Giáo án vật lý 12 con lắc lò xo

Ngày soạn: 15/08/2011

Tiết số: 03 Tuần: 02

Bài 2. CON LẮC LÒ XO

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức:

- Viết được:

+ Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà.

+ Công thức tính chu kì của con lắc lò xo.

+ Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo.

- Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà.

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

- Áp dụng được các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập tương tự trong phần bài tập.

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

2. Kĩ năng: Vận dụng được kiến thức của bài để làm được các bài tập sgk và các bài tập tương tự.

3. Thái độ: Vui thích môn học, tập trung học tập,…

II. CHUẨN BỊ

1. Giáo viên: Con lắc lò xo theo phương ngang. Vật m có thể là một vật hình chữ “V” ngược chuyển động trên đêm không khí.

2. Học sinh: Ôn lại khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi ở lớp 10.

III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

1. Ổn định tổ chức: Kiểm tra sĩ số, vệ sinh, đồng phục, sgk,…

2. Kiểm tra bài cũ:

+ Định nghĩa dao động điều hoà.

+ Viết phương trình của dao động điều hoà và giải thích được cá đại lượng trong phương trình.

3. Bài mới:

Hoạt động 1 ( phút): Tìm hiểu về con lắc lò xo

Hoạt động của GVHoạt động của HSKiến thức cơ bản- Minh hoạ con lắc lò xo trượt trên một mặt phẳng nằm ngang không ma sát và Y/c HS cho biết gồm những gì?

k

F = 0

m

k

m

v = 0

k

m

O

A

A

x

- HS dựa vào hình vẽ minh hoạ của GV để trình bày cấu tạo của con lắc lò xo.

- HS trình bày minh hoạ chuyển động của vật khi kéo vật ra khỏi VTCB cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay.I. Con lắc lò xo

1. Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu kia của lò xo được giữ cố định.

2. VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng.Hoạt động 2 ( phút): Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học.

Hoạt động của GVHoạt động của HSKiến thức cơ bản- Vật chịu tác dụng của những lực nào?

- Ta có nhận xét gì về 3 lực này?

- Khi con lắc nằm ngang, li độ x và độ biến dạng l liên hệ như thế nào?

- Giá trị đại số của lực đàn hồi?

- Dấu trừ ( - ) có ý nghĩa gì?

- Từ đó biểu thức của a?

- Từ biểu thức đó, ta có nhận xét gì về dao động của con lắc lò xo?

- Từ đó  và T được xác định như thế nào?

* Nhận xét gì về lực đàn hồi tác dụng vào vật trong quá trình chuyển động.

- Trường hợp trên lực kéo về cụ thể là lực nào?

- Trường hợp lò xo treo thẳng đứng?- Trọng lực , phản lực của mặt phẳng, và lực đàn hồi của lò xo.

- Vì nên hợp lực tác dụng vào vật là lực đàn hồi của lò xo.

x = l

F = -kx

- Dấu trừ chỉ rằng luôn luôn hướng về VTCB.

- So sánh với phương trình vi phân của dao động điều hoà

a = -2x  dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà.

- Đối chiếu để tìm ra công thức  và T.

* Lực đàn hồi luôn hướng về VTCB.

- Lực kéo về là lực đàn hồi.

- Là một phần của lực đàn hồi vì F = -k(l0 + x)II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

1. Chọn trục toạ độ x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiều tăng độ dài l của lò xo. Gốc toạ độ O tại VTCB, giả sử vật có li độ x.

- Lực đàn hồi của lò xo

 F = -kx

2. Hợp lực tác dụng vào vật:

- Vì 

Do vậy:

3. - Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà.

- Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo

và

4. Lực kéo về

- Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về. Vật dao động điều hoà chịu lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ.Hoạt động 3 ( phút): Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng.

Hoạt động của GVHoạt động của HSKiến thức cơ bản

* Khi dao động, động năng của con lắc lò xo (động năng của vật) được xác định bởi biểu thức?

* Khi con lắc dao động thế năng của con lắc được xác định bởi biểu thức nào?

* Xét trường hợp khi không có ma sát  cơ năng của con lắc thay đổi như thế nào?

* Cơ năng của con lắc tỉ lệ như thế nào với A?

- Không đổi. Vì

Vì k = m2 nên

- W tỉ lệ với A2.III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng

1. Động năng của con lắc lò xo

2. Thế năng của con lắc lò xo

3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng

a. Cơ năng của con lắc lò xo là tổng của động năng và thế năng của con lắc.

b. Khi không có ma sát

- Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động.

- Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn.

IV.CỦNG CỐ: Qua bài này chúng ta cần nắm được

. + Công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hoà.

+ Công thức tính chu kì của con lắc lò xo.

+ Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo.

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

V.DẶN DÒ:

- Về nhà học bài và xem trứơc bài mới

-Về nhà làm được các bài tập trong Sgk.và sách bài tập

VI. RÚT KINH NGHIỆM

Ngày soạn: 15/08/2011

Tiết số: 04 Tuần: 02BÀI TẬP

I. Mục tiêu:

- Từ phương trình dao động điều hoà xác định được: biên độ, chu kì, tần số góc

- Lập được phương trình dao động điều hoà, phương trình vận tốc, gia tốc, từ các giả thuyết của bài toán. Chú ý tìm pha ban đầu dựa vào điều kiện ban đầu.

