Giáo án Vật lý 12 bài 1: Dao động điều hòa

Học sinh: - Ôn lại chuyển động tròn đều: Chu kỳ, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kỳ hoặc tần số.. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - Xét một điểm M

CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ

Bài 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ

I MỤC TIÊU :

1 Về kiến thức:

- Nêu được:

+ Định nghĩa của dao động điều hoà

+ Li độ, biên độ, tần số, chu kỳ, pha, pha ban đầu

- Viết được:

+ Phương trình của dao động điều hoà và giải thích được các đại lượng trong phương trình

+ Công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kỳ và tần số

+ Công thức vận tốc và gia tốc của dao động điều hoà

2 Về kỹ năng

- Vẽ được đồ thị của li độ ban dầu theo thời gian với pha ban đầu bằng không

- Làm được các bài tập tương tự như ở SGK

3 Về thái độ

- Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành mạnh và

có tính tập thể

II CHUẨN BỊ:

Giáo viên:

- Chuẩn bị hình vẽ miêu tả sự dao động của hình chiếu P của điểm M trên đường P1P2

Có thể chuẩn bị thí nghiêm thật hoặc thí nghiệm ảo để minh hoạ H.1.4-SGK

Học sinh:

- Ôn lại chuyển động tròn đều: Chu kỳ, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kỳ hoặc tần số

- Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác

- Ý nghĩa vật lý của đạo hàm

III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

HOẠT ĐỘNG 1: Giới thiệu tổng quan chương trình Vật Lí 12.

HOẠT ĐỘNG 2: Tìm hiểu tổng quan về dao động cơ học.

-Ví dụ: Gió rung làm bông

hoa lay động; quả lắc đồng

hồ đung đưa sang phải

sang trái; mặt hồ gợn sóng;

dây đàn rung khi gảy…

* Chuyển động của vật

nặng trong các trường hợp

trên có những đặc điểm gì

giống nhau?

* Thế nào là dao động cơ?

- Y/c HS quan sát dao

động của quả lắc đồng hồ

I DAO ĐỘNG CƠ.

1 Thế nào là dao động cơ?

- Ví dụ: Chuyển động của quả lắc đồng hồ, dây đàn ghi-ta rung động …

Khái niệm:

Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng

2 Dao động tuần hoàn.

Dao động tuần hoàn là dao động

* Thế nào là dao động tuần

hoàn?

- Nhận xét về các đặc điểm của

các chuyển động này

- Quan sát dao động của quả lắc đồng hồ:

- Từ đó đưa ra khái niệm dao động tuần hoàn

mà sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ

VD: Dao động của lắc đồng hồ

HOẠT ĐỘNG 3: Phương trình của dao động điều hoà.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung

- Xét một điểm M chuyển

động đều trên một đường

tròn tâm O, bán kính A, với

vận tốc góc là  (rad/s)

Chọn C là điểm gốc trên

đường tròn

* Xác định vị trí của vật

chuyển động tròn đều tại các

thời điểm t = 0 và tại thời

điểm t  0?

- Tại thời điểm ban đầu t =

0, vị trí của điểm chuyển

động là M0, xác định bởi góc

- Tại thời điểm t  0, vị trí

của điểm chuyển động là Mt,

xác định bởi góc (t + )

* Xác đinh hình chiếu của

chất điểm M tai thời điểm t

lên trục Ox?

-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 tại thời điểm t  0

- Xác định hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t0

II PHƯƠNG TRÌNH CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ.

1 Ví dụ

* Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm 0, bán kính A, với vận tốc góc là 

(rad/s)

- Tại t = 0, vị trí của điểm chuyển động là M0, xác định bởi góc 

- Tại thời điểm t  0, vị trí của điểm chuyển động là Mt, xác định bởi góct  là:

x = OP = OMt cos (t + )

Hay: x = A.cos (t + ).

A, ,  là các hằng số.

2 Định nghĩa

Dao động điều hoà là dao động trong đố li độ của vật là một hàm Côsin (hay Sin) của thời gian

M

t

M

o C P

y

x '

wt



wt + j

x

x

M

t

M

o C

Q

y

Y

Y ,

wt j

wt + j

* Yêu cầu HS nêu đinh

nghĩa 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

x = OP = OMt cos (t +

)

- 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 Mt xuống x’x là điểm

P  có được tọa độ x =

OP, ta có: x = OP =

OMt sin(t + )

Hay: x = A.sin (t + )

Vậy chuyển động của điểm

P trên trục x’x là một dao động điều hòa

3 Phương trình

Phương trình dao động điều hoà:

xAcos( t  )

Trong đó:

x: li độ của dao động

A: biên độ dao động

:tần số góc của dao động   Rad/s

t :pha của dao động tại thời điểm t  t  Rad

: pha ban đầu của dao động (tại t=0)

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

HOẠT ĐỘNG 4: Chu kỳ, tần số, tần số góc của dao động điều hoà.

