Giáo án vật lý bài 7 bài tập về sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa

Trường: ………………………… Họ tên GV: ……………………………… Tổ chuyên môn: ………………………… Ngày soạn: ……………………………… Bài 7: BÀI TẬP VỀ SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA (2 tiết) I MỤC TIÊU Kiến thức - Phân tích chuyển hóa qua lại động trình dao động vật dao động điều hòa - Viết đại lượng: vận tốc; gia tốc; động năng; năng; lượng vật dao động điều hòa mối liên hệ đại lượng biết phương trình dao động vật - Vận dụng kiến thức chuyển hóa động dao động điều hòa để giải mốt số tập dao động lắc đơn lắc lò xo Phát triển lực a) Năng lực chung:  Năng lực tự học nghiên cứu tài liệu: - Tự giác tìm tịi, khám phá để lĩnh hội kiến thức biết liên hệ ví dụ có thực tế biến đổi lượng dao động điều hòa - Biết nâng cao khả tự đọc hiểu sách giáo khoa  Năng lực trình bày trao đổi thơng tin: Có tinh thần xây dựng bài, hợp tác làm việc nhóm  Năng lực giải vấn đề: - Phân tích q trình trao đổi qua lại động vật dao động điều hòa - Nhận biết phân biệt ví dụ thực tế biến đổi qua lại động dao động điều hòa - Giải toán biến đổi lượng dao động điều hòa b) Năng lực vật lí: Vận dụng kiến thức học dao dộng điều hòa, dao động lắc lò xo, lắc đơn để giải tập giải thích tượng liên quan đến biến đổi qua lại động Phát triển phẩm chất - Chăm chỉ, tích cực xây dựng - Chủ động việc tìm tịi, nghiên cứu lĩnh hội kiến thức - Có tinh thần trách nhiệm, hợp tác trình thảo luận chung II THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU Đối với giáo viên: - Sách giáo khoa, sách giáo viên; - Máy chiếu; trình chiếu Powerpoint liên quan; - Các tập Đối với học sinh: SGK, ghi, giấy nháp, bút, thước kẻ III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC A HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG a) Mục tiêu: Từ kiến thức học dao động điều hịa, thơng qua hoạt động ơn lại kiến thức cũ làm nảy sinh vấn đề cần giải b Nội dung: GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi mở đầu học c) Sản phẩm học tập: Bước đầu HS đưa nhận xét trình thực hoạt động d) Tổ chức thực hiện: Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập (có thể hoạt động cá nhân tổ chức chơi game nhóm) - GV cho học sinh đại diện nhóm viết cơng thức về: Chu kì, tần số dao động điều hòa, lắc lò xo lắc đơn Cơng thức tính động năng, năng, dao động điều hòa, lắc lò xo lắc đơn Mối liên hệ động theo li độ vận tốc vật dao động điều hòa Bước 2: HS thực nhiệm vụ học tập - HS thảo luận với thành viên nhóm để trả lời cho câu hỏi mà GV đưa Bước 3: Báo cáo kết hoạt động thảo luận - Mối liên hệ chu kì, tần số tần số góc:   2 f  - Chu kì, tần số tần số góc lắc lị xo: 2 T k m  T  2 ;f  m k 2  g l  T  2 ;f  l g 2  - Chu kì, tần số tần số góc lắc đơn: 1 Wd  mv2  m 2A sin2 t   2 - Động vật dao động điều hòa:  Wd  m A2  x2 - Động vật vị trí có li độ x:  g l  1 Wt  m 2x2  m 2A cos2 t   2 - Thế vật dao động điều hòa:  k m   W Wd  Wt  m 2A 2 - Cơ vật dao động điều hòa: Wt  kx2 - Đối với lắc lị xo lắc nên lắc 1 W Wd  Wt  mv2  kx2  m 2A 2 2 - Đối với lắc đơn lắc Wt  m 2s2 với   s l nên  Wt mgl  cos  , góc α nhỏ lắc 1 W Wd  Wt  mv2  m 2s2  m 2A 2 2 Bước 4: Đánh giá kết quả, thực nhiệm vụ học tập - GV tiếp nhận nhận xét câu trả