Ngày soạn: 28/08/2008 Tiết 4 Bài dạy : § 2 : CONLẮC LỊ XO I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức : - Viết được: Cơng thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa, cơng thức tính chu kì của conlắclò xo, cơng thức tính động năng, thế năng và cơ năng của conlắclò xo. 2. Kĩ năng : - Giải thích được tại sao dao động của conlắclòxo là dao động điều hòa - Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi conlắc dao động. - Áp dụng được các cơng thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự như ở trong phần bài tập. - Viết được phương trình động lực học của conlắclò xo. 3. Thái độ : - Trung thực trong học tập, có tinh thần tập thể II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Conlắclòxo2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 (5 phút) : Kiểm tra bài cũ: Viết phương trình li độ, vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. Nêu mối liên hệ giữa chu kì, tần số và tần số góc của dao động điều hòa. Hoạt động 2 (10 phút) : Tìm hiểu conlắclò xo. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Giới thiệu conlắclò xo. Yêu cầu học sinh nêu cấu tạo của conlắclò xo. Giới thiệu vò trí cân bằng. Yêu cầu học sinh nhận xét về vò trí cân bằng. Kéo lòxo giãn ra rồi thả ra. Yêu cầu học sinh nhận xét. Vẽ conlắclò xo. Nêu cấu tạo của con lăùc lò xo. Nhận xét về vò trí cân bằng. Nhận xét chuyển động. I. Conlắclòxo 1. Cấu tạo Gồm một vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu của một lòxo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể. Đầu kia của là xo được giữ cố đònh. Vâït m có thể trượt trên một mặt phẵng nằm ngang không có ma sát. 2. Nhận xét + Vò trí cân bằng của vật là là vò trí khi lòxo không bò biến dạng. + Kéo vật nặng ra khỏi vò trí cân bằng cho lòxo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, ta thấy vật dao động trên một đoạn thẳng quanh vò trí cân bằng. Hoạt động 3 (20 phút) : Khảo sát dao động của conlắclòxo về mặt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản Vẽ hình 2.1 Dẫn dắt học sinh đi đến kết luận cuối cùng là conlắclòxo Xác đònh các lực tác dụng lên vật. Viết biểu thức đònh luật II Newton. Viết phương trình chiếu. Xác đònh trò đại số của lực đàn hồi → F Thử lại để công nhận nghiệm II. Khảo sát dao động của conlắclòxo về mặt động lực học 1. Phương trình chuyển động Vật chòu tác dụng của 3 lực: Trọng lực → P , phản lực → N và lực đàn hồi → F Theo đònh luật II Newton: m → a = → P + → N + → F Chiếu lên trục Ox ta có: ma = F = - kx => a = - m k x. Đặt ω 2 = m k ta có: a = - ω 2 x Nghiệm của phương trình này có dạng : dao động điều hòa. Yêu cầu học sinh xác đònh tần số góc ω. Yêu cầu học sinh xác đònh chu kì T. Yêu cầu học sinh thực hiện C1 Giới thiệu lực kéo về ở conlắclòxo vừa nêu và một số trường hợp khác. của phương trình: a = - ω 2 x là: x = Acos(ωt + ϕ). Xác đònh tần số góc ω của conlắclò xo. Xác đònh chu kì dao động. Thực hiện C1. Nêu khái niệm lực kéo về. x = Acos(ωt + ϕ) Như vậy conlắclòxo dao động điều hòa. 2. Tần số góc và chu kì Tần số góc: ω = m k . Chu kì: T = ω π 2 = 2 m k π . 