Giao an ly 12 co ban cực chuẩn và đầy đủ.

Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC

Bài: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ

Hoạt động 1: Dao động , dao động tuần hoàn

Chuyển động của vật

nặng trong 3 trường hợp trên có những đặc điểm gì giống nhau ?Dao động cơ học là gì ?

I DAO ĐỘNG CƠ

1 Thế nào là dao động cơ

- Ví dụ : Chuyển động của quả lắc đồnghồ , dây đàn ghi ta rung động …

Khái niệm :

Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng.

2 Dao động tuần hoàn.

Dao động tuần hoàn: là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ

VD: Dao động của lắc đồng hồHoạt động 2 : Phương trình dao động điều hòa , khái niệm dao động điều hòa

Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm O, bán kính A, với vận tốcgóc là (rad/s)

Vẽ hình minh họa chuyển động tròn đều của chất điểm

Xác định vị trí của vậtchuyển động tròn đều tại các thời điểm t = 0 và tai thời điểm t  0 Xác định hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t  0x = OP

II PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1Ví dụ

Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường

tròn tâm 0,bán kính A,với vận tốcgóc là (rad/s)Thời điểm t  0, vị trí

của điểm chuyển động là Mt, Xác định

wtjwt + j

wtjwt + j

Chọn C là điểm gốc trên đường tròn Tại:- Thời điểm ban đầu t =0, vị trí của điểm

chuyển động là M0, xácđịnh bởi góc j.

- Thời điểm t  0, vị trícủa điểm chuyển động là Mt, Xác định bởi góc( t + )

Xác đinh hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t

lên trục Oy

yêu cầu HS nêu đinh nghia dao động điều hòa

Nêu ý nghĩa vật lý của

từng đại lượng trong công thức trên ?

Một dao động điều hòa có thể được coi như hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳngnằm trong mặt phẳng quỹ đạo.

= OMt cos (t + ) Nêu định nghĩa dao động điều hòa

Trả lời C1

cho biết ý nghĩa của

các đại lượng: + Biên độ, + pha dao động, + pha ban đầu + Li độ

+ Tần số góc

Tại thời điểm t, chiếu điểm Mt xuống x’x là điểm P  có được tọa độ x = OP, ta có: x = OP = OMt sin(t +

Hay: x = A.sin (t + ).

Vậy chuyển động của điểm P trên trục x’x là một dao động điều hòa.

bởi góc (wt + )

: x = OP = OMt cos (t + ).

Hay: x = A.cos (t + ).A,  , là các hằng số

2 Định nghĩa

Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian

Hoạt động 3: Khái niện tần số góc , chu kì , tần số của dao động

Từ mối liên hệ giữa tốc độ góc , chu kì , tầnsố giao viên hướng dẫnhs đưa ra khái niệm chu kì tần số , tần số góc của dao động điều hòa

đinh nghĩa các đại lượng chu kì tần số , tần số góc

III CHU KÌ ,TẦN SỐ , TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1 Chu kì và tần số a Chu kì (T):

C1 : Chu kỳ dao động tuần hoàn là khoảng thời gian ngắn nhất T sau đó trạng thái dao động lặp lại như cũ.C2: chu kì của dao động điều hòa là khoản thời gian vật thực hiện một dao động

b Tần số (f)

Tần số của dao động điều hòa là số daođộng toàn phần thực hiện được trong một giây

f = 1 = ωT 2π

T= t/n

n là số dao động toàn phần trong thời gian t

2 Tần số góc

kí hiệu là  đơn vị : rad/s

Hoạt động 4: Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa

Hãy viết biểu thức vận tốc trong giao động điều hòa?

Ở ngay tại vị trí biên,

vị trí cân bằng, vật nặng có vận tốc như thếnào ??

Pha của vận tốc v như

thế nào so với pha của ly độ x ?

GV; Viết biểu thức của

gia tốc trong dao động điều hòa ?

