CON LẮC ĐƠN - CON LẮC VẬT LÍ pdf

C C O O N N L L Ắ Ắ C C Đ Đ Ơ Ơ N N - - C C O O N N L L Ắ Ắ C C V V Ậ Ậ T T L L Í Í . . I.Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc vật lí. - Củng cố kiến thức về DĐĐH. 2) Kĩ năng: - Nắm vững những công thức về con lắc và vận dụng trong những bài toán đơn giản. II.Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Chuẩn bị một con lắc đơn và một con lắc vật lí để HS quan sát trên lớp. Nên chuẩn bị con lắc vật lí bằng bìa hoặc tấm gỗ phẳng, trên mặt có đánh dấu khối tâm G và khoảng cách OG từ trục quay đến khối tâm G. - Nhắc HS ôn tập về chuyển động quay của vật rắn từ tiết trước. 2) Học sinh: - Ôn tập các khái niệm: vận tốc, gia tốc trong chuyển động tròn; momen quán tính, momen của lực đối với một trục; phương trình chuyển động của vật rắn quay quanh một trục. 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 ở nhà. Hoạt động 2. Tìm hiểu Qui luật dao động của con lắc đơn (35’) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung *Cho HS quan sát hình 7.1a 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 động thế nào? -Vẽ hình 7.2, chỉ rõ hai lực P ur và R ur tác dụng lên vật ở vị trí bất kì. Nêu câu hỏi hướng dẫn. Quan sát hình 7.1a. Một HS mô tả cấu tạo. -Một hS định nghĩa VTCB và mô tả chuyển động của vật nặng nếu được đưa ra khỏi VTCB. -Vẽ hình 7.2 SGK. Thảo luận, trả lời câu hỏi gợi I. Dao động của con lắc đơn. 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 Câung ¼ AOB nếu được đưa đến A và thả tự do: » 0 OA s  2) Phương trình ĐLH: H 3 . Vật nặng chịu tác dụng của những lực nào?Phân tích tác dụng của những lực đó. -Cần nhấn mạnh điều kiện khảo sát chuyển động: ¼ 1; : s l OM    là đoạn thẳng. H 4 . Theo định luật II Niutơn pt chuyển động của vật được viết như thế nào? Hãy thực hiện những Bàiến đổi xác định Biểu thức tính độ lớn gia tốc của vật. H 5 . Nếu chọn li độ góc  để xác định vị trí của vật nặng, hãy viết lại pt: " 0 g s s l   . Hãy nhận xét dạng các Biểu thức trên. ý. -Thiết lập pt (7.5a) như SGK bằng cách thảo luận nhóm và cá nhân thực hiện. Vật nặng ở vị trí bất kì M: ¼ OM s  : li độ cong. ¼ OQM   : li độ góc. Chiều dương tính  và s: chiều từ O đến A. s l   với ¼ 1 s l OM OM          -Lực tác dụng: P ur : thẳng đứng. R ur : hướng theo MQ. -Phân tích n t P P P   ur uur ur n ht P R F   uur ur uur giữ cho vật chuyển động trên quỹ đạo tròn. t P ur : gây ra dao động của vật quanh O. sin t s P mg mg l      (1) -Phương trình chuyển động: -Cho HS ghi nhận thêm pt (7.3b) và (7.5b) SGK để HS hiểu được: vị trí của vật có thể xác định bằng s và . H 6 . (So sánh với pt của CLLX x”+ 2 x=0) thì phương trình s”+ 2 s =0 có nghiệm thế nào? Nhận xét gì về dao động của CLĐ với góc lệch nhỏ? H 7 . Có thể tính chu kì dao động của CLĐ bằng công thức nào? -Giới thiệu sơ lược về ứng dụng dao động của CLĐ. -Thảo luận nhóm, lập pt (7.3b) và pt (7.5b) -HS trả lời câu hỏi bằng cách dựa vào nghiệm của pt x” +  2 x = 0 có dạng:   cosx A t     Và kết luận dao động của CLĐ là dao động điều hòa. -HS đọc SGK tìm hiểu với cách kích thích dao động (SGK) để có: 0 cos t     hay 0 cos s s t   " t P ma ms   (2) (1) và (2): " 0 g s s l   (*) Với g l   (*)  s” +  2 s =0 Nghiệm pt có dạng:   0 coss s t     hoặc:   0 cos t       -Chu kì của dao động nhỏ (Với rad1   ) 2 2 l T g      Hoạt động 3. (5’) Củng cố: 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 l 1 và l 2 (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 trục quay xác định bằng Biểu thức -Quan sát hình vẽ, phát Biểu định nghĩa CLVL. -Đọc SGK, tìm hiểu cách lập các công thức. 1)Con lắc vật lí: a)Định nghĩa: Con lắc vật lí là một vật rắn quay được quanh một trục nằm ngang cố định. b)Phương trình dao động: Với rad1   thì   0 cos t       +Tần số góc: mgd I   d = QG: khoảng cách từ trục quay đến khối tâm. I: momen quán tính. nào? H 3 . Viết pt ĐLH cho chuyển động quay của CLVL. -Ghi nhận các công thức 7.11; 7.12 và 7.13. +Chu kỳ 2 I T mgd   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. ? Với CLLX và CLĐ, lực kéo về là lực đàn hồi và trọng lực. Có nhận xét gì về hai lực ấy đối với mỗi hệ vật. -Có thể phân tích thêm trường hợp CLLX dao động thẳng đứng để thấy kv F uur có thể là hợp lực dh P F  ur uuur vẫn Thảo luận nhóm, tìm hiểu: *Với CLLX: -Vật nặng: dao động quanh VTCB. -Lò xo: tạo ra lực kéo về gây ra dao động của vật. *Phát Biểu định nghĩa hệ dao động. *Thảo luận nhóm, tìm hiểu: lực kéo về là nội lực của hệ. +Phát Biểu định nghĩa dao 2) Hệ dao động: -Là hệ vật gồm vật dao động cùng với vật tác 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 dao động riêng. -Tần số góc của hệ dao động tự do gọi là tần số góc riêng của hệ ấy. là nội lực. động tự do. 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 cùng một góc quay  cùng tốc độ góc ’ và gia tốc góc ”. -Trong dao động điều hòa quay, góc quay Bàiến đổi theo thời gian; trong dđđh tịnh tiến li độ dài Bàiến đổi theo thời gian. Tất cả đều Bàiến đổi theo pt có dạng hàm cos hoặc sin theo t. 2) Giới thiệu thêm sự Bàiến thiên T của CLĐ theo nhiệt độ. Yêu cầu HS chuẩn bị các bài tập 2.33; 2.35 SBT và tất cả bài tập của SGK. 3) Ôn tập lại hai dạng năng lượng: thế năng và động năng. . lắc vật lí. - Củng cố kiến thức về DĐĐH. 2) Kĩ năng: - Nắm vững những công thức về con lắc và vận dụng trong những bài toán đơn giản. II.Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Chuẩn bị một con lắc đơn. -Một hS định nghĩa VTCB và mô tả chuyển động của vật nặng nếu được đưa ra khỏi VTCB. -Vẽ hình 7.2 SGK. Thảo luận, trả lời câu hỏi gợi I. Dao động của con lắc đơn. 1 )Con lắc đơn. -Hệ. của con lắc đơn (35’) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung *Cho HS quan sát hình 7.1a Hướng dẫn HS tìm hiểu cấu tạo của con lắc đơn. H 1 .(Quan sát hình vẽ) Cho Biết con lắc đơn là