Tiết 3. Con lắc lò xo - 12CB

Tiết theo PPCT:

§2. CON LẮC LÒ XO

Ngày soạn: .............................

Tuần:

Ngày dạy:

- Lớp 12C: .............................

- Lớp 12E: .............................

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- Nêu câu hỏi kiểm tra:

1. Viết biểu thức vận tốc và gia tốc của dao động điều hoà?

2. Ở vị trí nào thì vận tốc và gia tốc bằng 0? Ở vị trí nào thì vận tốc và gia tốc có độ lớn cực đại?

- Nhận xét câu trả lời của HS và cho điểm.

- Trả lời:

1.

- Biểu thức vận tốc: v = x’ = -Asin(t + )

- Biểu thức gia tốc:

a = v’ = -2Acos(t + ) = -2x

2.

- Khi vật ở VTCB thì vận tốc có độ lớn cực đại, gia tốc bằng 0.

- Khi vật ở VT biên thì vận tốc bằng 0, gia tốc có độ lớn cực đại.

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Kiến thức cơ bản

- Yêu cầu HS quan sát dao động của con lắc lò xo, đặt vấn đề vào bài: dao động của con lắc lò xo có phải là dao động điều hoà hay không? Câu hỏi đó sẽ được trả lời ở §2.

- Nêu cấu tạo của con lắc lò xo.

§2. CON LẮC LÒ XO

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.

- Nêu cấu tạo của con lắc lò xo?

- Yêu cầu HS quan sát H2.1, trả lời các câu hỏi:

1. Nêu VTCB của vật m?

2. Mô tả dao động của con lắc lò xo khi kéo vật ra khỏi VTCB làm cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay?

- Xác nhận câu trả lời đúng.

- Trả lời:

1. VTCB của vật m là vị trí khi lò xo không biến dạng.

2. Khi kéo vật ra khỏi VTCB làm cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, vật dao động trên một đoạn thẳng quanh VTCB.

2. VTCB: là vị trí khi lò xo không bị biến dạng.

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Kiến thức cơ bản

- Để khảo sát dao động của vật , chọn trục toạ độ Ox // trục lò xo, chiều (+) là chiều tăng độ dài l của lò xo, gốc toạ độ O tại VTCB của vật. Kéo vật khỏi VTCB một đoạn x theo chiều (+).

Vật chịu tác dụng của những lực nào?

- Trọng lực , phản lực của mặt phẳng ngang và lực đàn hồi

II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

1. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

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.

Kéo vật khỏi VTCB một đoạn x theo chiều (+).

- Viết phương trình của định luật II Niu-tơn cho vật?

- Trọng lực , phản lực là 2 lực có đặc điểm gì? Biểu thức (1) được viết ntn?

- Viết biểu thức xác định lực đàn hồi của lò xo?

- Từ biểu thức (2) và (3) rút ra mối liên hệ giữa a và x?

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

- Nêu công thức tính tần số góc , chu kì T và tần số f của con lắc lò xo?

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

- Đưa ra khái niệm lực kéo về chính là lực đàn hồi.

của lò xo.

- Phương trình của định luật II Niu-tơn cho vật:

- Vì nên biểu thức (1) trở thành:

- Biểu thức xác định lực đàn hồi của lò xo:

- Từ (2) và (3) có:

- Nêu công thức tính tần số góc , chu kì T và tần số f của con lắc lò xo.

- Lực đàn hồi luôn hướng về VTCB.

Phương trình của định luật II Niu-tơn cho vật:

Vì nên (1) trở thành:

Mặt khác:

Từ (2) và (3) 

Đặt ,

Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà với:

- tần số góc

- chu kì

- tần số

2. Lực kéo về

- Đ/n: Lực luôn hướng về VTCB gọi là lực kéo về.

- Đặc điểm:

+ Có độ lớn tỉ lệ với li độ

+ Là lực gây ra cho vật dao động điều hoà gia tốc.

+ F = - k.x = - k.Acos(t + )

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Kiến thức cơ bản

- Nêu định nghĩa và biểu thức tính động năng của một vật?

- Trong quá trình dao động của con lắc lò xo, có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng. Động năng của con lắc lò xo (động năng của vật) được xác định bởi biểu thức nào?

- Khi con lắc dao động thế năng của con lắc (thế năng đàn hồi) được xác định bởi biểu thức nào?

- Trả lời: Động năng là dạng năng lượng của vật do chuyển động mà có, được tính bằng biểu thức:

- Trả lời:

- Trả lời:

III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng

1. Động năng của con lắc lò xo (động năng của vật)

2. Thế năng của con lắc lò xo (thế năng đàn hồi)

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

- Xét trường hợp khi không có ma sát  cơ năng của con lắc thay đổi như thế nào? Để biết điều đó viết biểu thức xác định cơ năng của con lắc lò xo?

- Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc lò xo biến đối ntn?

- Chính xác hoá kiến thức về năng lượng của con lắc lò xo.

- Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc lò xo không đổi.

a. Cơ năng của con lắc lò xo

Mà

b. Khi không có ma sát

* Nhận xét:

- Khi không có ma sát, trong quá trình dao động của con lắc lò xo, có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng nhưng cơ năng được bảo toàn.

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

- Động năng và thế năng của con lắc lò xo cùng biến thiên điều hoà với tần số góc (chu kì hay tần số 2f)

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Kiến thức cơ bản

- Nhấn mạnh nội dung kiến thức HS cần tiếp nhận: phương trình động lực học của con lắc lò xo; khái niệm, công thức lực kéo về; động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo.

- Giao nhiệm vụ về nhà cho HS:

+ Làm bài tập 4, 5, 6 – tr 13 – SGK; 2.1, 2.3, 2.4, 2.6, 2.7 – SBT.

+ Tiết sau chữa bài tập.