Gia tốc và ly độ có đặc

điểm gỡ ?

v = x’ = Asin(t + )

x =  A v = 0

x = 0 : v =  A Người ta nói rằng vận

tốc trễ pha  / 2 so với ly độ.

Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.

IV VẬN TỐC GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

a = v/ = -A2cos(t + )= -2x

- |a|max=A2 khi x = A - vật ở biên

- a = 0 khi x = 0 (VTCB) khi đó Fhl = 0

- Gia tốc luôn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luôn hướng về vịtrí cân bằng)

KL : Gia tốc luôn luôn ngược chiều

với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.

Hoạt động 5: Đồ thị của dao động điều hòa

Hướng dẫn Hs vẽ đồ

thị x,v,a trong trường hợp  = 0

x = Acos(t) = Acos(t)

v = -Asin( t)a = -A2cos( t)

Xác định li độ , vận tốc , gia tốc tại các thời điểm t= 0 , t = T/4,

t = T/2 , t = 3T/4 , t = T

V ĐỒ THỊ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.

 Vẽ đồ thị cho trường hợp =0.

t 0 T/4 T/2 3T/4 Tx A 0 -A 0 Av 0 -A 0 A

a -A2 0 A2 0 A2

3.Củng cố dặn dò-Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 7,8 ,9, 10 ,11 trang 9 Sgk. Rút kinh nghiệm:

Bài 2: CON LẮC LÒ XO

I Mục tiêu:

- Biết cách thiết lập về phương trình động lực học của con lắc lò xo.

- Biết cách tính toỏn và tỡm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo - Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan - Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực thế.

 Kĩ năng:Vận dụng thành thạo công thức tính năng lượng vào dao động điều hòa Nắm

đơn vị các đại lượng.

II Chuẩn bị:1 Giáo viên:

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

-A2A2

Hoạt động 1: cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động.

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,

Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng

Khi bi dao động, tại vị

trí bất kỳ bi có li độ x Phân tích các lực tác dụng vào bi?

Trọng lực P = mg phản lực, Q lực đàn hồi Fdh

Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc lò xo ?

Trả lời câu hỏi C1

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 + mk x = 0

 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+).

* Đối với con lắc lò xo

21

Hoạt động 3: Xây dựng biểu thức động năng thế năng , sự bảo toàn cơ năng

Khi vật chuyển động,

động năng của vật đượcxác định như thế nào ? Wđ dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).

Dưới tác dụng của lực

đàn hồi thế năng của vật được xác định như thế nào ?

 Wt dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).

GV Hóy biến đổi toán

học để dẫn đến biểu thức bảo toàn cơ năng ??

Wđ = 12

2 m2A2sin2(t+)1

1 cos 2( t+ )2

W = 12m2A2 = 12kA2 = const

: Cơ năng bảo toàn !

III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦALÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG

1 Động năng của con lắc lò xo

W  mv

2 mv2 =1

2mA22sin2(t+) (1)

 Đồ thị Wđ ứng với trường hợp  = 0

2 Thế năng của lò xo

W  kx

2 kx2 =1

t2

1/ Trả lời câu hỏi 2,3 trang 13 SGK

Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 4,5, 6 trang 13 Sgk

- Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc đơn

- Nắm vững các công thức về con lắc và vận dụng trong các bài toán đơn giản - Củng cố kiến thức về dao động điều hoà đó học bài trước và gặp lại trong bài này.

 Kĩ năng: xây dựng phương trình dao động của con lắc đơn.

 Liờn hệ thực tế: Con lắc đồng hồ , quả lắc với dao động bé, thăm dò địa chất II Phương pháp:Giảng giải – vấn đáp.

III Chuẩn bị:1 Giáo viên:

2 Kiểm tra bài cũ:

1/Câu hỏi 2,3trang 13 SGK2/Câu 5, 6 trang 13SGK

3.NỘI DUNG BÀI MỚI :HOẠT ĐỘNG CỦA

HĐ1:Con lắc đơn

+Nêu cấu tạo con lắc

+Cho biết phương dây treo khi con lắc cân bằng?

