Trờng THPT Nguyễn Mộng Tuân Nm hc 2008 - 2009 Ngày 15 /08/2008 Chng I: DAO NG C HC Tiết 1,2: DAO NG IU HO I. Mc tiờu: - Thụng qua quan sỏt cú khỏi nim v chuyn ng dao ng. - Bit cỏc i lng c trng cho dao ng iu ho. - Bit tớnh toỏn v v th x(t), v(t) v a(t)-Hiu rừ cỏc khỏi nim T v f - Bit vit iu kin u tu theo cỏch kớch thớch dao ng v t ú suy ra A v . Cng c kin thc v dao ng iu ho. II. Chun b: 1. Giỏo viờn:+ Con lc dõy, con lc lũ xo ng v ngang, ng h bm giõy. 2. Hc sinh: . + ễn li o hm, cỏch tớnh o hm ca cỏc hm s lng giỏc. + í ngha vt lý ca o hm. III.Tin trỡnh bi dy : 1.Kim tra bi c:Khụng 2. Ni dung bi mi : Tiết 1 Hot ng 1: Dao ng , dao ng tun hon HOT NG CA G.V HOT NG CA H.S NI DUNG GV Nờu v d: giú rung lm bụng hoa lay ng; qu lc ng h ung a sang phi sang trỏi; mt h gn súng; dõy n rung khi góy Chuyn ng ca vt nng trong 3 trng hp trờn cú nhng c im gỡ ging nhau ? Dao ng c hc l gỡ ? Nhn xột v cỏc c im ca cỏc chuyn ng ny? quan sỏt dao ng ca qu lc ng h t ú a ra khỏi nim dao ng tun hon I. DAO NG C 1. Th no l dao ng c - Vớ d : Chuyn ng ca qu lc ng h , dõy n ghi ta rung ng Khỏi nim : Dao ng l chuyn ng cú gii hn trong khụng gian, lp i lp li nhiu ln quanh mt v trớ cõn bng. 2. Dao ng tun hon. Dao ng tun hon: l dao ng m sau nhng khong thi gian bng nhau gi l chu k vt tr li v trớ c theo hng c VD: Dao ng ca lc ng h Hot ng 2 : Phng trỡnh dao ng iu hũa , khỏi nim dao ng iu hũa . Giáo án Vật Lí 12 GV : Lê Thị Huệ Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm O, bán kính A, với vận tốc góc là ω (rad/s) Chọn C là điểm gốc trên đường tròn. Tại: - Thời điểm ban đầu t = 0, vị trí của điểm chuyển động là M 0 , xác định bởi góc j. - Thời điểm t ≠ 0, vị trí của điểm chuyển động là M t , Xác định bởi góc ( ω t + ϕ ) 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 thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo. Vẽ hình minh họa chuyển động tròn đều của chất điểm . Xác định vị trí của vật chuyển 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 ≠ 0 x = OP = OM t cos (ωt + ϕ ). 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 M t xuống x’x là điểm P có được tọa độ x = OP, ta có: x = OP = OM t sin(ωt + ϕ ). Hay: x = A.sin (ωt + ϕ ). Vậy chuyển động của điểm P trên trục x’x là một dao động điều hòa. II . PHƯƠNG 1Ví dụ . Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm 0, bán kính A, với vận tốc góc là ω (rad/s) Thời điểm t ≠ 0, vị trí của điểm chuyển động là M t , Xác định bởi góc (wt + ) : x = OP = OM t cos (ωt + ϕ ). Hay: x = A.cos (ωt + ϕ ). A, ω , ϕ 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 . 3. Phương trình phương trình x=Acos( ω t+ ϕ ) thì: + x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) +A: gọi là biên độ dao động: là li độ dao động cực đại ứng với cos(ωt+ϕ) =1. +(ωt+ϕ): Pha dao động (rad) + ϕ : pha ban đầu.(rad) + ω: Gọi là tần số góc của dao động. (rad/s) 4. Chú ý : Một điểm dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là một đoạn thẳng đó . TiÕt 2 Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ M t M o C P y x' wt j wt + j x x M t M o C Q y Y Y , wt j wt + j Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 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 , tần số giao viên hướng dẫn hs 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 dao động toàn phần thực hiện được trong một giây . f = 1ω = T 2π T= t/n n là số dao động toàn phần trong thời gian t 2. Tần số góc kí hiệu là ω . đơn vị : rad/s Biểu thức : 2 2 f T π ω π = = 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 thế nào ?? 