MỤC TIÊU - Nêu được cấu tạo của con lắc đơn, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa.. - Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn, công thức tính thế năng, cơ năng của
Trang 1CON LẮC ĐƠN
I MỤC TIÊU
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa
- Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn, công thức tính thế năng,
cơ năng của con lắc đơn
- Xác định được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn
- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động
- Nêu được ứng dụng của con lắc trong việc xác định gia tốc rơi tự do
II CHUẨN BỊ
1 Giáo viên: Con lắc đơn.
2 Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực.
III TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Giới thiệu con lắc
đơn
Yêu cầu học sinh
nêu cấu tạo của con lắc
đơn
Yêu cầu học sinh xác
định vị trí cân bằng của
con lắc đơn
Cho con lắc đơn dao
động
Vẽ hình
Nêu cấu tạo của con lắc đơn
Xác định vị trí cân bằng của con lắc đơn
Quan sát và nhận xét về chuyển động của con lắc đơn
I Thế nào là con lắc đơn?
1 Cấu tạo
Gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo vào ở đầu một sợi dây không
dãn, có chiều dài l, có khối lượng
không đáng kể
2 Nhận xét
Vị trí cân bằng là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng
Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vị trí cân bằng một góc rồi thả ra ta thấy con lắc dao động xung quanh vị trí cân bằng
Hoạt động 2 (15 phút): Kh o sát dao đ ng c a con l c đ n v m t đ ng l c h c.ảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học ộng của con lắc đơn về mặt động lực học ủa con lắc đơn về mặt động lực học ắc đơn ơn ề mặt động lực học ặt động lực học ộng của con lắc đơn về mặt động lực học ực học ọc
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Vẽ hình
3.2
Yêu cầu
học sinh
xác định
các lực tác
dụng lên
vật nặng
Yêu cầu học sinh viết
Vẽ hình
Xác định các lực tác dụng lên vật nặng
Viết biểu thức định luật
II Newton
II Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học
1 Phương trình chuyển động
Vị trí của vật m được xác định bởi li độ góc hay bởi li độ cong
s = l ( tính ra rad) Chọn chiều
dương như hình vẽ
Vật chịu tác dụng của hai lực: Trọng lực
P và sức căng
T Theo định luật II Newton: m
a=
P +
T
Trang 2biểu thức định luật II
Newton
Yêu cầu học sinh xác
định lực kéo về
Yêu cầu học sinh cho
biết tại sao khi lớn thì
dao động của con lắc đơn
không phải là dao động
điều hòa
Yêu cầu học sinh thực
hiện C1
Dẫn dắt để đưa đến kết
luận khi 0 < 100 thì dao
động của con lắc đơn là
dao động điều hòa
Yêu cầu học sinh kết
luận về dao động điều
hòa của con lắc đơn
Yêu cầu học sinh xác
định tần số góc của con
lắc đơn
Yêu cầu học sinh xác
định chu kì của con lắc
đơn
Yêu cầu học sinh thực
hiện C2
Xác định lực kéo về
Cho biết tại sao khi lớn thì dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa
Thực hiện C1
Công nhận (nhớ) nghiệm của phương trình vi phân
Kết luận về dao động điều hòa của con lắc đơn
Xác định
Xác định T
Thực hiện C2
Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo ta có: ma = Pt = -mgsin
Thành phần Pt = - mgsin của trọng lực là lực kéo về
Với lớn (sin ) dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa
Với < 100 (sin =
l
s
) thì:
ma = - mg
l
s
a = -
l
g
s Đặt 2 =
l
g
Ta có: a = -2s Nghiệm của phương trình này
là :
s = S0cos(t + ) Vậy, khi dao động nhỏ (sin
(rad)), con lắc đơn dao động điều hòa
2 Tần số góc và chu kì dao động
Tần số góc : =
l
g
Chu kì: T =
2
= 2
g
l
Hoạt động 3 (10 phút): Kh o sát dao đ ng c a con l c đ n v m t n ng l ng.ảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học ộng của con lắc đơn về mặt động lực học ủa con lắc đơn về mặt động lực học ắc đơn ơn ề mặt động lực học ặt động lực học ăng lượng ượng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Yêu cầu học sinh viết
biểu thức tính động
năng
Yêu cầu học sinh viết
biểu thức tính thế năng
Viết biểu thức tính động năng của con lắc đơn
Viết biểu thức tính thế năng của con lắc đơn
III Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng
1 Động năng
Wđ =
2
1
mv2
2 Thế năng
Wt = mgl(1 - cos) = 2mglsin2 2
Trang 3Yêu cầu học sinh viết
biểu thức tính cơ năng
Yêu cầu học sinh cho
biết khi nào thì cơ năng
của con lắc đơn được
bảo toàn và viết biểu
thức của cơ năng khi đó
Viết biểu thức tính cơ năng của con lắc đơn
Cho biết khi nào thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn, viết biểu thức của cơ năng khi đó
3 Cơ năng
Nếu bỏ mọi ma sát thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn và đúng bằng thế năng của nó ở vị trí biên:
W = Wđ + Wt = mgl(1- cos0)
= 2mglsin2
2
0
= hằng số Với 0 < 100 thì W =
2
1
mgl2 0
Hoạt động 4 (5 phút) : Tìm hi u cách xác đ nh gia t c r i t do nh con l c đ n.ểu con lắc đơn ịnh gia tốc rơi tự do nhờ con lắc đơn ốc rơi tự do nhờ con lắc đơn ơn ực học ờ con lắc đơn ắc đơn ơn
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Yêu cầu học sinh trình
bày cách làm thí nghiệm
với con lắc đơn để xác
định gia tốc rơi tự do
Trình bày cách làm thí nghiệm với con lắc đơn để xác định gia tốc rơi tự do
IV Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do
Từ công thức tính chu kì của con lắc đơn:
T = 2
g
l
g =
T
l
2
4
Làm thí nghiệm với dao động
của con lắc đơn, đo T và l ta tính
được g
Hoạt động 5 (5 phút): C ng c , giao nhi m v v nhà.ủa con lắc đơn về mặt động lực học ốc rơi tự do nhờ con lắc đơn ệm vụ về nhà ụ về nhà ề mặt động lực học
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Cho học sinh tóm tắt những kiến thức đã
học trong bài
Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 4,
5, 7 trang 17 sgk và 3.8, 3.9 sbt
Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài
Ghi các bài tập về nhà
IV RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY