DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I / MỤC TIÊU : Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động dao động. Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lò xo. Biết rằng biểu thức của dao động là nghiệm của phương trình động lực học. Biết các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Chuẩn bị con lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí. Cho HS quan sát chuyển động của ba con lắc đó. Chuẩn bị đồng hồ bấm giây để đo chu kì con lắc dây. Nếu có thiết bị đo chu kì của con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí bằng đồng hồ hiệu số thì có thể thay việc đo chu kì con lắc giây bằng việc đo chu kì con lắc lò xo nằm ngang. 2 / Học sinh : Ôn lại về đạo hàm, cách tính đạo hàm, ý nghĩa vật lí của đạo hàm : Trong chuyển động thẳng vận tốc của chất điểm bằng đạo hàm của tọa độ chất điểm theo thời gian, còn gia tốc thì bằng đạo hàm của vận tốc. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Có một vị trí cân bằng. HS : Chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng. HS : Chuyển động là tuần hoàn. HS : Dao động cơ học là chuyển động tuần hoàn qua lại quanh một vị trí cân bằng. Hoạt động 2 : HS : Trọng lực, phản lực, lực đàn hồi. GV : Cho học sinh quan sát chuyển động của vật nặng trong con lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng và con lắc lò xo nằm ngang trên đệm không khí. GV : Chuyển động của vật nặng trong 3 trường hợp trên có những đặc điểm gì giống nhau ? GV : Chuyển động của vật nặng nói trên gọi là dao động cơ học. GV : Dao động cơ học là gì ? GV : Em hãy cho biết vật nặng chịu tác dụng của những lực nào ? GV : Theo định luật II Newton HS : P + N + ñh F = m . a ( 1 ) HS : Chiếu ( 1 ) xuống trục xx’ HS : F đh = m . a HS : F đh = k . x HS : a = x’’ HS : x’’ + 2 x = 0 Hoạt động 3 : HS : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(t + ), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. Hoạt động 4 : HS : phương trình chuyển động của vật được viết như thế nào ? GV : Chuyển pt vectơ thành pt đại số ? GV : Lực đàn hồi được xác định như thế nào ? GV : Gia tốc a có độ lớn được xác định như thế nào ? GV : Phương trình F đh = m . a được viết lại như thế nào ? GV : Giáo viên giới thiệu đây là phương trình vi phân bậc 2, nghiệm số của phương trình có dạng : x = A cos ( t + ). GV : Dao động điều hòa là gì ? GV : Nêu ý nghĩa vật lý của từng đại x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) A : biên độ, hay giá trị cực đại của li độ x ứng với lúc cos(t + ) = 1. (t + ) : pha của dao động tại thời điểm t, pha là đối số của hàm cosin. Với một biên độ đã cho thì pha xác định li độ x của dao động. (rad) : pha ban đầu, tức là pha (t + ) vào thời điểm t = 0 (rad) : tần số góc của dao động (rad/s) lượng trong công thức trên ? IV / NỘI DUNG : 1. Dao động cơ học : Dao động cơ học là chuyển động tuần hoàn qua lại trên một đoạn đường xác định, quanh một vị trí cân bằng. Vị trí cân bằng là vị trí đứng yên của vật. 2. Thiết lập phương trình động lực học của dao động : Xét chuyển động của vật nặng trong con lắc lò xo. Lực tác dụng lên vật nặng : lực đàn hồi F đh = kx. Theo định luật II Niutơn (bỏ qua ma sát) F = ma = m.x’’ => mx’’ = k.x => x’’ + k x m = 0 (1) Đặt : 2 = k m => x’’ + 2 x = 0 (2) (1) và (2) gọi là phương trình động lực học của dao động. 3. Nghiệm của phương trình động lực học. Phương trình động lực học của dao động có nghiệm : x = Acos(t + ) (3) Trong đó A và là hai hằng số bất kỳ. (3) gọi là phương trình dao động. Dao động điều hòa : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(t + ), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. 4. Các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa : x = Acos(t + ) x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) A : biên độ, hay giá trị cực đại của li độ x ứng với lúc cos(t + ) = 1. (t + ) : pha của dao động tại thời điểm t, pha là đối số của hàm cosin. Với một biên độ đã cho thì pha xác định li độ x của dao động. (rad) : pha ban đầu, tức là pha (t + ) vào thời điểm t = 0 (rad) : tần số góc của dao động (rad/s) 5. Con lắc lò xo Con lắc lò xo gồm một vật nặng có khối lượng m được gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k và khối lượng không đáng kể. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 12. . là phương trình dao động. Dao động điều hòa : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(t + ), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. 4. Các đại. động 3 : HS : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(t + ), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. Hoạt động 4 : HS : phương trình chuyển động. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I / MỤC TIÊU : Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động dao động. Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lò xo.