Chuẩn kiến thức, kĩ năng

Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, chuẩn kiến thức, kĩ năng của phần “Dao động cơ ” như sau:

 Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì.  Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà. - 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.

- Viết được: Công thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa; Công thức tính chu kì của con lắc lò xo; Công thức tính động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo, cơ năng được bảo toàn.

- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động.

- Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo

- Nêu được cấu tao con lắc đơn. Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa. Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn.

- Viết được cộng thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn. Xác định được lực kéo về.

- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động.

- Nêu được những đặc điểm của dao động tẳt dần, dao động duy tri, cưỡng bức và cộng hưởng.

- Giải thích được nguyên nhân của dao động tắt dần. - Nêu được điều kiện để có cộng hưởng xảy ra.

- Nêu được vài ví dụ về tầm quang trọng của hiện tượng cộng hưởng. - Vẽ và giải thích được đường cong cộng hưởng.

- Vẽ được đồ thị của li độ , vận tốc, gia tốc, động năng và thế năng theo thời gian trong dao động điều hoà với pha ban đầu bằng không.

- Vận dụng điều kiện cộng hưởng để giải thích một số hiện tượng vật lý có liên quan.

* Nắm được quy trình thực hiện một thí nghiệm đơn giản của vật lý; biết cách đo các đại lượng vật lý cơ bản; bước đầu biết cách xử lý các kết quả đo lường bằng đồ thị và tính số.

2.1.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương

Sơ đồ biểu đạt logic của quá trình nhận thức khoa học chƣơng “Dao động cơ ”

 Vận dụng ý nghĩa đạo hàm liên quan đến các đại lượng vật lý rồi đưa ra biểu thức vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà.v = -

ωAsin(ωt +φ), a = -ω2Acos(ωt + φ)

 Từ đó suy ra dang đồ thị của li độ, vận tốc, gia tốc, lực hồi phục theo thời gian

 Giói thiệu dao động của một số vật trong đời sống hàng ngày, rồi đưa ra nghiên cứu dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn

 Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học. Lực gây ra dao động gọi là lực hồi phục.

 Biểu thức chu kì, tần số dao động điều hoà của con lắc lo xo.

 Dao động là một chuyển động, nên khi vật dao động có năng lượng( cơ năng). Khảo sát dao động của con lắc về mặt năng lượng. sự biến thiên của động năng và thế năng theo thời gian, sự bảo toàn cơ năng..

 Cho hoc sinh nhớ lại đặc điểm của các một số chuyển động mà học sinh đã học lớp 10 rồi đưa ra định nghĩa về dao động cơ.

 Ví dụ một số dao động rồi đưa ra định nghĩa dao động tuần hoàn, chu kì , tần số của dao động

 Xét hình chiếu của chuyển động tròn đều lên phương của vật dao động, thấy hình chiếu của nó là li độ của vật dao động. Sau đó đưa ra định nghĩa về dao động điều hoà, phương trình của vật dao động điều hoà. x = Acos(ωt + φ)

 Dựa vào phương trình dao động điều hoà chứng minh được li độ biến thiên tuần hoàn với chu kì T = 2π/ω, tần số của dao động

 Cấu tạo và cách kích thích cho con lắc đơn dao động, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà, và các điều kiện khác

 Khảo sát dao động của con lắc đơn về, mặt động lực học, xét lực gây ra dao động là thành phần tiếp tuyến của trong lực gây ra dao động  Xây dựng biểu thức tính chu kì dao động điều hoà của con lắc đơn,

mối quan hệ giữa li độ góc và li độ dài.

 Dao động là một chuyển động, nên khi vật dao động có năng lượng( cơ năng). Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng, sự biến thiên của động năng và thế năng theo thời gian, sự bảo toàn cơ năng..