lời HS - GV dẫn dắt HS vào bài: “Như em trả lời trên, trình dao động vật dao động điều hịa có biến đổi qua lại động năng, chúng không đổi Vậy từ vật tìm li độ vận tốc vật thời điểm khơng? Chúng ta vào Bài Bài tập chuyển hóa lượng dao động điều hịa.” B HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC Hoạt động 1: Xác định động vật dao động điều hòa a) Mục tiêu: - HS xác định động vật vị trí biên, vị trí cân vị trí có li độ Xác định vị trí mà động thỏa tính chất - HS xác định động vật ứng với vận tốc li độ thời điểm biết - Hình thành kỹ đọc đồ thị cho học sinh b) Nội dung: - GV cho HS đọc ví dụ 1; 2; mục I, GV đưa câu hỏi yêu cầu HS trả lời - GV yêu cầu HS chọn mốc tính cho thuận tiện nhất, xác định độ cao vị trí so với mốc Phân tích biến đổi động vị trí - GV u cầu HS tìm mối liên hệ năng, động biết hai ba yếu tố - HS thực yêu cầu giáo viên c) Sản phẩm học tập: - HS xây dựng cơng thức tính động lắc đơn vị trí đặc biệt - HS xây dựng cơng thức xác định vị trí mà động lắc đơn thỏa mãn tính chất đặc biệt - HS xây dựng công thức tính theo động vật dao động điều hòa d) Tổ chức hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS SẢN PHẨM DỰ KIẾN Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ I CÁC VÍ DỤ học tập Ví dụ 1: - GV chia lớp thành nhóm để giao a) Chọn mốc để tính vật vị trí cân nhiệm vụ học tập O - GV yêu cầu: Thế động vật vị trí biên A B là: Nhóm 1+2: Đọc ví dụ mục I trả lời câu hỏi sau: hA hB l  cos C1: Mốc tính chọn đâu?  Wt Wt max mgl  cos C2: Xác định độ cao vị trí A, B, O vị trí so với mốc năng? C3: Phân tích mối quan hệ động vật vị trí C4: Xác định vị trí có động        2 mgl  2sin2  mgl    vA vB   Wd  Thế động vật vị trí cân O là: hO   Wt   Wd Wt max mgl  cos   02 mgl   0 ) là: Nhóm 3+4: Đọc ví dụ mục I - Thế vật vị trí (li độ góc trả lời câu hỏi sau: C5: Viết định luật bảo toàn dao động điều h l  cos  W mgl  cos mgl  t hòa vật Từ suy cách 2   xác định biết vận tốc  Wd Wt max  Wt mgl    (động năng) biên độ (cơ năng)     Nhóm 5+6: Đọc ví dụ mục I Wd Wt trả lời câu hỏi sau: b) Ở vị trí vật     C6: Từ đồ thị tìm vị trí mà W W  W 2W 2mgl  d t t Wd = Wt ? Vì bảo tồn nên: C7: Áp dụng định luật bảo toàn W = Wt 2  2 với điều kiện d W Wt max  mgl  2mgl    2 Bước 2: HS thực nhiệm vụ học tập Ví dụ 2: - HS đọc thơng tin SGK, thảo luận Vì vật dao động điều hịa nên bảo toàn, ta trả lời cho câu hỏi mà giáo viên yêu W Wd  Wt cầu giấy có: Bước 3: Báo cáo kết hoạt động Thế vật tính: thảo luận 1 2 2 2 - GV mời đại diện nhóm trình bày Wt = W - Wd = mw A - mv = m w A - v câu trả lời cho câu hỏi = ´ 0,2 22.p2.0,12 - 12 = 0,038(J ) - GV mời HS khác nhận xét, bổ sung ( ( ) ) Bước 4: Đánh giá kết quả, thực Ví dụ 3: nhiệm vụ học tập - GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức => GV kết luận lại: - Trong trình dao động Từ đồ thị ta thấy, lắc đơn động x = ±8(cm) = ±0,08(m) W = Wt d ln chuyển hóa qua lại lẫn Khi cực đại động W = Wd +Wt W = Wt nên d ta có: ngược lại ki động cực đại Mặt khác: - Trong trình vật dao động điều hịa, ln có chuyển hóa động W = 2W = 2×1kx2 = 2×1 ×100×0,082 = 0,64(J ) t tổng 2 chúng tức không đổi Hoạt động 2: Xây dựng mối quan hệ chuyển hóa động dao động điều hòa a) Mục tiêu: HS xây dựng sơ đồ phân bố lượng vật dao động điều hịa q trình dao động b) Nội dung: - GV yêu cầu HS tìm mối liên hệ ly độ biên độ ứng với trường hợp ngược lại Wt = aWd - HS thực yêu cầu giáo viên c) Sản phẩm học tập: - HS xây dựng sơ đồ phân bố lượng trình dao động d) Tổ chức hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS SẢN PHẨM DỰ KIẾN Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học SỰ CHUYỂN HÓA GIỮA ĐỘNG NĂNG VÀ tập THẾ NĂNG - GV yêu cầu nhóm thảo luận trả lời câu hỏi sau: C8: Sử dụng định luật bảo toàn năng, tìm mối liên hệ li độ biên độ Wt = aWd Bước 2: HS thực nhiệm vụ học tập Wt = aWd ù úÞ W = cW t;d Wd = bWt ú ú û - Nếu: ìï ïï mw2x2 = c 1mw2A 2 Û ïí Þ ïï 2 ïï mv = c mw A ïỵ - HS thảo luận trả lời cho câu hỏi mà - Ví dụ: giáo viên yêu cầu giấy Bước 3: Báo cáo kết hoạt động thảo luận - GV mời đại diện nhóm trình bày câu ìï ïíï x = ±A c ïï v = ±wA c ïỵ trả lời cho câu hỏi - GV mời HS khác nhận xét, bổ sung O O Bước 4: Đánh giá kết quả, thực nhiệm vụ học tập - GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức Hoạt động 3: Giải tập luyện tâp a) Mục tiêu: Giúp HS vận dụng kiến thức học dao động để giải tập liên quan sách giáo khoa b) Nội dung: - GV cho HS đọc tập mục II, GV đưa câu hỏi yêu cầu HS trả lời - HS thực yêu cầu giáo viên c) Sản phẩm học tập: - HS vận dụng kiến thức học dao động để hoàn thành yêu cầu tập luyện tập mục II d) Tổ chức hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS SẢN PHẨM DỰ KIẾN Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học II BÀI TẬP LUYỆN TẬP tập Bài 1: - GV yêu cầu nhóm thảo luận hồn thành u cầu tập Nếu tần số dao động hệ vật nặng + lị xo có giá trị gần tâng số dao động sóng địa chấn mục II theo gợi ý sau: hệ xảy cộng hưởng, kết đo thiếu xác f G1: Một hệ dao động có tần số riêng , chịu tác dụng ngoại lực lực tuần Bài 2: hoàn mà tần số ngoại lực tiến gần tới tần số dao động riêng hệ Ta có: tượng xảy cho hệ? (Bài 1) a 2 G2: Viết công thức liên hệ gia tốc a = - w x = - 4p ìf ìx ị f = - 4p2 ×x vật dao động điều hịa li độ, từ suy cách tìm tần số dao động (Bài 2) Từ đồ thị ta thấy, x = 4(cm) = 0,04(m) G3: Để viết phương trình dao động, a = - 20(m / s2) ta cần xác định A,   Từ đồ thị định luật bảo toàn xác Vậy tần số dao động vật là: định địa lượng (Bài 3) - 20 = 3,56(Hz) G4: Sử dụng định luật bảo toàn f = p ,04 biểu diễn phân bố động theo năng, từ suy tỷ số Bài 3: động năng; tỷ số W = Wd max = 0,02(J ) (Bài 4) Từ đồ thị ta có: Khi Bước 2: HS thực nhiệm vụ học Wd = 0,015(J ) Þ Wt = Wd max - Wd = 0,015(J ) tập - HS thảo luận trả lời cho câu hỏi mà giáo viên yêu cầu giấy Bước 3: Báo cáo kết hoạt động thảo luận A (vì vật chuyển động theo chiều dương động giảm) Þ Wt = Wd Þ x = - GV mời đại diện nhóm trình bày Thời gian vật từ vị trí lần đầu : câu trả lời cho câu hỏi - GV mời HS khác nhận xét, bổ sung x= A đến vị trí có động T = (s) Þ T = 1(s) Þ w = 2p(rad / s) 6 Bước 4: Đánh giá kết quả, thực nhiệm vụ học tập Biên độ dao động: - GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức A= 2W 2.0,02 = = 0,0025(m) = 0,25(cm) 2 mw 0,4.