Vật lí lớp 12 - Tiết 03: CON LẮC LÒ XO ppt

Vật lí lớp 12 - Tiết 03: CON LẮC LÒ XO 1. Mục tiêu: a) Về kiến thức: - Viết được: + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà. + Công thức tính chu kì của con lắc lò xo. + Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động. - Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo. b) Về kỹ năng: - Áp dụng được các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập. c) Về thái độ: - Có thái độ nghiêm túc học tập. 2. Chuẩn bị của GV và HS: a) Chuẩn bị của GV: - Con lắc lò xo theo phương ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ “V” ngược chuyển động trên đêm không khí. b) Chuẩn bị của HS: - Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. 3. Tiến trình bài dạy: * Ổn định lớp: (1 phút) a) Kiểm tra bài cũ: (5 phút) Câu hỏi: - Viết phương trình tọa độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa, giải thích các đại lượng trong phương trình. Đáp án: - x = Acos(t + ) - v = x’ = -Asin(t + ) - a = v’ = - 2 Acos(t + ) = - 2 x * Đặt vấn đề (1 phút). - Các bài trước mới khảo sát dao động về mặt động học. Dao động của hệ xét ở mặt động lực học và năng lượng như thế nào? Muốn thế ta dùng con lắc lò xo làm mô hình để nghiên cứu. b) Dạy nội dung bài mới: Hoạt động 1 (8 phút): Tìm hiểu về con lắc lò xo. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Minh hoạ con lắc lò xo trượt trên một mặt phẳng nằm ngang không ma sát và Y/c HS cho biết gồm những gì? - HS dựa vào hình vẽ minh hoạ của GV để trình bày cấu tạo của con lắc lò xo. - HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn ra một đoạn I. Con lắc lò xo 1. Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu kia của lò xo được giữ cố định. k m N r P r F r v = 0 k F = 0 m N r P r nhỏ rồi buông tay. 2. VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng. Hoạt động 2 (15 phút): Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Vật chịu tác dụng của những lực nào? - Trọng lực P r , phản lực r N của mặt phẳng, và lực đàn hồi F r II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động k m N r P r F r v r O A A x - Ta có nhận xét gì về 3 lực này? - Khi con lắc nằm ngang, li độ x và độ biến dạng l liên hệ như thế nào? - Giá trị đại số của lực đàn hồi? - Dấu trừ ( - ) có ý nghĩa gì? - Từ đó biểu thức của lò xo. - Vì 0 P N   r r nên hợp lực tác dụng vào vật là lực đàn hồi của lò xo. x = l F = -kx - Dấu trừ chỉ rằng F r luôn luôn hướng về VTCB. k a x m   lực học 1. Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài l của lò xo. Gốc toạ độ O tại VTCB, giả sử vật có li độ x. - Lực đàn hồi của lò xo F k l    r r  F = - kx của a? - Từ biểu thức đó, ta có nhận xét gì về dao động của con lắc lò xo? - Từ đó  và T được xác định như thế nào? - Nhận xét gì về - So sánh với phương trình vi phân của dao động điều hoà a = - 2 x  dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Đối chiếu để tìm ra công thức  và T. - Lực đàn hồi luôn hướng về VTCB. 2. Hợp lực tác dụng vào vật: P N F ma    r r r r - Vì 0 P N   r r  F ma  r r Do vậy: k a x m   3. - Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà. - Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo k m   và 2 m T k   lực đàn hồi tác dụng vào vật trong quá trình chuyển động. - Trường hợp trên lực kéo về cụ thể là lực nào? - Trường hợp lò xo treo thẳng đứng? - Lực kéo về là lực đàn hồi. - Là một phần của lực đàn hồi vì F = -k(l 0 + x) 4. Lực kéo về - Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về. Vật dao động điều hoà chịu lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ. Hoạt động 3 (10 phút): Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Khi dao động, động năng của con lắc lò xo 2 ñ 1 W 2 mv  III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng (động năng của vật) được xác định bởi biểu thức? - Khi con lắc dao động thế năng của con lắc được xác định bởi biểu thức nào? - Xét trường 2 2 1 1 ( ) 2 2 t W k l W kx     - Không đổi. Vì cos 2 2 2 2 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 W m A sin t kA t          Vì k = m 2 nên 2 2 2 1 1 2 2 W kA m A const     - W tỉ lệ với A 2 . lượng 1. Động năng của con lắc lò xo 2 ñ 1 W 2 mv  2. Thế năng của con lắc lò xo 2 1 2 t W kx  3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng a. Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động năng và thế năng của con hợp khi không có ma sát  cơ năng của con lắc thay đổi như thế nào? - Cơ năng của con lắc tỉ lệ như thế nào với A? lắc. 2 2 1 1 2 2 W mv kx   b. Khi không có ma sát 2 2 1 1 2 2 W kA m A const     - Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. - Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn. c) Củng cố, luyện tập: (3 phút) [...].. .- Viết công thức chu kỳ, tần số, động năng, thế năng, cơ năng của con lắc lò xo d) Hướng dẫn học sinh tự học ở nhà: (2 phút) - Trả lời câu hỏi 1-3 - Làm bài tập 4-6 * RÚT KINH NGHIỆM . - HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn ra một đoạn I. Con lắc lò xo 1. Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo. Vật lí lớp 12 - Tiết 03: CON LẮC LÒ XO 1. Mục tiêu: a) Về kiến thức: - Viết được: + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà. + Công thức tính chu kì của con lắc. Động năng của con lắc lò xo 2 ñ 1 W 2 mv  2. Thế năng của con lắc lò xo 2 1 2 t W kx  3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng a. Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động