Cho học sinh vận dụng kiến thức về cơ năng và lực ma sát để giải thích sự tắt dần của dao động, rồi đưa ra định nghĩa về dao động tắt dần, nguyên nhân , ứng dụng của dao động tắt dần. Từ dao động tắt dần đưa ra dao động duy trì và dao động cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng trong dao động

- Định nghĩa dao động duy trì - Đặc điểm của dao động duy tri - Ứng dụng thực tế - Định nghĩa dao động cưỡng bức - Đặc điểm của dao động duy trì - Ứng dụng thực tế - Định nghĩa hiện tượng cộng hưởng - Điều kiện cần và đủ - Tầm quan trọng của hịên tượng

 Xét một số ví dụ một vật đồng thời tham gia vào hai dao động, rồi đưa ra phương pháp tìm phương trình dao động tổng hợp của vật đó ( chỉ xét trường hợp các do động cùng phương, cùng tần số)

 Có nhiều phương pháp để giải quyết vấn đề tổng hợp dao động ( sử dụng công thức đã xây dụng và dùng máy FX5700)

2.2. Tóm tắt mội dung kiến thức cơ bản

2.2.1. Các khái niệm cơ bản [7]

+ Dao động cơ: Là chuyển động của vật trong không gian hẹp, lặp đi lặp lại

xung quanh vị trí cân bằng.

+Dao động tuần hoàn: Là một dao động mà cứ sau những khoảng thời gian bằng nhau vật lai lặp lại trạng thái cũ.

+ Chu kì , tần số: Chu kì là khoảng thời gian ngắn nhất để vật lặp lại trạng thái cũ, Tần số là số lần vật lặp lại trạng thái cũ trong một đơn vị thời gian.

+ Định nghĩa dao động điều hoà: là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin ( hay sin) của thời gian.

+ Dao động tắt dần: Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.

+ Dao động duy trì: Là dao động được bù đắp đúng và đủ năng lượng mất mát do ma sát.

+ Dao động cƣỡng bức: Là dao động tắt dần chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn, nhằm bù lại năng lượng mất mát do ma sát.

2.2.2. Các công thức sử dụng 2.2.2.a Dao động con lắc lò xo 2.2.2.a Dao động con lắc lò xo

 Phương trình dao động điều hoà: x A cos. ( t )

Trong đó: + x là li độ dao động ở thời điểm t. + A là biên độ dao động.

+ (.t) là pha dao động ( là pha ở thời điểm t). + là vận tốc góc, đơn vị (rad/s).

+ là pha ban đầu ( là pha ở thời điểm t = 0),đơn vị (rad).

Tần số góc, chu kì, tần số của dao động điều hoà trong con lắc lò xo ω = k m; T 2. 2. . m 1. k f       ; 1 1 . . 2. 2. k f T m      

 Vận tốc trong dao động điều hoà. '

. .sin( )

v  x A  t ; '

. . ( . ).

 Gia tốc trong dao động điều hoà. ' " 2 2 . . ( . ) . a v x  A cos t   x Hoặc ' " 2 2 . .sin( . ) . a v x  A t   x

 Lực trong dao động điều hoà :

+ Lực đàn hồi : Fdh      k. l x k. l A.sin( .t) . + Lực phục hồi : 2 2

. . . . . .sin( . ).

ph

F  k x m x m A t  Năng lượng trong dao động điều hoà : E = Eđ + Et

Trong đó: + Eđ = 1 2 1 2 2 2

. . . . . .sin ( . ).

2 m v  2 m A  t Là động năng của vật dao động

và Et = 1 2 1 2 2 1 2 2 2

. . . . . ( . ) . . . .cos ( . ).

2 k x 2 k A cos t 2 m A t Là thế năng của vật dao động ( Thế năng đàn hồi ).

1 2 2 1 2 . . . . . 2 2 d t E E E m A k A const       .