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’ = −ωAsin(ωt + ϕ) x = ± A ⇒ v = 0 x = 0 : v = ± ωA Người ta nói rằng vận tốc trễ pha π / 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 . 1. Vận tốc v = x / = -Aωsin(ωt + ϕ), - v max =Aω khi x = 0-Vật qua vị trí cân bằng. - v min = 0 khi x = ± A ở vị trí biên KL: vận tốc trễ pha π / 2 so với ly độ. 2. Gia tốc . a = v / = -Aω 2 cos(ωt + ϕ)= -ω 2 x - |a| max =Aω 2 khi x = ±A - vật ở biên - a = 0 khi x = 0 (VTCB) khi đó F hl = 0 . - Gia tốc luôn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng) KL : Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 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 ϕ = 0 x = Acos(ωt) = Acos( 2π T t) v = -Aωsin( 2π T t) a = -Aω 2 cos( 2π T 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 ϕ=0. t 0 T/4 T/2 3T/4 T x A 0 -A 0 A v 0 -Aω 0 Aω 0 a -Aω 2 0 Aω 2 0 Aω 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: . . Ngµy 16 /08/2008 Bài 2: CON LẮC LÒ XO Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ x v a t t t T 2 T 4 T 4 3T O O O A -A Aω -Aω -Aω 2 Aω 2 Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 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. 2. Học sinh: . + Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác. + Ý nghĩa vật lý của đạo hàm. + Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực thế. III. Tiến trình bài dạy : 1.Kiểm tra bài cũ: 1/Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 trang 9 SGK 2/Bài tập 8,10 trang 9 SGK 2. Nội dung bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA G.V HOẠT ĐỘNG CỦA H.S NỘI DUNG 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 Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 Khi bi dao động, tại vị trí bất kỳ bi có li độ x. Phân tích các lực tác dụng vào bi? Đặt : ω 2 = k m . Ta lại có: v= dx dt =x / ; a= dv dt =v / =x // do đó viết lại: x // + ω 2 x=0 (1); nghiệm của phương trình (1) là x=Acos(ωt+ϕ). Trọng lực P = mg phản lực, Q lực đàn hồi. F dh P + N + ñh F = m . a (1) − F đh = m . a F đh = k . x Thử lại nghiệm x=Acos(ωt+ϕ) là nghiệm của phương trình (1). 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 + k m x = 0 • Đặt : ω 2 = k m . Ta lại có: v = dx dt =x / ; a= dv dt =v / =x // do đó viết lại: x // + ω 2 x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là . x=Acos(ωt+ϕ). * Đối với con lắc lò xo k m T π= ω π = 2 2 m k f π = 2 1 * Lực kéo về : - Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng. - có độ lớn tỉ lệ với li độ Hoạt động 3: Xây dựng biểu thức động năng thế năng , sự bảo toàn cơ năng Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ O x / x N r N r P r N P r F r F r x Trêng THPT NguyÔn Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 Khi vật chuyển động, động năng của vật được xác định như thế nào ? → W đ 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 ? → W t 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. ?? W đ = 2 1 2 mv W đ = 1 2 mω 2 A 2 sin 2 (ωt+ϕ) 1 2 mω 2 A 2 [ ] 1 cos 2( t+ ) 2 − ω ϕ = 1 4 mω 2 A 2 - [ ] 1 c 4 os 2( t+ )ω ϕ W t = 2 2 2 1 1 cos ( ) 2 2 kx kA t ω ϕ = + W t = 1 2 mω 2 