- Từ mối liên hệ giữa tốc

độ góc, chu kì, tần số giáo

viên hướng dẫn HS đưa ra

khái niệm chu kì, tần số,

tần số góc của dao động

điều hòa

III CHU KỲ TẦN SỐ TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ (GIÃN TIẾT)

1 Chu kỳ và tần số

a Chu kỳ (ký hiệu T)

Chu kỳ (T) của dao động điều hoà

là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần [T] = s

b Tần số (kí hiệu f)

- Tần số (f) của dao động điều hoà

là số dao động toàn phần thực hiện trong một giây

- Biểu thức: f = 1 ω

=

[f] = Hz

2 Tần số góc (kí hiệu là )

f



 2  2

  Rad / s

HOẠT ĐỘNG 5: CỦNG CỐ

- Thế nào là dao động? Dao động tuần hoàn? Thế nào là dao động điều hoà?

- Phân biệt được dao động tuần hoàn và dao động điều hoà?

HOẠT ĐỘNG 6: HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

- Câu hỏi từ 1 đến 5- trang 8- SGK

- Bài tập 7, 8, 9 trang 9- SGK

IV RÚT KINH NGHIỆM:

Bài 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ (tt)

HOẠT ĐỘNG 1: Kiểm tra bài cũ:

Định nghĩa và viết phương trình dao động điều hoà?

Cho biết tên gọi và đơn vị các đại lượng trong đó

HOẠT ĐỘNG 2: Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà.

* 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?

* Viết biểu thức của gia

tốc trong dao động điều

hòa?

* Gia tốc và li độ có đặc

điểm gì?

v = x’ = Asin(t + )

x =  A v = 0

x = 0 : v =  A

- Người ta nói rằng vận tốc trễ

pha /2 so với li độ

) cos(

''











a

- Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ

lệ với độ lớn của li độ

IV VẬN TỐC VÀ GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ

1 Vận tốc

vx'   Asin( t  )

- vmax=A khi x = 0:Vật qua VTCB

- vmin=0 khi x =A: Vật ở vị trí biên

2 Gia tốc

) cos(

'











a

- |a|max=A2 khi x = A: vật ở biên

- a = 0 khi x = 0 (VTCB), khi đó

Fhl = 0

- Gia tốc luôn ngược dấu với li độ (Hay: Véctơ gia tốc luôn hướng về VTCB)

KL: Gia tốc luôn luôn ngược chiều

với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ

HOẠT ĐỘNG 3: Đồ thị của dao động điều hòa

Hoạt động cña gi¸oviªn Hoạt động của học sinh Nội dung

- Hướng dẫn Hs vẽ đồ

thị x, v, a trong trường

hợp  = 0 - Khi t=0: x = Acos(t)

= Acos( 2πT t)

v = -Asin( 2πT t)

a = -A2cos( 2πT 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 =0

t 0 T/4 T/2 3T/4 T

x A 0 -A 0 A

v 0 -A 0 A 0

a -A2 0 A2 0 A2

HOẠT ĐỘNG 4: CỦNG CỐ

- Củng cố lại kiến thức về vận tốc và gia tốc của dao động điều hoà

- Lưu ý cách vẽ đồ thị của dao động điều hoà

- Trả lời câu hỏi trắc nghiệm:

1 Gia tốc của một chất điểm điều hòa có giá trị cơcj đại khi:

A li độ cực đại B li độ cực tiểu C vận tốc cực đại D vận tốc cực tiểu.

2 Một vật dao động điều hòa có phương trình x = 4cos(5 t +  /6) (cm; s)

Tần số ao động của vật là

A 5 Hz B 2,5 Hz C 2 Hz D 3 Hz.

3 Một chất điểm dao động điều hòa trên một quỹ đạo thẳng dài 40 cm Biên độ dao động của vật

là

A 10 cm B 20 cm C 40 cm D 80 cm.

HOẠT ĐỘNG 5: HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

- Câu hỏi từ 6- trang 9- SGK

- Bài tập 10,11 trang 9- SGK

- Các bài tập ở Sách bài tập

RÚT KINH NGHIỆM:

x

v

a

t t

t T

2

T

4

T

4

3T

O O

O A

- A



A

-A

-A2

A2