( 2p) Pha ban đầu dao động: ïìï ïìï A A x= A cosj = p ï ï t = 0Þ í Þ í Þ j =2 ïï v > ïï sin j < ïỵ ïỵ Vậy phương trình dao động vật là: ỉ pư ÷ ÷ x = 0,25cosỗ p t (cm) ỗ ữ ỗ ÷ è ø Bài 4: a) Khi x=± A 1 A2 W Þ Wt = mw2x2 = mw2 = 2 2 Þ Wd = W - Wt =W - W 3W = 4 ìï W ïï W t ïï (%) = ´ 100 = 25% ïí W W ïï 3W ïï Wd (%) = ´ 100 = 75% ïïỵ W W Vậy: b) Khi Û Wd = Wt Þ W = 2Wt 1 A mw2A = 2´ mw2x2 Þ x = ± 2 C HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP a) Mục tiêu: Giúp HS tổng kết lại kiến thức thông qua hệ thống câu hỏi trắc nghiệm giúp b) Nội dung: HS suy nghĩ trả lời câu hỏi trắc nghiệm mà GV trình chiếu bảng c) Sản phẩm học tập: HS nắm vững kiến thức tìm đáp án d) Tổ chức thực hiện: Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV trình chiếu câu hỏi trắc nghiệm: Câu 1: Một chất điểm khối lượng m = 100(g) , dao động điều hoà với phương trình x = 4cos( 2t ) (cm) A 3200J Cơ dao động điều hoà chất điểm B 3,2J C 0,32J D 0,32mJ Câu 2: Một lắc lị xo có độ cứng k = 150N / m có lượng dao động 0,12J Biên độ dao động lắc có giá trị A 0,4m B 4mm C 0,04m D 2cm Câu 3: Một vật dao động điều hòa với biên độ A Tại li độ động năng? A x = A B x= A C x= A x= D A Câu 4: Một vật dao động điều hòa với biên độ A Tại li độ lần động năng? A x=± A B x=± A C x=± A x=± D A Câu 5: Một vật dao động điều hòa với biên độ A Tại li độ động lần năng? A x=± A B x=± A 2 C x=± A D x=± 2A Câu 6: Một vật dao động điều hòa với tần số góc ω biên độ A Khi động lần tốc độ v vật có biểu thức A v= wA B v= wA 3 C v= wA 2 D v= wA Câu 7: Một vật dao động điều hòa với tần số góc ω biên độ A Khi lần động tốc độ v vật có biểu thức A v= wA B v= wA C v= wA D v= wA Bước 2: HS thực nhiệm vụ học tập - HS quan sát câu hỏi mà GV trình chiếu, vận dụng kiến thức học để tìm đáp án Bước 3: HS báo cáo kết hoạt động thảo luận - HS đưa đáp án cho tập lớp: Câu hỏi Đáp án D C D B C D B Bước 4: GV đánh giá kết quả, thực nhiệm vụ học tập - Phần lớn HS chọn đáp án hay chưa D HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG a) Mục tiêu: Vận dụng kiến thức học dao động để làm tập vận dụng liên quan b) Nội dung: - GV yêu cầu HS hoàn thành tập vào ghi - GV giao phần câu hỏi tập lại làm nhiệm vụ nhà cho HS c) Sản phẩm học tập: HS nắm vững vận dụng kiến thức làm tập d) Tổ chức thực hiện: Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ cho HS - GV yêu cầu HS dùng kiến thức học dao động để phân tích chuyển hóa lượng dao động đồng hồ lắc - GV giao tập nhà cho HS: Hãy phân tích chuyển hóa lượng động hệ gồm hai lò xo vật nặng m mắc hình vẽ bên Khi nặng thả cho dao động Bước 2: HS tiếp nhận nhiệm vụ, suy nghĩ trả lời Bước 3: HS báo cáo kết hoạt động Khi lắc cung cấp lượng ban đầu, dao động Thơng qua hệ thống bánh đặc biệt làm kim đồng hồ dịch chuyển Trong trình lắc dao động có chuyển hóa động Nhưng ma sát trục bánh ma sát với khơng khí nên lượng lắc giảm dần Để trì dao động mà không làm thay đổi chu kỳ lắc, người ta cung cấp thêm sau nửa chu kì mật lượng lượng tiêu hao ma sát thơng qua hệ thống dây cót Bước 4: GV tổng quan lại học, nhận xét, kết thúc học *Hướng dẫn nhà - Xem lại kiến thức học - Hoàn thành nhiệm vụ GV giao hoạt động vận dụng - Xem trước nội dung 8: Mơ tả sóng IV ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ) …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… V KÝ DUYỆT ngày tháng năm BGH DUYỆT TỔ TRƯỞNG DUYỆT GIÁO VIÊN