2.2.2. Dao động con lắc đơn

 Phương trình li độ dài: s = s0cos(t + ) Phương trình li độ góc:  = 0cos(t + )  Tần số góc - chu kì - tần số:  = g l  ; T =   2 = 2 l g  ; f = 1 1 2 g T   l  Vận tốc v = s' = - s0sin(t + )

 Năng lượng dao động: Động năng: Wđ =

2 1

mv2 = mgℓ(cos - cosm) Thế năng: Wt = mgh = mgℓ( l - cos)

 Cơ năng: W = mgl( l - cosm) = Wđmax = Wtmax

 Chú ý: 0

0 S S0 0.l l

   

E0 = E + Q ( nhiệt lượng ) trong đó Q = Angoai luc

 Khái niệm công suất cơ học P = A

t ( A là công thực hiện trong t thời gian)

 Trong dao động tắt dần ( môi trường tạo ra sức cản không thay đổi tức là = const thì biên độ trong quá trình dao động giảm đều đặn

A – A1 = A1 – A2 = A2 – A3 =……….= An-1 – An.

 Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số dao động riêng của hệ bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức

2.2.2. Tổng hợp dao động

 Cho hai dao động cùng phương, cùng tần số: x1 A cos1. ( t 1) và x2  A cos2. ( t 2)

 Dao động tổng hợp có dạng : x A cos. ( t )

Trong đó A,  được xác định theo công thức sau: 2 2 2

1 2 2. 1. 2. ( 1 2)

A A A  A A cos 

Nhận xét: + Nếu hai dao động cùng pha: A = A1 + A2

+ Nếu hai dao động ngược pha: A = A1A2

1 1 2 2 1 1 2 2 .sin .sin tan . . A A A cos A cos        

Chú ý: Có thể tìm phương trình dao động tổng hợp bằng phương pháp lượng giác

2.3. Đặc điểm, cấu trúc nội dung chƣơng “Dao động cơ ” vật lí 12 Ban cơ bản bản

2.3.1. Nội dung chương trình Vật lý 12 Cơ bản

Khung phân phối chương trình Vật lý 12 nâng cao

HKI: 19 tuần x 2 tiết = 38 tiết HKII: 18 tuần x 2 tiết = 36 tiết

Dao động cơ thuộc chương 1- chương trình Vật lý 12 Cơ bản THPT

2.3.2. Về phân phối chương trình

PHÂN PHỐI CHƢƠNG TRÌNH MÔN: VẬT LÝ 12 - CƠ BẢN Chƣơng I : Dao động cơ

TUẦN TIẾT BÀI NỘI DUNG

1 Tiết 1 Bài 1 Dao động điều hoà ( Hết mục II sgk) Tiết 2 Bài 1 Dao động điều hoà ( Từ mục III sgk )

2 Tiết 3 Bài tập

Tiết 4 Bài 2 Con lắc lò xo

3 Tiết 5 Bài 3 Con lắc đơn Tiết 6 Bài tập

4

Tiết 7 Bài 4 Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức

Tiết 8 Bài 5 Tổng hợp hai dao độngđiều hoà cùng phương cùng tần số-Phương pháp giản đồ Fre-nen

5

Tiết 9 Bài tập

Tiết 10 Bài 6 Thưc hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

6 Tiết 11 Bài 6 Thưc hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

2.4. Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng Dao động cơ.

2.4.1. Phân loại bài tập chương Dao động cơ.

Có nhiều cách phân loại bài tập vật lí: theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc nghiên cứu vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay yêu cầu phát triển

chọn những bài tập vật lí theo yêu cầu giảng dạy và phát triển năng lực học tập của học sinh và theo cách phân loại theo nội dung, bài tập chương Dao động cơ được chia thành các dạng bài lớn như sau:

Dạng 1: Xác định các đặc điểm trong dao động - Viết phương trình dao động điều hoà - Lực đàn hồi - Lực hồi phục

Dạng 2: Tìm thời điểm - Khoảng thời gian - Vận tốc trung bình - Quãng đường - Đồ thị trong dao động điều hoà

Dạng 3: Bài toán động năng - thế năng - cơ năng trong dao động điều hoà

đồ thị động năng, thế năng, cơ năng

Dạng 4: Dao động tắt dần - cưỡng bức - cộng hưởng trong dao động

Dạng 5: Tổng hợp hai hay nhiều dao động cùng phương, cùng tần số

2.4.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ

Bài tập 1: Phương trình dao động của một vật là x = 6cos(4t +

6

 ), với x

tính bằng cm, t tính bằng s.

a) Vẽ đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian

b) Xác định li độ, vận tốc và gia tốc của vật khi t = 0,25s.

