8. Các chữ viết tắt trong đề tài
4.2. Thiết kế giáo án một số bài học
4.2.1. Bài 6. Dao động điều hòa. I. Mục tiêu bài học:
1.Kiến thức
- Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động dao động. - Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lo xo.
- Biết rằng biểu thức của dao động điều hoà là nghiệm của phương trình động lực học. - Hiểu rõ các đại lượng đặc trưng của DĐĐH: biên độ, pha, tần số góc, chu kỳ, tần số. - Biết tính toán và vẽ đồ thị biến đổi theo thời gian của li độ, vận tốc và gia tốc trong DĐĐH
- Hiểu rõ khái niệm chu kỳ và tần số của DĐĐH, biểu diễn DĐ bằng vectơ quay.
- Biết viết điều kiện ban đầu tuỳ theo cách kích thích dao động và từ điều kiện ban đầu suy ra biên độ A và pha ban đầu .
2.Kỹ năng
- Giải bài tập về động học dao động. Tìm được các đại lượng trong phương trình DĐĐH.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên:
- Chuẩn bị co lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí. Cho học sinh quan sát chuyển động của 3 con lắc đó.
- Chuẩn bị đồng hồ bấm giây để đo chu kỳ dao động con lắc dây. Nếu có thiết bị đo chu kỳ dao động của con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí bằng đồng hồ hiện số thì có thể thay việc đo chu kỳ con lắc dây bằng việc đo chu kỳ con lắc lò xo nằm ngang.
- Những điều cần lưu ý trong SGV.
Phiếu học tập
Câu 1: Thế nào là dao động điều hòa ? Cho ví dụ ?
Câu 2: Xét ba đại lượng đặc trưng A, , cho dao động điều hòa của một con lắc lò xo đã cho. Những đại lượng nào có thể có những giá trị khác nhau, tùy thuộc các kích thích dao động ? Đại lượng nào chỉ có một giá trị xác định đối với con lắc lò xo đã cho ?
Câu 3: Tốc độ của chất điểm dao động điều hòa cực đại khi
A . Li độ cực đại. B. Gia tốc cực đại. C . Li độ bằng 0. D. Pha bằng /4.
Câu 4: Gia tốc của chất điểm dao động điều hòa bằng 0 khi
A . Li độ cực đại. B. độ cực tiểu. C . Vận tốc cực đại hoặc cực tiểu. D. Vận tốc bằng 0.
Câu 5: Dao động điều hòa đổi chiều khi
A . Lực tác dụng đổi chiều. B . Lực tác dụng bằng 0.
C . Lực tác dụng có độ lớn cực đại. D . Lực tác dụng ngược chiều với vận tốc.
2. Học sinh:
- Ôn lại các kiến thức về đạo hàm, cách tính đạo hàm, ý nghĩa vật lí của đạo hàm; trong chuyển động thẳng, vận tốc của chất điểm bằng đạo hàm toạ độ của chất điểm theo thời gian, còn gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc theo thời gian.
- Phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều của vật.
III. Tiến trình xây dựng kiến thức bài học
Chu kì: 2 T => Tần số 2 1 T f .
Con lắc đồng hồ di chuyển qua lại quanh VTCB => dao động
Nếu CĐ được lặp lại mãi mãi => dao động tuần hoàn Phương trình động lực học: F= -kx =>x’’+ m K x =0. Đặt m k 2 => x’’ + 2x = 0 ( Phương trình động lực học)
Nghiệm của PT ĐLH : x = Acos(t + )
(Phương trình dao động) Các đại lượng đặc trưng: A: biên độ. (t+) : pha của dao động.
: pha ban đầu của dao động. = > Định nghĩa dao động
Vận tốc: v = x’ = - Asin(t+) = Acos(t++/2) Gia tốc: a = v’ = - A2cos(t+) = - 2x.
Biểu diễn dao động điều hòa bằng vec tơ quay
Điều kiện ban đầu, sự kích thích. Câu hỏi và bài tập vận dụng.
Các cơ hội HS có thể nhận được trong quá trình tiếp thu bài học: Cơ hội 1: Dao động là gì? Hãy tìm ví dụ về dao động trong thực tế ?
Cơ hội 2: Hãy thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo ? Cơ hội 3: Các đại lượng đặ trưng của dao động điều hòa ?
Cơ hội 4: Hãy biểu diễn đồ thị (li độ) của dao động điều hòa? Cơ hội 5: Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa ?
IV. Tổ chức các hoạt động dạy học : Tiết 1.
*Hoạt động 1: (5 phút) Tìm hiểu về Dao động.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
-Cho HS quan sát chuyển động của con lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang. Nêu câu hỏi gợi ý:
H1. Nhận xét về các đặc điểm của các chuyển động này?
-Phân tích hình 6.1a và hình 6.2. Chỉ ra cho HS sự thay đổi của góc lệch .
Giới thiệu dao động tuần hoàn.
H2. Thế nào là dao động tuần hoàn? Thế nào là chu trình?
-Quan sát, rút ra kết luận. + Có một vị trí cân bằng.
+ chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng.
-Tìm hiểu hình 6.2. Phát hiện một giai đoạn của chuyển động được lặp lại liên tiếp và mãi mãi.
*Hoạt động 2 : (20 phút) Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo.
H1. Mô tả cấu tạo của con lắc lò xo?
H2. Khi vật dao động, ở vị trí bất kì có li độ x. Phân tích các lực tác dụng vào vật.
