DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC, CỘNG HƯỞNG I / MỤC TIÊU : Biết được dao động cưỡng bức khi ổn định có tần số bằng tần số ngoại lực, có biên độ phụ thuộc tần số ngoại lực. Biên độ cực đại khi tần số ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ. Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức cực đại gọi là cộng hưởng. Cộng hưởng thể hiện rõ khi ma sát nhỏ. Biết được rằng 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 TN ở mục 3. TN này tốn nhiều thời gian. Việc xác định chu kỳ T 0 (và suy ra tần số góc 0 ) của con lắc A và chu kì T của con lắc B ứng với một số (có thể là 5) vị trí khác nhau của quả nặng khối lượng M nên làm trước, ngoài giờ học. Cần có một bảng hình bán nguyệt có chia độ, đặt song song với mặt phẳng dao động của con lắc A (ở phía sau) để đo biên độ dao động của con lắc này. Khi làm TN cho con lắc B dao động nhiều lần (mỗi lần ứng với một vị trí khác nhau của quả nặng) thì tất cả mọi lần đều phải có cùng biên độ. Vì vậy cần phải có một mốc để đánh dấu biên độ, đặt cạnh mặt phẳng dao động của con lắc B. Có thể không làm TN ở cột phải mà chỉ thông báo kết quả. 2 / Học sinh : Xem lại khái niệm dao động tắt dần. Quan sát nguyên tắc hoạt động của tần số kế. Quan sát kỹ thuật lên dây đàn. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Biên độ tăng dần. HS : Biên độ không thay đổi HS : Quan sát đồ thị dao động. HS : Dạng sin HS : Bằng tần số góc của ngoại lực. HS : Tỉ lệ với biên độ F 0 của ngoại lực. GV : Bây giờ vật nặng đứng yên ở vị trí cân bằng, ta tác dụng lên vật một ngoại lực F biến đổi điều hòa theo thời gian F = F 0 cost và xét xem vật chuyển động như thế nào. GV : Chuyển động của vật dưới tác dụng của ngoại lực nói trên như thế nào ? GV : Đồ thị ly độ x trong giai đoạn cưỡng bức có đặc điểm gì ? GV : Tần số góc của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì ? Hoạt động 2 : HS : Giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng 0 của hệ dao động tắt dần. HS : Định nghĩa hiện cộng hưởng. Hoạt động 3 : HS : Vẽ hình. HS : Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. HS : Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn. Hoạt động 4 : HS : Xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc bất kỳ. HS : Xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc bằng với GV : Biên độ của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì ? GV : Giới thiệu đường biểu diễn A theo hình vẽ 17.2 trong sách giáo khoa. GV : Theo dõi đường biểu diễn Em thấy được điều gì ? GV : Hiện tượng cộng hưởng là gì ? GV : Hãy vẽ lại đường biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A của dao động vào tần số góc của ngoại lực GV : Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ như thế nào ? GV : Hiện tượng cộng hưởng có đặc điểm gì ? GV : Em hãy cho biết khi nào dao động cưỡng bức xảy ra ? GV : Em hãy cho biết khi nào dao tần số góc 0 của dao động tự do của hệ. HS : Cả hai đều có tần số góc bằng tần số góc riêng 0 của hệ dao động. HS : Ngoại lực độc lập đối với hệ. HS : Ngoại lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó ? Hoạt động 5 : HS : Tần số kế, lên dây đàn. HS : Chế tạo các máy móc, lắp đặt máy. động duy trì xảy ra ? GV : Dao động cưỡng bức khi cộng hưởng có điểm giống với dao động duy trì ở chổ nào ? GV : Dao động cưỡng bức gây nên bởi một ngoại lực có đặc điểm gì ? GV : Dao động duy trì gây nên bởi một ngoại lực có đặc điểm gì ? GV : Cộng hưởng có lợi không ? GV : Cộng hưởng có hại không ? IV / NỘI DUNG : 1. Dao động cưỡng bức * Dao động gây ra bởi một ngoại lực biến đổi điều hòa theo thời gian F = F o cos(t + ) được gọi là dao động cưỡng bức * Đặc điểm của dao động cưỡng bức Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. Dao động cưỡng bức là điều hòa (có dạng sin) Biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc cả vào độ chênh lệch giữa tần số cưỡng bức càng gần với tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. Biên độ dao động cưỡng bức có giá trị cực đại khi tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động. 2. Sự cộng hưởng : Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng o của hệ dao động tắt dần, được gọi là hiện tượng cộng hưởng. Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn. 3. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì * Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc bất kỳ. Sau giai đoạn chuyển tiếp thì dao động cưỡng bức có tần số góc bằng tần số góc của ngoại lực. * Dao động cưỡng bức cũng xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực, nhưng ở đây ngoại lực được điều khiển để có tần số góc bằng tần số góc o của dao động tự do của hệ. * Dao động cưỡng bức khi cộng hưởng có điểm giống với dao động duy trì : cả hai đều có tần số góc bằng tần số góc riêng o của hệ dao động. Tuy vậy vẫn có sự khác nhau : dao động cưỡng bức gây nên bởi ngoại lực độc lập đối với hệ, còn dao động duy trì kì dao động riêng của hệ được bù thêm năng lượng do một lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó. 4. Ứng dụng hiện tượng cộng hưởng Chế tạo tần số kế. Lên dây đàn… Trong một số trường hợp, hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn tới kết quả làm gẫy, vỡ các vật bị dao động cưỡng bức, do đó khi chế tạo các máy móc, phải làm sao cho tần số riêng của mỗi bộ phận trong máy khác nhiều so với tần số biến đổi của các lực có thể tác dụng lên bộ phận ấy, hoặc làm cho dao động riêng tắt rất nhanh. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1. Xem bài 18. . + ) được gọi là dao động cưỡng bức * Đặc điểm của dao động cưỡng bức Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. Dao động cưỡng bức là điều hòa. càng lớn. Biên độ dao động cưỡng bức có giá trị cực đại khi tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động. 2. Sự cộng hưởng : Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng. GV : Dao động duy trì gây nên bởi một ngoại lực có đặc điểm gì ? GV : Cộng hưởng có lợi không ? GV : Cộng hưởng có hại không ? IV / NỘI DUNG : 1. Dao động cưỡng bức * Dao động gây