+ Khi con lắc dao động thì quỹ đạo của nó là gỡ và vị trí của nú đượcxác định bởi đại lượng nào?

Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây mềm không dón có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể.

Mô tả dao động

I THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN

1 Câu tạo

gồm :+ một vậtnặng cókíchthướcnhỏ, cókhốilượng m,

treo ở đầu một sợi dây

+ sợi dây mềm khụng dón có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể.

2 Kích thích dao động

Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệchkhái vị trí cân bằng một góc rồi thả nhẹ

H Đ 2: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNG HỌC

Con lắc chịu tác dụng của những lực nào ?

Theo định luật II

Newton phương trình chuyển động của vật được viết như thế nào ?

Xác định hình chiếu

của m , , và trờn trục Mx?

Nghiệm của phương

Trả lời câu hỏi C1

 = ocos(t + )Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần sốf của con lắc đơn ?

II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦACON

LẮCĐƠN VỀMẶTĐỘNGHỌC

 Khi vậtở vị trí Mthì:

+ Vậtnặng xác

định bởi cung OM = s

+ Vị trí dây treo xác định bởi góc:

OQM = α

 Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P , lực căng dây T

 Áp dụng định luật II Niu tơn: ma = P +T chiếu lên Mx

Pt =mat= -Psin (3.1)(3.1)cho thấy d đ của con lắc đơn không phải d đ đ h

ma

Trả lời câu hỏi C2

Vậy: Dao động của con lắc đơn với

góc lệch bé là dao động điều hoà

với chu kỳ T = 2πg

Tần số : f = T1 21 gl

H Đ 3 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶY NĂNG LƯỢNGIII KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶY NĂNG LƯỢNG

1 Động năng của con lắc đơn1 Động năng của con lắc lò xo

T = 2πg

=> => Muốn đo g cần đo chiều dài và chu kỳ của con lắc đơn

 Kiến thức : Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần dao động cơ học do ma sát nhớt

tạo nên lực cản đối với vật dao động Ma sát nhỏ dẫn đến tắt dần chậm Ma sát lớn dẫn đếntắt dẫn nhanh và dẫn đến không dao động - Biết được nguyên tắc làm cho dao động có masát được duy trì.

Biết được dao động cưỡng bức khi ổn định có tần số bằng tần số ngoại lực và có biên độphụ thuộc vào tần số ngoại lực Biên độ cực đại khi tần số ngoại lực bằng tần số dao độngriêng của hệ Biên độ dao động cưỡng bức cực đại gọi là cộng hưởng Cộng hưởng rõ khima sát nhỏ

 Kỹ năng: Giải thích sự tắt dần của một số dao động trong thực tế Điều kiện để có

cộng hưởng

 Liên hệ thực tế : Liên hệ các dao động tắt dần trong thực tế Biết được hiện tượng

cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong thực tế và kể ra được một vài ứng dụng.

II Chuẩn bị:

1 Giáo viên:Chuẩn bị thí nghiệm ở 4.3 nếu điều kiện cho phép Nếu chuẩn bị không được

thì thông báo kết quả.Chuẩn bị 4 con lắc lò xo dao động trong các môi trường nhớt khác nhau.Hình vẽ trang 19 sgk.

2 Học sinh: Đọc trước bài học.

II.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Giảng giải + đàm thoại IV.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY

-Ổn định tổ chức: -Kiểm tra bài cũ:

Nhắc lại khái niệm dao động điều hòa và dao động tuần hoàn Nhận xét giá trị của A , E trong dao động điều hòa và dao động tuần hoàn.

Cho biết quan hệ:

+chiều lực cản và chiềuchuyển động của vật, +công lực cản và cơ năng.?

Dùng lập luận về bảo toàn

năng lượng suy ra sự giảmdần của biên độ.

