động của con lắc

lò xo về mặt động lực học -Xét vật ở li độ x,lò xo giãn một đoạn  l x Lực đàn hồi

F k l

Tổng lực tác dụng lên vật:

F = - kx Theo định luật II Niu tơn:

  

Đặt

2 k a 2x 0

m

      '' 2

0

Có nghiệm là

cos( )

x A t 

Vậy dao động của con lắc lò xo

là dao dộng điều hòa

Tần số góc

k m

 

Chu kì 2

m T

k

 

-Lực kéo về:

Lực hướng về VTCB gọi là lực kéo về

Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li

độ và gây gia tốc cho vật dao động điều hòa

-Kết luận chung

-Ghi kết luận

Hoạt động 3: Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng ( 20 phút)

a) Thiết lập biểu thức thế năng động năng ( 5 phút)

-Yêu cầu học sinh viết

biểu thức tính động năng,

thế năng của con lắc lò

xo

- Nhận xét sự biến thiên

của thế năng và động

năng ?

- Thiết lập công thức tính

động năng, thế năng của

con lắc lò xo nằm ngang

theo m và 

- Động năng

2 1 W 2

-Thế năng:

2 1 W 2

-Thế năng và động năng của con lắc lò

xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2

- Thay v Asin(t )vào

2 1 2

d

được:

2 2 2 1

2

-Thay xAcos(t )vào

2 1 W 2

được:

III.Khảo sát dao động của

lò xo về mặt năng lượng 1.Động năng của con lắc

lò xo

2 1 W 2

2.Thế năng của con lắc lò xo

2 1 W 2

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

b) Thiết lập biểu thức cơ năng ( 10 phút )

-Từ công thức tính động

năng, thế năng, hãy tính

cơ năng của con lắc lò xo

nằm ngang

-Nhận xét về giá trị cơ

-Làm việc cá nhân: Thay Wd, Wt vào công thức tính cơ năng được:

-Với một con lắc cụ thể thì m và 

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

độ dao động -Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua ma

- Cách giải thích khác về

sự bảo toàn cơ năng của

con lắc lò xo:

Do P N , cân bằng,khi bỏ

qua ma sát, vật chỉ chịu

tác dụng của lực thế F dh

nên cơ năng của con lắc

lò xo nằm ngang được

bảo toàn

-Kết luận

không đổi Do đó cơ năng của vật dao động ( của con lắc lò xo được bảo toàn)

-Nhận xét và kết luận

sát

c) Dạng đồ thị động năng,thế năng cơ năng ( 5 phút)

-Từ công thức tính động năng, thế năng, cơ

năng, dạng đồ thị của chúng như thế nào ?

( Hạ bậc để đưa về dạng phương trình

lượng giác cơ bản )

- Sử dụng phẩn mềm 605 mô phỏng minh

họa sự biến đổi động năng,thế năng và cơ

năng của con lắc lò xo nằm ngang

-Biến đổi:

2 2 2 2

2 2 2 2

t

d

m A m A

m A m A c t

Do đó,đồ thị động năng, thế năng là đường dạng hình sin,giá trị dao động quanh đường

2 2 1

4m A

-Đồ thị cơ năng là đường thẳng song song trục t,đi qua điểm

2 2 1

2m A

- Đồ thị động năng, thế năng có dạng như

thế nào ?

- Sử dụng phẩn mềm 605 mô phỏng minh

họa sự biến đổi động năng,thế năng của

con lắc lò xo nằm ngang theo li độ x

- Nêu nhận xét dạng đồ thị động năng, thế

năng theo li độ x

- Nhắc học sinh làm bài tập, chuẩn bị kiến

- Đồ thị động năng, thế năng là đường dạng hình sin

- Đồ thị động năng,thế năng theo li độ

x dạng đường Parabol

-Lắng nghe, ghi nhận

thức học bài sau