Giáo án Vật lý 12 nâng cao - TIẾT 10-11 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I/ MỤC TIU: - Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động của dao động,dao động tuần hòan và chu kỳ. - Biết cách thiết lập phương trình ĐLH của con lắc lị xo và dẫn đến phương trình của dao động. - Hiểu rõ các đại lượng đặc trưng của DĐĐH: biên độ, pha, tần số góc, chu kỳ, tần số. - Biết tính tóan và vẽ đồ thị theo thời gian của ly độ và vận tốc trong dao động điều hòa. - Biết biểu diễn DĐĐH bằng véc tơ quay. - Biết viết điều kiện ban đầu tùy theo cách kích thích dao động, và từ điều kiện ban đầu suy ra biên độ A và pha ban đầu φ. - Có kỹ năng giải bài tập về DĐĐH. II/ CHUẨN BỊ: 1/ Gio vin : - Chuẩn bị con lắc dây, co 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. 2/ Học sinh : - Ôn lại về đạo hàm, cách tính đạo hàm, ý nghĩa vật lý của đạo hàm: Trong chuyển động thẳng, vận tốc của chất điểm bằng đạo hàm của tọa độ chất điểm theo thời gian, còn gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc. III/ KIỂM TRA BI CŨ: IV/ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC HĐ CỦA GIÁO VIÊN HĐ CỦA HỌC SINH NỘI DUNG KIẾN THỨC 1/ Dao động - Vị trí cân bằng c ủa vật l vị trí ntn ? - Dao động là gì ? - Thế nào là dao động tuần hoàn ? - Dao động toàn phần là gì ? - Chu kỳ của dao động tuần hoàn là gì ? - Tần số l gì ? -Học sinh đọc SGK th ảo luận và trả lời. -Học sinh đọc SGK th ảo luận và trả lời. -Học sinh đọc SGK th ảo luận và trả lời. -Học sinh đọc SGK th ảo luận và trả lời. -Học sinh đọc - Vị trí cân bằng của vật l vị trí của vật khi nó đứng yên. - Dao động là những chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng xác định. - Dao động tuần hoàn là chuyển động được lặp đi lặp lại liên tiếp và mãi mãi quanh một VTCB xác định. - Giai đọan nhỏ nhất được lặp lại trong dao động tuần hoàn gọi là một dao động toàn phần hay chu trình. - Chu kỳ T của dao động tuần hoàn l thời gian thực hiện một dao động toàn phần. Đơn vị của chu kỳ là giây (s) - Tần số l số dao động toàn - Thông báo cho HS về cấu tạo và hoạt động của con lắc lò xo. - Hướng dẫn học sinh thiết lập phương trình động lực học của vật dao động điều hòa trong con lắc lị xo. SGK th ảo luận và trả lời. - Học sinh lắng nghe và ghi nhớ. -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. phần mà vật thực hiện được trong một giây. Đơn vị của tần số là 1 s g ọi l Héc ký hiệu Hz. 1 f T = 2/ Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo. - Xét CĐ của vật nặng K.lượng m móc vào đầu của một lị xo có độ cứng k K.lượng không đáng kể đặt nằm ngang. Đầu còn lại của lò xo được giữ cố định. Bỏ qua ma sát. - Chọn trục x như hình vẽ gốc O ứng với VTCB. Tọa độ x của vật tính từ VTCB gọi là ly độ. - Lực F tc dụng ln vật nặng là - Thông báo cho học sinh về nghiệm của phương trình động lực học và hướng dẫn học sinh nghiệm lại như SGK. -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. lực đàn hồi của lị xo, lực này luôn hướng về O (trái dấu với ly độ ) và có độ lớn tỷ lệ với ly độ, nên F = - kx trong đó k là độ cứng của lò xo. F luôn hướng về VTCB nên gọi là lực kéo về hay lực hồi phục. - F gy cho vật gia tốc a = x’’ - Áp dụng định luật 2 Niu Tơn: mx’’ = - kx Hay k x '' x 0 m + = đặt 2 k m w = Ta có: 2 x'' x 0 + w = gọi là phương trình ĐLH của dao động. 3/ Nghiệm của phương trình động lực học: phương trình dao động điều hòịa. - Phương trình ĐLH 2 x'' x 0 + w = có nghiệm dạng x Acos( t ) = w + j M x x O O F r MM x x O O F r -Thông báo cho học sinh về tên gọi, đơn vị, ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng của DĐĐH. -Tại sao nói với một con lắc lò xo đã cho thì tần số góc là một hằng số ? -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. - Học sinh thảo luận và trả lời. trong đó A và φ là những hằng số. - Phương trình x Acos( t ) = w + j biểu diễn sự phụ thuộc của ly độ x vào thời gian, gọi là phương trình dao động. -ĐN: DĐĐH là dao động mà phương trình diễn tả sự phụ thuộc của ly độ x vào thời gian là một hàm sin hoặc cosin. 