Nếu không có ma sát thì

cơ năng của con lắc biếnđổi thế nào?

Nếu có ma sát nhớt thì cơ

năng biến đổi thế nào?

Biên độ có liên quan với

cơ năng thế nào?

Biên độ biến đổi thế nào? Nêu nguyên nhân dao

Hs: Quan sát và rút ra các

nhận xét.

Nêu nhận xét ?

Năng lượng không đổi.

Năng lượng giảm dần W = 21 k A2

A giảm Nêu kết luận

I DAO ĐỘNG TẮT DẦN :1 Thế nào là dao động tắt dần?

Dao động mà biên độ giảm dầntheo thời gian

2 Giải thích :

 Lực cản môi trường luôn luôn

ngược chiều chuyển động củavật nên luôn luôn sinh công âm,làm cho cơ năng vật dao độnggiảm, dẫn đến biên độ dao độngcũng giảm theo thời gian.

 Vậy: Dao động tắt dần càngnhanh nếu độ nhớt môi trườngcàng lớn.

3 Ứng dụng của tắt dần: cáigiảm rung

 Cái giảm rung: Một pít tông

có những chỗ thủng chuyểnđộng thẳng đứng bên trong mộtxy lanh đựng đầy dầu nhớt, píttông gắn với khung xe và xylanh gắn với trục bánh xe Khikhung xe dao động trên các lòxo giảm xóc, thì pít tông cũngdao động theo, dầu nhờn chảyqua các lỗ thủng của pít tôngtạo ra lực cản lớn làm cho dao

X

O t

động pít tông này chóng tắt vàdao động của khung xe cũngchóng tắt theo.

 Lò xo cùng với cái giảm runggọi chung là bộ phận giảm xóc.

Dự đoán xem để cho dao

động không tắt dần và cóchu kì không đổi như chukì dao động

riêng thì taphải làm gì?Thườngngười tadùng mộtmột nguồnnăng lượngvà một cơ

cấu truyền năng lượngthích hợp để cung cấp nănglượng cho vật dao độngtrong mỗi chu kì Giớithiệu cơ chế duy trì daođộng con lắc ở hình bên.

Hs: Nêu nguyên tắc duy trì

dao động trong đưa võng.

Cung cấp năng lượng ? Nêu định nghĩa dao động

duy trì

Mô tả

II Dao động duy trì:

 Nếu cung cấp thêm năng

lượng cho vật dao động bù lạiphần năng lượng tiêu hao do masát mà không làm thay đổi chukì dao động riêng của nó, khi đóvật dao động mải mải với chu kìbằng chu kì dao động riêng củanó, gọi là dao động duy trì.

Thuyết giảng về dao động

cưỡng bức như phần nội dung.

Quan sát thí nghiệm.Quan sát và rút ra các đặc điểm của dao động cưỡng bức.

Biên độ tăng dần Biên độ không thay đổi Quan sát đồ thị dao động Dạng sin

Nếu tác dụng một ngoại biến

đổi điều hoà F=F0sin(t + )lên một hệ.lực này cung cấpnăng lượng cho hệ để bù lạiphần năng lượng mất mát do masát Khi đó hệ sẽ gọi là daođộng cưỡng bức

 Biên độ của dao động khôngđổi + Phụ thuộc vào sựchênh lệch giữa tần số ngoại lựcvà tần số dao động riêng của hệdao động tự do.

+ Tỉ lệ với biên độ F0 của ngoạilực.

trong sách giáo khoa.

Theo dõi đường biểu diễn

Em thấy được điều gì ?

Hiện tượng cộng hưởng là

Quan sát và rút ra hiệntượng và khái niệm cộnghưởng

Giá trị cực đại của biên độ

A của dao động cưỡng bứcđạt được khi tần số góc củangoại lực bằng tần số gócriêng 0 của hệ dao độngtắt dần

Định nghĩa hiện cộng

Vẽ hình.