H3. Theo định luật II N, pt chuyển động của vật được viết thế nào?
H4. Pt F = ma với F tính thế nào? Độ lớn gia tốc a xác định thế nào?
-Giới thiệu pt vi phân: x” + 2
x = 0
Trả lời các câu hỏi gợi ý, thiết lập pt như nội dung SGK.
-Giới thiệu pt ĐLH và nghiệm của pt. Yêu cầu HS nhận xét kết luận về dao động điều hòa?
H5. dao động điều hòa là gì?
-Ghi nhận giới thiệu của GV.
-Trả lời câu hỏi C2, để nghiệm lại pt
2
" 0
x x có nghiệm xAcos t
*Hoạt động 3: (15 phút) Tìm hiểu: Các đặc trưng của DĐĐH, đồ thị (li độ) của DĐĐH.
Cho HS phân tích pt:
cos
xA t
Xác định ý nghĩa của từng đại lượng trong pt.
Cho HS quan sát đồ thị li độ DĐĐH = 0 theo hình 6.4.
Yêu cầu HS tự luyện tập.
Sử dụng SGK, ghi nhận ý nghĩa của từng đại lượng trong pt xAcos t
Ghi nhận cách vẽ đồ thị theo hình 6.4
Hoạt động 4: (5 phút) Củng cố.
Cho HS vận dụng kiến thức bằng việc giải bài toán áp dụng: Phương trình dao động của một vật là: 6 cos 4
6
x t
(cm).
a) Xác định biên độ, tần số góc, chu kì và tần số của dao động.
b) Xác định pha của dao động tại thời điểm t = 0,25s, từ đó suy ra li độ tại thời điểm ấy.
Tiết 2.
*Hoạt động 1: (5 phút) Tìm hiểu: Chu kì – Tần số của DĐĐH.
-Yêu cầu Hs quan sát, phân tích đồ thị li độ (hình 6.4)
Nêu nhận xét bằng việc trả lời câu hỏi: ? Nhận xét gì về khoảng thời gian 2?
-Giới thiệu cho HS T và f của DĐĐH. Yêu cầu HS lập biểu thức tính T và f đối với con lắc lò xo.
-Phân tích đồ thị và ghi nhận kiến thức. -Thảo luận, lập công thức tính T và f của con lắc lò xo.
*Hoạt động 2: (10 phút) Tìm hiểu: Vận tốc, gia tốc trong DĐĐH
Hướng dẫn HS xác định biểu thức vận tốc, gia tốc bằng câu hỏi gợi ý.
H1. Từ pt li độ và ý nghĩa cơ học của đạo hàm, xác định biểu thức vận tốc và gia tốc trong DĐĐH.
H2. hãy so sánh sự lệch pha của li độ và vận tốc; li độ và gia tốc.
-Hướng dẫn HS xác định của x và v, a sự lệch pha của chúng
-Xác định pt vận tốc, gia tốc trong DĐĐH. Rút ra nhận xét.
-Thảo luận nhóm, xác định pha ban đầu của x, v, a.
*Hoạt động 3: (15 phút) Biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay
Trình bày nội dung ở cột chính. Vẽ hình 6.6; 6.7. dẫn đến công thức 6.11 và nêu kết luận ở cột này.
Có thể gợi ý cho HS sau khi giới thiệu vectơ A(hình 6.6) bằng câu hỏi:
H1. Ở thời điểm bất kì t, góc giữa trục Ox và vectơ AOM biểu diễn đại lượng nào của DĐĐH?
H2. Xác định độ dài đại số của hình chiếu vectơ quay OM trên trục Ox vào một thời điểm t bất kì. Nhận xét.
-Phân tích hướng dẫn HS phát hiện mối quan hệ giữa DĐĐH xAcos t và một chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm O, tốc độ góc , bán kính đường tròn bằng A.
-Đọc SGK, tìm hiểu và ghi nhận nội dung GV giới thiệu. -Một HS lên bảng xác định: Ox ch OM OP cos xOPA t
*Hoạt động 4: (5 phút) Điều kiện ban đầu: Sự kích thích dao động.
*Hoạt động 5: (5 phút) Củng cố, vận dụng.
Hoàn thành yêu cầu của giáo viên. -Trả lời phiếu hoc tập.
-Yêu cầu học sinh nhắc lại các định nghĩa DĐTH,DĐĐH; Viết thương trình DĐĐH và giải thích các đại lượng trong công thức. -Phát phiếu học tập, yêu cầu học sinh hoàn thành.
*Hoạt động 6:(5 phút) Kết thúc bài học, giao nhiệm vụ về nhà.
-Nhận nhiệm vụ về nhà. -Nhận xét, đánh giá nhấn mạnh kiến thức trong bài.
-Nhắc Hs chuẩn bị:
+ Giải tất cả bài tập SGK trang 35 và SBT.
+ Xem trước bài: Con lắc đơn
V- Rút kinh nghiệm-bổ sung
--- --- --- ---
- Mục này HS có thể tự nghiên cứu. GV có thể trình bày một vài VD hướng dẫn HS xác định x và v vào thời điểm t = 0, từ đó rút ra kết luận A và của một DĐĐH phụ thuộc vào cách kích thích dao động.
- Hướng dẫn HS giải bài tập số 6: viết pt DĐĐH.
+ Lưu ý HS nhớ các giá trị đặc biệt của ứng với gốc thời gian lúc vật qua vị trí cân bằng:
2