4/ Các đại lượng đặc trưng của DĐĐH. - A là biên độ ,nó là giá trị cực đại của ly độ x ứng với lúc cos( t ) w + j = 1. Biên độ luôn dương. - ( t ) w + j gọi là pha của dao động tại thời điểm t, là đối số của hàm côsin và là một góc. - Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị ly độ của dao động điều hòa dựa trên số liệu biến thiên của x theo t ở bảng 6.1 - Từ đồ thị ly độ thời gian hình thnh khi niệm chu kỳ, tần số của DĐĐH. -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. Với một biên độ đã cho thì pha xác định ly độ x của dao động. - ư là pha ban đầu, tứclà pha ( t ) w + j ở thời điểm t = 0. - gọi là tần số góc của dao động. là tốc độ biến đổi góc của góc pha, có đơn vị rad/s hoặc độ/s. Với con lắc lòxo đ cho thì tần số góc l một hằng số. 5/ Đồ thị ly độ của dao động điều hòa. -A A O t T T T T T/2 x -A A O t T T T T T/2 x - Vận tốc của chất điểm được xác định như thế nào ? Hãy suy ra biểu thức vận tốc của vật dao động điều hòa ? - Thông báo cho học sinh vận tốc của vật ở một số vị trí đặc biệt. - Gia tốc của chất điểm được xác định như thế -Học sinh tái hiện kiến thức và trả lời. Vận dụng kiến thức suy ra biểu thức vận tốc của vật dao động điều hịa. -Học sinh lắng nghe và ghi nhớ. -Học sinh tái hiện kiến thức v trả lời. Vận dụng kiến thức suy ra biểu thức gia tốc của vật dao động điều hòa. 6/ Chu kỳ và tần số của dao động điều hòa - Thời gian 2 p w thực hiện dao động toàn phần là chu kỳ T của DĐĐH. 2 T p = w - T ần số f của DĐĐH: 1 f T 2 w = = p 7/ Vận tốc trong DĐĐH. - Vận tốc bằng đạo hàm bậc nh ất của ly độ theo thời gian: v x' Asin( t ) = = - w w + j - Vận tốc cũng biến đổi điều hịa theo thời gian và có cùng chu kỳ với ly độ. + Chú ý: - Ở vị trí giới hạn x A = ± (vị trí biên) thì vận tốc có giá trị nào ? Hãy suy ra biểu thức gia tốc của vật dao động điều hòa? - Hướng dẫn HS cách biểu diễn một DĐĐH bằng một véc tơ quay. -Học sinh lắng nghe, theo dõi và ghi bài. - Học sinh lắng nghe, theo di để biết cách xác bằng không. - Ở VTCB x = 0 thì vận tốc và có độ lớn cực đại bằng A hoặc – A. 8/ Gia tốc trong DĐĐH. - Gia tốc bằng đạo hàm bậc nh ất của vận tốc theo T.gian. 2 2 a Acos( t ) x = - w w + j = - w - Gia tốc luôn trái dấu với ly độ và có độ lớn tỷ lệ với độ lớn của ly độ. Gia tốc ngược pha với ly độ. 9/ Biểu diễn DĐĐH bằng véc tơ quay. - Đ ể biểu diễn DĐĐH x Acos( t ) = w + j ta dùng một véc tơ OM uuur có độ dài bằng biên độ A, quay đều quanh điểm O trong mặt phẳng chứa trục Ox O M x j P + O M x j P + O A M x j O A M x j V/ CỦNG CỐ - DẶN DÒ định các diều kiện ban đầu của dao động và áp dụng để viết phương trình dao động. với tốc độ góc là . Ở thời điểm ban đầu t = 0, góc giữa trục Ox và véc tơ OM uuur là pha ban đầu φ. - Độ dài đại số của hình chiếu trn trục x của vc tơ quay OM uuur biểu diễn DĐĐH chính là ly độ x của dao động. 10/ Điều kiện ban đầu: sự kích thích dao động. - Nếu biết ly độ x 0 v vận tốc v 0 ở thời điểm ban đầu t = 0 cùng với tần số góc ta có thể xác định được biên độ A và pha ban đầu φ từ đó ta sẽ viết được đầy đủ phương trình DĐĐH x Acos( t ) = w + j [...].. .- Tóm lược kiến thức trọng tâm của bài, hướng dẫn HS trả lời các câu hỏi sau bài học yêu cầu HS về làm các BT 1,2,3,4 sau bài học . Giáo án Vật lý 12 nâng cao - TIẾT 1 0-1 1 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I/ MỤC TIU: - Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động của dao động ,dao động tuần hòan và chu kỳ. - Biết cách. HĐ CỦA GIÁO VIÊN HĐ CỦA HỌC SINH NỘI DUNG KIẾN THỨC 1/ Dao động - Vị trí cân bằng c ủa vật l vị trí ntn ? - Dao động là gì ? - Thế nào là dao động tuần hoàn ? - Dao động toàn. tốc của vật dao động điều hịa. -Học sinh lắng nghe và ghi nhớ. -Học sinh tái hiện kiến thức v trả lời. Vận dụng kiến thức suy ra biểu thức gia tốc của vật dao động điều hòa.