Bài 8 Năng lượng trong dao động điều hòa

8. Các chữ viết tắt

4.2.3. Bài 8 Năng lượng trong dao động điều hòa

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

- Biết cách tính, tìm biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Củng cố kiến thức về bảo toàn cơ năng của một vật CĐ dưới tác dụng của lực thế.

2. Kĩ năng

- Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan: tính thế năng, động năng của con lắc đơn. - Vẽ được đồ thị thế năng, động năng của vật dao động điều hoà.

II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên:

- Đồ thị thế năng, động năng của vật DĐĐH. - Các bản vẽ sẵn và phiếu học tập.

PHIẾU HỌC TẬP

Câu 1. Chọn câu đúng. Động năng của DĐĐH biến đổi theo thời gian: A. theo một hàm dạng sin. B. tuần hoàn với chu kì T. C. tuần hoàn với chu kì T/2. D. không đổi.

Câu 2. Một vật có khối lượng 750g DĐĐH với biên độ 4cm và chu kì T =2s. Năng lượng của vật là bao nhiêu ?

A. 0,6J. B. 0,06J. C. 0,006J D. 6J

Câu 3. Phát biểu nào sau đây về động năng và thế năng trong DĐĐH là không đúng? A. Động năng và thế năng biến đổi diều hoà cùng chu kì.

B. Động năng biến đổi điều hoà cùng chu kì với vận tốc.

C. Thế năng biến đổi điều hoà với tần số gấp 2 lần tần số của li độ. D. Tổng động năng và thế năng không phụ thuộc vào thời gian.

Câu 4. Phát biểu nào sau đây với con lắc đơn DĐĐH là không đúng? A. Động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ góc của vật.

B. Thế năng tỉ lệ với bình phương tốc độ góc của vật. C. Thế năng tỉ lệ với bình phương li độ góc của vật.

D. Cơ năng không đổi theo thời gian và tỉ lệ với bình phương biên độ góc.

2. Học sinh:

Ôn lại khái niệm động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật dưới tác dụng của lực thế.

Trang 81

III. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC

 Các cơ hội kích thích hứng thú học tập của HS:

Cơ hội 1: Một con lắc lò xo dao động điều hoà theo phương trình

cos( )

x  A  t , hãy xây dựng biểu thức tính động năng, thế năng và cơ năng

của con lắc.

Cơ hội 2: Từ công thức và đường biểu diễn của Wt(hình 8.1),Wd (hình 8.2), hãy rút ra nhận xét về sự biến đổi của thế năng, động năng? Từ đó so sánh chu kì của chúng?

Khi một vật dao động, vị trí và vận tốc của nó luôn luôn thay đổi theo thời gian, vì thế mà thế năng và động năng của vật cũng luôn luôn biến đổi. Trong bài này, ta sẽ xét xem biến đổi đó diễn biến như thế nào.

Sự bảo toàn cơ năng: cơ năng của vật dđ được bảo toàn

Biểu thức của thế năng: 2 2 2 2

t

1 1

W os ( t+ )

2kx 2m A c  

 

Biểu thức của động năng: 2 2 2 2

d

1 1

W sin ( t+ )

2mv 2m A  

  Biểu thức của cơ năng: 1 2 1 2 2

W

2kA 2m A

 

Câu hỏi 1, 2 Bài tập vận dụng

Trang 82

IV. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC.

Hoạt động 1(5 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- HS suy nghĩ và trả lời.

- HS nhận thức vấn đề.

- Nêu câu hỏi: Hãy nêu cấu tạo của con lắc đơn và con lắc VL. Viết biểu thức tính chu kì của con lắc đơn và con lắc VL, nói rõ các đại lượng.

Đặt vấn đề: khi một vật dao động, vị trí và vân tốc của nó luôn thay đổi theo thời gian, vì thế mà thế năng và động năng cũng luôn biến đổi. Sự biến đổi đó diễn biến như thế nào?

Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu sự bảo toàn cơ năng

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

HS suy nghĩ và trả lời:

- Cơ năng là tổng động năng và thế năng của vật - Công thức động năng: 2 2 1 mv Wd  - Công thức thế năng: + Đàn hồi: 2 2 1 kx Wt  + Hấp dẫn: Wtmgh

- Trong DĐĐH vật chịu tác dụng của 2 loại lực là trọng lực và lực đàn hồi. Đây là các lực thế.

- Cơ năng của hệ được bảo toàn, vì các lực tác dụng vào hệ là các lực thế

GV đặt câu hỏi:

-Nhắc lại khái niệm cơ năng của vật chuyển động, công thức tính thế năng và động năng đã học.

- Vật dao động điều hòa chịu tác dụng của những lực nào? Các lực đó thuộc lực thế hay lực không thế?

- Em có nhận xét gì về cơ năng của hệ dao động?

Trang 83

Hoạt động 3 (10 phút): Tìm hiểu biểu thức động năng, thế năng và cơ năng Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- HS nghiên cứu SGK và thảo luận. - Xây dựng công thức:

Thay xAcos( t ) vào công thức 2

2 1 kx Wt  ta được: Wt  kA2cos2t 2 1 với k m2 - Nhận xét cách xây dựng biểu thức tính thế năng của bạn.