A 2 cos 2 (ωt+ϕ) = 1 2 mω 2 A 2 [ ] 1 cos 2( t+ ) 2 + ω ϕ = 1 4 mω 2 A 2 + [ ] 1 c 4 os 2( t+ )ω ϕ W = W t + W đ W = 1 2 mω 2 A 2 [cos 2 (ωt + ϕ) + sin 2 (ωt + ϕ) ) W = 1 2 mω 2 A 2 = 1 2 kA 2 = const : Cơ năng bảo toàn ! III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG 1. Động năng của con lắc lò xo 2 1 2 d W mv= W đ = 1 2 mv 2 = 1 2 mA 2 ω 2 sin 2 (ωt+ϕ) (1) • Đồ thị W đ ứng với trường hợp ϕ = 0 2. Thế năng của lò xo 2 1 2 t W kx= W t = 1 2 kx 2 = 1 2 kA 2 cos 2 (ωt+ϕ) (2a) • Thay k = ω 2 m ta được: W t = 1 2 mω 2 A 2 cos 2 (ωt+ϕ) (2b) • Đồ thị W t ứng với trường hợp ϕ 3. Cơ năng của con lắc lò xo .Sử bảo toàn cơ năng . 2 2 1 1 2 2 d t W W W mv kx= + = + 2 2 2 1 1 2 2 W kA m A ω = = = hằng số - cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động . - Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát . Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ HuÖ W t t 2 T 4 T O mω 2 A 2 mω 2 A 2 W d t 2 T 4 T O mω 2 A 2 mω 2 A 2 Trờng THPT Nguyễn Mộng Tuân Nm hc 2008 - 2009 Cng c dn dũ: Trong mi dao ng iu hũa , c nng c bo ton. 1/ Tr li cõu hi 2,3 trang 13 SGK Bi tp v nh: Lm cỏc bi tp: 4,5, 6 trang 13 Sgk Rỳt kinh nghim : . Ngày 16 /08/2008 Tiết :4 Bài tập I-MC TIấU p dụng: -Cụng thc ca lc kộo v tỏc dng vo vt dao ng iu hũa -Cụng thc tớnh chu k ca con lc lũ xo cụng thc th nng ng nng c nng . gii bi tp tng t nh trong bi tp . Vit c phng trỡnh ng lc hc ca con lc lũ xo . II-CHUN B : Giáo viên.; - Chuẩn bị các phiếu học tập - Chuẩn bị phơng pháp giải bài tập -Các bài tập trắc nghiệm và t luận điển hình về con lắc lò xo và dao động điều hoà nói chung * Học sinh _Chuẩn bị các bài tập trong SGK và SBT III. Hoạt động dạy học 1- Bài cũ: -Đ/N dao động điều hoà? Nêu rõ các đại lợng trong công thức? -Nêu công thức tính tần số góc,chu kì,động năng ,thế năng, cơ năng của con lắc lò so . 2- Bài mới: Hoạt động 1 : Một số chú ý -Đ/n chu kỳ tần số - Chiều dài quỹ đạo bằng hai lần biên độ - Vận tốc cực đại tại vị trí cân bằng - Gia tốc cực đại tại vị trí biên Hoạt động 2: Bài tập trắc nghiệm 1. i vi dao ng tun hon, khong thi gian ngn nht sau ú trng thỏi dao ng lp li nh c gi l Giáo án Vật Lí 12 GV : Lê Thị Huệ Trêng THPT Ngun Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 A. Tần số dao động. B. Chu kì dao động. C. Pha ban đầu. D. Tần số góc. 2. Dao động được mơ tả bằng biểu thức x = Acos(ωt + φ), trong đó A, ω, φ là hằng số, được gọi là dao động gì ? A. Tuần hồn. B. Tắt dần. C. Điều hồ. D. Cưỡng bức. 3. Biểu thức li độ của dao động điều hoà có dạng x = Asin(ωt + ϕ), vận tốc của vật có giá trò cực đại là A. v max = A 2 ω. B. v max = 2Aω. C. v max = Aω 2 . D. v max = Aω. 4. Một vật nhỏ hình cầu khối lượng 400g được treo vào lò xo nhẹ có độ cứng 160N/m. Vật dao động điều hoà theo phương thẳng đứng với biên độ 10cm. Vận tốc của vật khi đi qua vò trí cân bằng là A. 4m/s. B. 6,28m/s. C. 0 m/s D. 2m/s. 5. Pha của dao động được dùng để xác định A. Biên độ dao động. B. Trạng thái dao động. C. Tần số dao động. D. Chu kì dao động. 5. Chọn câu đúng trong các câu sau khi nói về năng lượng trong dao động điều hồ. A. Khi vật chuyển động về vị trí cân bằng thì thế năng của vật tăng. B. Khi động năng của vật tăng thì thế năng cũng tăng. C. Khi vật dao động ở vị trí cân bằng thì động năng của hệ lớn nhất. D. Khi vật chuyển động về vị trí biên thì động năng của vật tăng. 6. Chọn câu sai khi nói về chất điểm dao động điều hồ: A. Khi chuyển động về vị trí cân bằng thì chất điểm chuyển động nhanh dần đều. B. Khi qua vị trí cân bằng, vận tốc của chất điểm có độ lớn cực đại. C. Khi vật ở vị trí biên, li độ của chất điểm có đ ộ lớn cực đại. D. Khi qua vị trí cân bằng, gia tốc của chất điểm bằng khơng. 