3. Lực kéo về Lực luôn luôn hướng về vò trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ, là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa. Hoạt động 4 (10 phút) : Khảo sát dao động của lòxo về mặt năng lượng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học CONLẮCLÒXO I CONLẮCLÒXO II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG CON LAÉC LOØ XO BAØI 2: I. CONLẮCLÒ XO: 1. Conlắclò xo: Gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lòxo có độ cứng k, đầu kia của lòxo được giữ cố đònh. 2. Vò trí cân bằng: Là vò trí khi lòxo không bò biến dạng o VTCB II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC: 1. Chọn trục tọa độ Ox trùng với trục lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài lò xo. Gốc tọa độ tại vò trí cân bằng. Khi vật ở li độ x: Lực đàn hồi của lòxo F = -kx (1) x o x o x P N F 2. Hợp lực tác dụng vào vật: amNPF =++ Vì: 0=+ NP nên: amF = (2) + Từ (1) và (2) ta có: x m k a −= 3. Đặt: m k = 2 ω Tần số góc và chu kỳ của conlắclòxo : m k = ω k m T π 2= 4. Lực kéo về: Lực luôn hướng về vò trí cân bằng gọi là lực kéo về. Vật dao động điều hòa có lực kéo về tỉ lệ với li độ x III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒXO VỀ MẶT NĂNG LƯNG: 1. Động năng của conlắclò xo: 22 1 mvW d = W đ (J); m(kg); v(m/s) 2. Thế năng của conlắclò xo: 22 1 kxW t = W t (J); k(N/m); x(m) 3. Năng lượng của conlắclò xo. Sự bảo toàn cơ năng: a. Cơ năng của conlắclòxo là tổng của động năng và thế năng: 22 2 1 2 1 kxmvW += b. Khi không có ma sát: 222 2 1 2 1 AmkAW ω == W (J) Cơ năng của conlắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. Khi không có ma sát, cơ năng của conlắc được bảo toàn. CUÛNG COÁ Một vật có khối lượng 50g gắn vào lòxo , kích thích nó dao động điều hòa với biên độ A =4cm và chu kỳ T =2s . Lấy a/Tính hệ số cứng của lò xo? b/Tính năng lượng kích thích cho conlắc dao động ( bỏ qua mọi lực cản môi trường) 10 2 = π CON LAÉC LOØ XO BAØI 2: V =0 A --A O A --A O A --A O A --A O A --A O A --A O A --A O A --A O CONLẮCLÒXOBÀI 2: BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12_CB TRƯỜNG THPT NGUYỄN VĂN HUYÊN TRƯỜNG THPT NGUYỄN VĂN HUYÊN TỔ VẬT LÝ TỔ VẬT LÝ I. CONLẮCLÒ XO: 1. Conlắclò xo: Gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lòxo có độ cứng k, đầu kia của lòxo được giữ cố định. 2. Vị trí cân bằng: Là vị trí khi lòxo không bị biến dạng (Con lắc lị xo nằm ngang) o VTCB II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC: 1. Chọn trục tọa độ Ox trùng với trục lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài lò xo. Gốc tọa độ tại vị trí cân bằng. Khi vật ở li độ x: Lực đàn hồi của lòxo F = - kx (1) o x x o x P amNPF =++ N F 2. Hợp lực tác dụng vào vật: (2) + Từ (1) và (2) ta có: Vì: 0 =+ NP nên: amF = x m k a −= 3. Đặt: m k = 2 ω xx m k a 2 ω −=−= ⇒ ⇒ Nghiệm của phương trình có dạng : x’’ +ω 2 x= 0 Kết luận : Dao động của conlắclòxo là dao động điều hòa với tần số góc và chu kỳ m k =ω k m 2T π= Với A, ϕ là hai hằng số bất kì x = Acos(ωt+ϕ) m k T f π 2 11 == 4 . Lực kéo về hay lực hồi phục : Lực luôn hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về. Vật dao động điều hòa có lực kéo về tỉ lệ với li độ xBiểu thức : F = -kx = - mω 2 x Đặc điểm: * Là lực gây ra gia tốc cho vật dao động * Luôn hướng về VTCB và tỉ lệ với li độ dao động * Biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ Chú ý : Lực đàn hồi là lực đưa vật về vị trí lòxo không biến dạng. Có độ lớn F đh = kx* (x* là độ biến dạng của lò xo) Với conlắclòxo nằm ngang thì lực kéo về và lực đàn hồi là một (vì tại VTCB lòxo không biến dạng) III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒXO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG: 1. Động năng của conlắclò xo: W đ (J); m(kg); v(m/s) 2. Thế năng của conlắclò xo: 22222 đ 1 1 W sin ( ) Wsin ( ) 22 mv m A t t ω ω ϕ ω ϕ = = + = + 222222 1 1 W ( ) W s ( ) 22 t m x m A cos t co t ω ω ω ϕ ω ϕ = = + = + 22 1 kxW t = W t (J); k(N/m); x(m) b. Khi không có ma sát: constAmkAW === 222 2 1 2 1 ω W (J) Cơ năng của conlắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. Khi không có ma sát, cơ năng của conlắc được bảo toàn. 3. Cơ năng của conlắclò xo. Sự bảo toàn cơ năng: a. Cơ năng của conlắclòxo là tổng của động năng và thế năng: 22 2 1 2 1 kxmvW += 22 đ 1 W W W 2 t m A ω = + = Nhận xét : + Động năng và thế năng biến thiên cùng tần số góc 2ω, tần số 2f, chu kỳ T/2 + Thời gian liên tiếp giữa 2 lần động năng bằng thế năng là T/4 +Cơ năng của conlắclòxo luôn được bảo toàn và tỉ lệ với bình phương biên độ dao động ∆l giãn O x A -A nén ∆l giãn O x A -A Hình a (A < ∆l) Hình b (A > ∆l) + Độ biến dạng của lòxo thẳng đứng khi vật ở VTCB: mg l k ∆ = 2 l T g π ∆ = + Chiều dài lòxo tại VTCB: l CB = l 0 + ∆ l (l 0 là chiều dài tự nhiên) + Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): l Min = l 0 + ∆ l – A + Chiều dài cực đại (khi vật ở vị trí thấp nhất): l Max = l 0 + ∆ l + A ⇒ l CB = (l Min + l Max )/2 ⇒ Chú ý : Đối với lòxo thẳng đứng [...]... gian lòxo nén và trí lòxo không biến dạng) giãn trong 1 chu kỳ (Ox hướng xuống) CỦNG CỐ Một vật có khối lượng 50g gắn vào lòxo , kích thích nó dao động điều hòa với biên độ A =4cm và chu kỳ T =2s Lấy π 2 = 10 a/Tính hệ số cứng của lò xo? b/Tính năng lượng kích thích cho conlắc dao động (bỏ qua mọi lực cản môi trường) BÀI TẬP VỀ NHÀ + CÁC BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI: tr 13 SGK + TÀI LIỆU SBT + HỌC BÀI VÀ...+ Khi A >∆l - Thời VnDoc.com - Tải tài liệu miễn phí. Bài 2: CONLẮCLÒXO I - Mục tiêu bài học: Qua bài học thì học sinh cần nắm: 1) Kiến thức: + Viết được công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà. + Công thức tính chu kỳ của conlắclò xo. + Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của conlắclò xo. 2) Kỹ năng: + Giải thích được tại sao dao động của conlắclòxo là dao động điều hoà. + Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi conlắc dao động. + Áp dụng được các công thức và định luật có trong bài để giải được các bài tập căn bản. + Viết được phương trình động học của conlắclò xo. 3) Tư tưởng thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, ham học tập tìm hiểu khoa học. II – Phương pháp giảng dạy: + Phương pháp nêu vấn đề. + Phương pháp thí nghiệm trực quan. + Phương pháp phân tích giảng giải. III – Phương tiện giảng dạy: GV: 02lò xo, 02 quả nặng, các ví dụ về dao động. HS: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10. IV - Trọng tâm: Dao động điều hoà của conlắclò xo. V - Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học: HOẠT ĐỘNG CỦA GV và HS NỘI DUNG CẦN ĐẠT Hoạt động 1: (5min) Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số, kiểm tra chuẩn bị bài học. ? Nêu công thức và đặc điểm của lực đàn hồi. ? Nêu khái niệm và công thức của thế năng đàn hồi. HS: Lớp trưởng báo cáo sĩ số. HS: Lên bảng viết biểu thức lực đàn hồi và phân tích. HS: Suy nghĩ và trả lời. Hoạt động 2: : (10min) Tìm hiểu CONLẮCLÒ XO. G: Cho học sinh xem và giới thiệu conlắclò xo. Cấu tạo conlắc gồm có những gì? ? Vị trí cân bằng có đặc điểm gì. HS: Thảo luận và trả lời? GV: Kêt luận. I. CONLẮCLÒ XO. 1. Gồm một conlắclò xo, vật nhỏ m gắn vào đầu của lò xo, khối lượng của lòxo không đáng kể ; đầu kia của lòxo gắn cố định. VnDoc.com - Tải tài liệu miễn phí. 2. Vị trí cân bằng của vật là vị trí lòxo không bị giản. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng cho lòxo giản ra một đoạn rồi buông tay, ta thấy lòxo dao động quanh vị trí cân bằng. Hoạt động 3: : (7min) Tìm hiểu KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC. ĐVĐ: Khi cho conlắc dđ phương trình dao động của con lắc? Gợi ý: -Tại VT cĩ độ lệch x lực tác dụng lên con lắc? -Theo định luật II NewTon F =? G: Dao động của conlắclòxo gọi là dao động điều hòa. Vậy thế no l dao động điều hòa? H: Dđ được diễn tả bằng định luật dạng … G: Đại lượng 2 / gọi l chu kì. Chu kỳ dao động của conlắclò xo? H: T=2 k m Thực tế: dao động của mẫu xốp trên mặt nước, dao động của bông hoa trên cành cây không phải là dao động tuần hoàn. Xét trong thời gian ngắn dao động dây đàn là dao động tuần hoàn. II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CONLẮCLÒXO VẾ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC. 1. Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo. Chọn gốc toạ độ O tại vị trí cân bằng. Khi vật có li độ x ta có: F = - kx 2. Áp dụng định luật II – Niutơn, ta được: k a x m 3. Đặt 2 " 2 k x x m => Dao động của conlắclòxo là dao động điều hoà theo phương trình là: x = Acos( t ) + Tần số góc và chu kì dao động của conlắclòxo là: ; 2 k m T m k 4. Lực kéo về: luôn hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ là lực gây ra gia tốc cho dao động điều hoà. Hoạt động 4: : (10min) Tìm hiểu KHẢO ST DAO ĐỘNG CỦA LÒXO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG. Xt conlắclò xo: P O P’ ĐVĐ: trong quá trình dđđh NL biến III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒXO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG 1. Động năng của conlắclò xo. + Động năng của conlắclòxo là động năng của vật m: VnDoc.com - Tải tài liệu miễn phí. đổi? G: Ở P năng lượng của hệ dưới dạng gì? H: Thế năng. G: Giá trị của thế năng? H: Cực đại. G: Thả viên bi ra thế năng,động năng thay đổi như thế nào? H: Thế năng giảm, động năng tăng. G: Đến O động năng thế nào? H: Cực đại. G: Quá trình chuyển động từ O đến P’thì động năng, thế năng thay đổi thế nào? H: Động năng giảm, thế năng tăng. G: Đến P’ thì sao? H: Động năng bằng không thế năng cực đại G: Quá trình từ P’ về O ngược lại. Vây trong quá trình dđđh của conlắcloxo động năng và thế năng thay đổi thế nào? ĐVĐ: ...I CON LẮC LÒ XO II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT NĂNG