- HS trả lời cho câu hỏi C1:

Từ công thức: Wt  kA2cos2t

2 1

và đường biểu diễn thế năng trong hình 8.1 ta thấy: thế năng trong DĐĐH biến đổi tuần hoàn, với chu kì bằng một nửa chu kì DĐ.

- HS nghiên cứu SGK và thảo luận.

- Viết biểu thức tính động năng của vật: 2

d

W 0,5mv trong đó m là khối lượng của vật, v là vận tốc của vật.

- Nhớ lại công thức: v  x' Asin( t ). - Xây dựng công thức: thay

sin( ) v A  t vào Wd 0,5mv2ta được: 2 2 2 Wd 0,5. .m A sin ( t ) - Nhận xét cách xây dựng biểu thức tính động năng của bạn.

* Biểu thức theo thế năng:

- Một con lắc lò xo DĐĐH theo PT

cos( )

xA  t , hãy thiết lập biểu thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc.

- Gọi HS lên bảng trình bày kết quả xây dựng biểu thức tính thế năng. - Yêu cầu HS khác nhận xét việc xây dựng biểu thức tính thế năng của bạn.

-Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1.

* Biểu thức theo động năng:

- Nhắc lại câu hỏi một con lắc lò xo DĐĐH PT xAcos( t ), hãy xây dựng biểu thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc.

- Hãy viết công thức tính vận tốc trong DĐĐH.

- Yêu cầu HS trình bày kết quả thiết lập biểu thức tính động năng.

- Yêu cầu HS khác nhận xét việc xây dựng biểu thức tính động năng.

Trang 84

- Quan sát hình 8.2. Suy nghĩ.

- Trình bày câu trả lời cho câu hỏi C2: Từ công thức tính động năng

2 2 2

Wd 0,5. .m A sin ( t ) và đường biểu diễn động năng trong hình 8.2 ta thấy: động năng trong DĐĐH biến đổi tuần hoàn với chu kì bằng một nữa chu kì dao động.

- Động năng và thế năng biến đổi tuần hoàn cùng chu kì bằng một nữa chu kì của dao động.

- HS nghiên cứu SGK và thảo luận.

- Viết công thức tính cơ năng tổng quát:

d

WWt W .

- Thay các công thức tính thế năng 2 2 2

Wt 0,5m A cos ( t ) và động năng 2 2 2

0,5. . sin ( )

d

E  m A  t vào công thức cơ năng tổng quát ta được:

2 2 2

W0,5kA 0,5m A  hằng số.

- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C2.

- Hãy so sánh chu kì của động năng và thế năng.

* Biểu thức cơ năng:

- Yêu cầu HS lên bảng trình bày cách xây dựng công thức tính cơ năng. - Nhận xét việc trình bày của HS.

- Kết luận: Trong DĐĐH động năng và thế năng biến đổi tuần hoàn cùng chu kì, còn tổng động năng và thế năng được bảo toàn.

Hoạt đông 4: Vận dụng, củng cố và hướng dẫn về nhà

Hoạt động của HS Hoạt động của GV

- Đọc các câu hỏi 3, 4 SGK.

- Trả lời:

Câu 3: Xét với con lắc đơn có phương trình dao động là   0cos( t+ )  có vận tốc 0 . ' sin( t+ ) l l        , động năng 2 2 2 2 2 0 Wd 0,5mv 0,5l   sin ( t+ ) 

- Yêu cầu HS trả lời câu 3,4 SGK.

- Gợi ý: Viết biểu thức của động năng, thế năng hấp dẫn, phương trình dao động của con lắc đơn.

- Nhận xét kết quả trình bày của HS

Trang 85 Thế năng: 2 2 2 2 2 2 0 W (1 os ) 2. .sin ( /2) 0,5mgl 0,5 os ( ) t mgh mgl c mgl mgl c t               Tổng động năng và thế năng là: 2 2 2 0 W0,5ml   hằng số

Câu 4: a. Với con lắc lò xo khi vật chuyển động qua vị trí cân bằng có x =0 suy ra thế năng Wt 0, cơ năng WWd suy ra vận tốc của vật khi CĐ qua VTCB là vA.

b. Con lắc đơn khi chuyển động qua VTCB thì thế năng hấp dẫn bằng 0 ( chọn gốc tính thế năng tại VTCB ) suy ra vận tốc v l 0

- Đọc phiếu học tập và trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.

- Ghi nhận kiến thức.

- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.

- Ghi nhớ lời căn dặn của GV.

- Yêu cầu HS: Nhận xét lời giải của bạn.

- Yêu cầu HS: Hãy trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.

- Tóm tắt bài học.

- Giao bài tập về nhà cho HS: Hãy làm các câu hỏi và bài tập còn lại trong SGK.

- Chuẩn bị bài tiếp theo.

V- Rút kinh nghiệm-bổ sung

---

---

---

---

Trang 86