Quansát vàrút ramốiqua hệgiữa

biên độ dao động cưỡngbức và độ lớn lực cản môitrường

Nếu ma sát giảm thì giá trịcực đại của biên độ tăng.Hiện tượng cộng hưởng rõnét hơn

Trả lời C2

Nghiên cứu Sgk lên dây đàn.

Hiện tượng này gọi là hiệntượng cộng hưởng

f = f0 thì Acb = Amax.

Nếu ma sát giảm thì giá trị cực

đại của biên độ tăng.

2.Giải thích : Khi f =f0 : hệđược cung cấp năng lượng mộtcách nhịp nhàng đúng lúc , do đóbiên độ dao động của hệ tăngdần lên A =Amax khi tốc độ tiêuhao năng lượng bằng tốc độcung cấp năng lượng cho hệ

3 Tầm quan trọng của hiệntượng cộng hưởng :

 Dựa vào cộng hưởng mà tacó thể dùng một lực nhỏ tácdụng lên một hệ dao động cókhối lượng lớn để làm cho hệnày dao động với biên độ lớn(em bé đưa võng cho người lớn…)

 Dùng để đo tần số dòng điệnxoay chiều, lên dây đàn.

+Tác dụng có hại:

Cầu, bệ máy, trục máykhung xe … đều là các chi tiết cóthể xem như một dao động tự docó tần số riêng f0 nào đó Khithiết kế các chi tiết này cần phảichú ý đến sự trùng nhau giữa tầnsố ngoại lực f và tần số riêng f0.

fO

Nếu sự trùng nhau này xảy ra(cộng hưởng) thì có thể làm gãycác chi tiết này.

Củng cố dặn dò:Thế nào là dao động tắt dần, giải thích tại sao dao động tắt dần

Dao động cưỡng bức Hiện tượng cộng hưởng

Bài tập về nhà:Câu hỏi 1,2,3,4 ;Bài 5,6 trang 21 Sgk.Bài tập thêm:

Bài 1: a Người đi bộ bước đều xách xô nước Chu kì dao động của nước trong xô là

T0 = 0,9s, mỗi bước đi dài l = 60cm Nước trong xô sánh mạnh nhất khi người đi với vận tốc là bao nhiêu

b.Con lắc đơn treo vào trần tàu lửa chạy thẳng đều Chu kì dao động của con

lắc đơn T0=1s Tàu bị kích động khi qua chổ nối hai thanh ray Khi tàu chạy với vận tốc45km/h, thì con lắc dao động với biên độ lớn nhất Tính chiều dài mỗi thanh ray.

Bài 2: Con lắc lò xo treo trên toa xe lửa đang chạy thẳng đều với vận tốc v = 4m/s, con

lắc bị kích động khi qua chổ nối hai thanh ray Cho mỗi đoạn ray dài 4m, khối lượng vật m= 100g.

Tìm độ cứng k của lò xo để con lắc dao động với biên độ lớn nhất.

 Kỹ năng: Sử dụng giản đồ vec tơ quay để tổng hợp 2 dao động điều hòa cùng

phương cùng tần số

 Tư tưởng, liên hệ thực tế : Giải được các bài tập về tổng hợp dao động , giải

thích các hiện tượng tổng hợp dao động trong kỹ thuật và đời sống.

II.PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC: Giảng giải – vấn đáp.

III Chuẩn bị: 1

Giáo viên: Các hình vẽ liên quan nếu cần.

2 Học sinh: Ôn lại biểu diễn dao động điều hoà bằng véc tơ quay Xem lại bảng lượng

IV.TIẾN TRÌNH TIẾT DẠY-Ổn định tổ chức:

-Kiểm tra bài cũ: Dao động cưỡng bức là gì? Nêu đặc điểm về dao động này Khi nào

biên độ dao động cưởng bức đạt giá trị cực đại, biên độ cực đại này phụ thuộc vào yếu tốnào?

NỘI DUNG

Hoạt động của

H Đ 1 : Vec tơ quay