- Kỹ năng: Giải được các bài toán đơn giản về dao động điều hoà.

II. Chuẩn bị:

1. Giáo viên: một số bài tập trắc nghiệm và tự luận

2. Học sinh: ôn lại kiến thức về dao động điều hoà

3. Thái độ: Vui thích môn học, tập trung học tập, trung thực…

III.Tiến trình bài dạy :

1. Ổn định lớp: Kiểm tra sĩ số, vệ sinh, đồng phục, sgk,…

2. Kiểm tra bài cũ: Nêu cấu tạo con lắc lò xo, công thức tính chu kì?

- Khi con lắc dao động điều hòa thì động năng và thế năng của con lắc biến đổ qua lại như thế nào

3. Bài mới :

Hoạt động 1: giải bài tập trắc nghiệm

Hoạt động GVHoạt động H.SNội dung* Cho Hs đọc lần lượt các câu trắc nghiệm 7,8,9 trang 8,9 sgk

* Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra đáp án

*Gọi HS trình bày từng câu

* Cho Hs đọc l các câu trắc nghiệm 4,5,6 trang 13 sgk

* Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra đáp án.

*Cho Hs trình bày từng câu

* HS đọc đề từng câu, cùng suy nghĩ thảo luận đưa ra đáp án đúng

* Thảo luận nhóm tìm ra kết quả

* Hs giải thích

* Thảo luận nhóm tìm ra kết quả

* Hs giải thíchCâu 7 trang 9: C

Câu 8 trang 9: A

Câu 9 trang 9: D

Câu 4 trang 13: D

Câu 5 trang 13: D

Câu 6 trang 13: B

Hoạt động 1: giải bài tập tự luận về dao động điều hoà của vật năng, con lắc lò xo

Bài 1: Một vật được kéo lệch khỏi VTCB một đoạn 6cm thả vât dao động tự do với tần số góc ω = π(rad)

Xác định phương trình dao động của con lắc với điều kiện ban đầu:

a. lúc vật qua VTCB theo chiều dương

b. lúc vật qua VTCB theo chiều âm

*Hướng dẫn giải:

- Viết phương trình tổng quát của dao động.

- Thay A = 6cm

-Vận dụng điều kiện banđầu giải tìm ra φ

Bài 2: Một lò xo được treo thẳng đứng, đầu trên của lò xo được giữ chuyển động đầu dưới theo vật nặng có khối lượng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 25 N/m. Kéo vật rời khỏi VTCB theo phương thẳng đứng hướng xuống một đoạn 2cm, truyền cho nó vận tốc . (cm/s) theo phương thẳng đứng hướng lên. Chọn góc tg là lúc thả vật, gốc toạ độ là VTCB, c dương hướng xuống.

a. Viết PTDĐ.

b. Xác định thời điểm vật đi qua vị trí mà lò xo giãn 2 cm lần thứ nhất.

* Hương dẫn Học sinh về nhà làm câu b

* HS tiếp thu

* Đọc đề tóm tắt bài toán

* HS thảo luận giải bài toán

l

l0

0(VTCB)

x

- l

•

•

•

* HS

tiếp thu

* Đọc đề tóm tắt bài toán

* HS thảo luận giải bài toánGiải

Phương trình tổng quát: x = Acos(ωt + φ)

 x = 6cos(πt + φ)

a. t = 0, x = 0, v>0

x = 6cosφ =0

v =- 6πsinφ > 0

cosφ = 0

sinφ < 0

=> φ = -π/2

Vậy p.trình dđ:x = 6cos(πt – π/2) cm

b. t = 0, x = 0, v<0

x = 6cosφ = 6

v = - 6 sinφ < 0

cos φ= 0

sinφ > 0

=> φ =π/2

Vậy p.trình dđ: x = 6cos(πt + π/2) cm

Giải

a) Tại vị trí cân bằng O

l

l0

0(VTCB))

x

- l

•

•

•

thì kl = mg

 l = (m)

+  = (Rad/s)

+ m dao động điều hoá với phương trình x = Asin (t + )

t = 0 x = 2 cm > 0

v = 10 (cm/s) <0

Ta có 2 = Acos Cos  >0

-10 = -5.Asin Sin >0

=>cotan = 1/  = π/3(Rad) A= 4(cm)

Vậy PTDĐ: x = 4cos (5t + ) (cm)

IV.CỦNG CỐ: Qua tiết bài tập này chúng ta cần nắm được

- Phương trình dao động điều hoà xác định được: biên độ, chu kì, tần số góc

- Lập được phương trình dao động điều hoà, phương trình vận tốc, gia tốc, từ các giả thuyết của bài toán.

- Chú ý tìm pha ban đầu dựa vào điều kiện ban đầu.

V.DẶN DÒ:

- Về nhà xem lại bài tập và xem trứơc bài mới

Về nhà làm bài tập trong sách bài tập

VI. RÚT KINH NGHIỆM

Tổ trưởng kí duyệt

15/08/2011

HOÀNG ĐỨC DƯỠNG