Bài tập 2: Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40cm. Khi ở vị trí x = 10cm vật có vận tốc 20 3cm/s.

a) Viết phương trình dao động của vật, chọn gốc thời gian lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương.

b) Tính vận tốc và gia tốc cực đại của vật.

Bài tập 3: Một vật có khối lượng m = 200g treo vào lò xo có độ cứng k = 50N/m. Kéo vật xuống dưới VTCB một đoạn 3cm rồi truyền cho nó một vận tốc 20 3cm s/ cùng phương. Tìm lực đàn hồi lớn nhất, nhỏ nhất trong quá trình dao động của con lắc.

Câu 4: Một con lắc đơn gồm một quả cầu khối lượng m = 500g được treo trên sợi dây dài l = 1m ở một nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2. Bỏ qua sức cản không khí và ma sát ở điểm treo.

1. Tính chu kì của con lắc khi nó dao động với biên độ nhỏ. 2. Kéo con lắc lệch ra khỏi vị trí cân bằng một góc  60

rồi thả ra không vận tốc đầu. Tính:

a) Vận tốc cực đại của quả cầu.

b) Vận tốc của quả cầu khi con lắc lệch một góc  30

và β=80 so với phương thẳng đứng

Bài tập 5: Một chất điểm dao động điều hòa trên trục tọa độ Ox với chu kì T=1s. Nếu chọn gốc tọa độ O là VTCB thì sau khi chất điểm bắt đầu dao động được 2,5s, nó ở tọa độ x=5 2 cm, đi theo chiều âm của trục Ox và vận tốc đạt giá trị 10 2 cm/s.

a. Viết phương trình dao động của chất điểm.

b. Gọi M và N lần lượt là hai vị trí biên. Gọi P là trung điểm của đoạn OM, Q là trung điểm của đoạn ON. Hãy tính vận tốc trung bình của chất điểm trên đoạn đường từ P tới Q. Lấy 2

10

  .

c. Thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí x1=5cm đến vị trí có gia tốc a=2 3m/s2

d. Quãng đường vật đi được từ thời điểm t1=0,25s đến thời điểm t2=1,45s.

e. Xác định thời điểm vật đi qua vị trí x=5 3cm lần thứ 3 và lần thứ 2010.

Bài tập 6: Một con lắc dao động điều hoà với tần số 60Hz, khối lượng m = 400g, kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn 3cm về phía dương của trục toạ độ rồi thả. Chọn gốc toạ độ tại vị trí cân bằng. Chọn t = 0 lúc thả vật Cho g = 10 =2

b) Xác định toạ độ, vận tốc, động năng, thế năng của vật tại thời điểm t = 1s c) Vẽ đồ thị Wđ(t), Wt(t), W trên cùng hệ trục toạ độ

Bài tập 7:. Một con lắc đơn có chiều dài 50cm, khối lượng 200g dao động tại nơi có g=10m/s2

với biên độ góc 0,12rad, chọn gốc thời gian lúc vật ở biên dương

a. Tìm cơ năng dao động của con lắc

b. Tính động năng và thế năng khi con lắc ở vị trí góc 0,06 rad c. Vẽ đồ thị Wđ(t), Wt(t), W trên cùng hệ toạ độ

Bài tập 8: Cho cơ hệ như hình vẽ: K = 100N/m, m = 200g, hệ số ma sát giữa m và mặt phẳng nằm ngang 0 05, .Ban đầu đưa vật rời khỏi VTCB 1 khoảng4cm rồi thả nhẹ. Lấyg 10 m2

s