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 độ
Trang 1BÀI 17 : 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 T0 (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 :
Trang 2Xem 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 F0 của ngoại lực
Hoạt động 2 :
HS : Giá trị cực đại của biên độ A của
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 = F0 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 ?
GV : Biên độ của dao động cưỡng bức
có đặc điểm gì ?
Trang 3dao 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
tần số góc 0 của dao động tự do của
hệ
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
động duy trì xảy ra ?
Trang 4HS : 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
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 = Focos(t + ) được gọi là dao động cưỡng bức
* Đặc điểm của dao động cưỡng bức
Trang 5 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
Trang 6* 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