7. Một vật dao động điều hoà với biên độ A, tần số góc ω. Chọn gốc thời gian là lúc vật đi qua vò trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là A. x = Asin(ωt + π/4). B. x = Asinωt. C. x = Asin(ωt - π/2). D. x = Asin(ωt + π/2). 8. Con lắc lò xo dao động điều hoà theo phương ngang với biên độ là A. Li độ của vật khi thế năng bằng động năng là A. x = ± 2 A . B. x = ± 2 2A . C. x = ± 4 A . D. x = ± 4 2A . 9. Một chất điểm dao động điều hoà với chu kì T = 3,14s và biên độ A = 1m. Khi chất điểm đi qua vò trí cân bằng thì vận tốc của nó bằng A. 0,5m/s. B. 2m/s. C. 3m/s. D. 1m/s. 10. Vận tốc của chất điểm dao động điều hồ có độ lớn cực đại khi: A. Li độ có độ lớn cực đại. C. Li độ bằng khơng. B. Gia tốc có dộ lớn cực đại. D. Pha cực đại. 11. Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40cm. Khi ở vò trí x = 10cm vật có vận tốc 20π 3 cm/s. Chu kì dao động của vật là A. 1s. B. 0,5s. C. 0,1s. D. 5s. Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ H Trêng THPT Ngun Méng Tu©n Năm học 2008 - 2009 12. Một con lắc lò xo gồm một lò xo có độ cứng k = 100N/m và vật có khối lượng m = 250g, dao động điều hoà với biên độ A = 6cm. Chọn gốc thời gian lúc vật đi qua vò trí cân bằng. Quãng đường vật đi được trong 10 π s đầu tiên là A. 6cm. B. 24cm. C. 9cm. D. 12cm. 13. Một con lắc lò xo có độ cứng là k treo thẳng đứng, đầu trên cố đònh, đầu dưới gắn vật. Độ giãn của lò xo khi vật ở vò trí cân bằng là ∆l. Cho con lắc dao động điều hoà theo phương thẳng đứng với biên độ là A (A > ∆l). Lực đàn hồi nhỏ nhất của lò xo trong quá trình dao động là A. F = k∆l. B. F = k(A-∆l) C. F = kA. D. F = 0. 14. Con lắc lò xo thẳng đứng gồm một lò xo có đầu trên cố đònh, đầu dưới gắn vật dao động điều hoà có tần số góc 10rad/s, tại nơi có gia tốc trọng trường g = 10m/s 2 thì tại vò trí cân bằng độ giãn của lò xo là A. 5cm. B. 8cm. C. 10cm. D. 6cm. 15. Một con lắc lò xo gồm lò xo khôùi lượng không đáng kể, độ cứng k và một hòn bi khối lượng m gắn vào đầu lò xo, đầu kia của lò xo được gắn vào một điểm cố đònh. Kích thích cho con lắc dao động điều hoà theo phương thẳng đứng. Chu kì dao động của con lắc là A. T = 2π k m . B. T = π 2 1 m k . C. T = π 2 1 k m . D. T = 2π m k . V. Bµi tËp vỊ nhµ - HS lµm c¸c bµi tËp tr¾c nghiƯm trong SBT IV-CÙNG CỐ : -ở vị trí nào động năng cực đại ? thế năng cực đại ? -Khi dao động điều hòa động năng và thế năng biến đổi như thế nào ? - C¸c c«ng thøc tÝnh chu k×, ®éng n¨ng , thÕ n¨ng,c¬ n¨ng cđa con l¾c lß xo. V-DẶN DỊ : Gi¸o ¸n VËt LÝ 12 GV : Lª ThÞ H Trỵ gióp cđa gi¸o viªn Ho¹t ®éng cđa häc sinh - Tỉ chøc cho häc sinh tr¶ lêi phiÕu häc tËp mµ gi¸o viªn ®· chn bÞ ph¸t tríc cho c¸c tỉ. - Yªu cÇu 1 tỉ ®¹i diƯn tr×nh bµy ®¸p ¸n vµ yªu cÇu tỉ kh¸c nhËn xÐt. - GV nhËn xÐt ®a ra ®¸p ¸n ®óng - Häc sinh trong tõng tỉ trao ®ỉi víi nhau sau khi ®· chn bÞ ë nhµ, tr¶ lêi theo yªu cÇu cđa tõng bµi. Sau ®ã nép cho gi¸o viªn. - C¸c tỉ tr×nh bµy ®¸p ¸n (1 tỉ) c¸c tỉ kh¸c cho ý kiÕn - Häc sinh ghi nhËn vµ ghi vµo vë.