Bài 2. Con lắc lò xo

- Viết được công thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa - Viết được công thức tính chu kì của con lắc lò xo.. - Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò x[r]

CON LẮC LÒ XO I.MỤC TIÊU

- Viết công thức lực kéo tác dụng vào vật dao động điều hịa - Viết cơng thức tính chu kì lắc lị xo

- Cơng thức tính năng, động lắc lò xo

- Nhận xét định tính biến thiên động lắc lị xo - Giải thích dao động lắc lò xo dao động điều hòa

- Vận dụng biểu thức làm tập đơn giản nâng cao SGK SBT vật lí 12

- Viết phương trình động học lắc lị xo II CHUẨN BỊ

1 Giáo viên

- Các thí nghiệm mơ thiết kế bắng phần mềm Crocodile Physics dao động điều hòa lắc lò xo, lượng dao động điều hòa lắc lò xo

- Chuẩn bị lắc lò xo thẳng đứng

- Chuẩn bị hình vẽ lắc lị xo nằm ngang 2.Học sinh

- Ôn lại khái niệm: động năng, năng, lực thế, bảo toàn vật chịu tác dụng lực

III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 1.Ổn định lớp

2.Giải nhiệm vụ dạy học

Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Nội dung Chia nhóm HS

* Giới thiệu mơ hình lắc lò xo nằm ngang

* Yêu cầu nhóm HS quan sát mơ tả cấu tạo lắc lị xo (hệ dao động)

-Kích thích cho lắc dao động,yêu cầu học sinh quan sát -Giới thiệu hình vẽ 2.1 SGK cho hs quan sát

-Từ hình vẽ,u cầu nhóm hs xác định: VTCB, vị trí biên,biên độ dao động

Cũng cố lại khái niệm chu kỳ, tần số dao động

* Mời nhóm trình bày * Nhận xét tóm tắt kiến thức * Nêu vấn đề: Dao động vật m có phải dao động điều hồ hay khơng?

-Hoạt động nhóm

-Quan sát mơ hình, thảo luận

-Mơ tả cấu tao lắc -Quan sát dao động lắc hình vẽ

- Thảo luận trả lời yêu cầu giáo viên

- Trình bày

-Cá nhân ghi tóm tắc nội dung

I.Con lắc lị xo

-Con lắc lò xo gồm vật nặng m gắn vào đầu lị xo có độ cứng k khối lượng khơng đáng kể Đầu cịn lại lị xo cố định

-Con lắc có vị trí cân mà ta thả vật vật đứng yên

-Nếu kéo vật khỏi VTCB bng ra,vật dao động quanh vị trí cân bằng, hai vị trí biên

Hoạt động 2: Khảo sát động lắc lò xo mặt động lực học ( 15 phút)

k m

v = k F =

m

k

m

O A

-Nêu giả thuyết lắc lò xo.Chọn trục tọa độ, vẽ hình -u cầu học sinh phân tích lực tác dụng lên vật m

-Gợi ý cho hs tiến hành tìm phương trình động lực học lắc lò xo

- Để kiểm nghiệm thực nghiệm phương trình li độ,sử dung phần mềm 605.Kết hình vẽ:

- Yêu cầu học sinh tìm tần số góc, chu kỳ

- Từ phương trình lực làm cho vật chuyển động rút khái niệm lực kéo

- Sử dụng phần mềm 605 cho hs quan sát biểu diễn lực kéo thí nghiệm mơ phỏng:

- Tiếp thu

-Lên bảng tiến hành phân tích lực

-Áp dụng định luật II Newton tiến hành tính tốn theo gợi ý GV

=> a2x0

-Trao đổi, ghi nhận

Tần số góc

k m

 

Chu kì

m T

k

 

-Nhận xét dấu,độ lớn lực kéo

II.Khảo sát dao động lắc lò xo mặt động lực học

-Xét vật li độ x,lò xo giãn đoạn  l x Lực đàn hồi

F k l

Tổng lực tác dụng lên vật: F = - kx

Theo định luật II Niu tơn:

F k

a a x

m m

  

Đặt

2 k a 2x 0 m

    

''

0

x  x

  

Có nghiệm

cos( ) x A t

Vậy dao động lắc lò xo dao dộng điều hịa

Tần số góc

k m

 

Chu kì

m T

k

 

-Lực kéo về:

Lực hướng VTCB gọi lực kéo

-Kết luận chung

-Ghi kết luận

Hoạt động 3: Khảo sát dao động lò xo mặt lượng ( 20 phút)

a) Thiết lập biểu thức động ( phút)

-Yêu cầu học sinh viết biểu thức tính động năng, lắc lị xo

- Nhận xét biến thiên động ?

- Thiết lập công thức tính động năng, lắc lị xo nằm ngang theo m 

- Động

2

1 W

2

d  mv

-Thế năng:

2

1 W

2

t  kx

-Thế động lắc lò xo biến thiên điều hịa với chu kì T/2 - Thay v Asin(t)vào

2

1

d

W  mv

được:

2 2

1

W sin ( )

2

d  m A t

-Thay xAcos(t)vào

2

1 W

2

t  kx

được:

2 2 2

1

W os ( ) os ( )

2

t  kA c t  m A c t

III.Khảo sát dao động lò xo mặt lượng 1.Động lắc lò xo

2

1 W

2

d  mv

2.Thế lắc lò xo

2

1 W

2

t  kx

Thế động lắc lò xo biến thiên điều hịa với chu kì T/2

b) Thiết lập biểu thức ( 10 phút )

-Từ cơng thức tính động năng, năng, tính lắc lị xo nằm ngang

-Nhận xét giá trị

-Làm việc cá nhân: Thay Wd, Wt vào

cơng thức tính được:

2 2

1

2

W  m A  kA

-Với lắc cụ thể m 

-Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động

năng

- Cách giải thích khác bảo tồn lắc lị xo:

Do               P N, cân bằng,khi bỏ qua ma sát, vật chịu tác dụng lực Fdh



nên lắc lị xo nằm ngang bảo tồn

-Kết luận

khơng đổi Do vật dao động ( lắc lò xo bảo toàn)

-Nhận xét kết luận

sát

c) Dạng đồ thị động năng,thế năng ( phút)

-Từ cơng thức tính động năng, năng, năng, dạng đồ thị chúng ? ( Hạ bậc để đưa dạng phương trình lượng giác )

- Sử dụng phẩn mềm 605 mô minh họa biến đổi động năng,thế lắc lò xo nằm ngang

-Biến đổi:

2 2 2 2

1

W cos2( t + )

4

1

W os2( )

4

t

d

m A m A

m A m A c t

   

   

 

  

Do đó,đồ thị động năng, đường dạng hình sin,giá trị dao động quanh đường

2

1 4m A

-Đồ thị đường thẳng song song trục t,đi qua điểm

2

- Đồ thị động năng, có dạng ?

- Sử dụng phẩn mềm 605 mô minh họa biến đổi động năng,thế lắc lò xo nằm ngang theo li độ x

- Nêu nhận xét dạng đồ thị động năng, theo li độ x

- Nhắc học sinh làm tập, chuẩn bị kiến

- Đồ thị động năng, đường dạng hình sin

- Đồ thị động năng,thế theo li độ x dạng đường Parabol