con lắc đơn giáo án Vật lý 12

Đăng ngày 5/19/2011 9:52:22 AM | Thể loại: Vật lý 12 | Lần tải: 76 | Lần xem: 0 | Page: 1 | FileSize: 0.16 M | File type: doc
0 lần xem

Bình luận

Nội dung

Con lắc đơn
1. Cấu tạo
- Gồm một sợi dây không giãn có độ dài , khối lượng không đáng kể, một đầu cố định, đầu còn lại được gắng vào một vật có khối lượng m. Con lắc dao động với biên độ góc nhỏ (α < 100).
- Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và α0 << 100 rad hay S0 << 
2. Phương trình dao động
Trong quá trình dao động con lắc đơn chịu tác dụng của các lực: trọng lực P, lực căng dây T. Các lực được phân tích như hình vẽ.
Áp dụng định luật II Newton ta có : 
Chiếu phương trình lên phương chuyển động ta được:
 với a = s"
Do góc α nhỏ nên ta sử dụng công thức gần đúng  

Đặt: 
Vậy con lắc đơn dao động vơi góc lệch nhỏ là một dao động điều hòa với tần số góc (rad/s).
3. Chu kỳ và tần số của con lắc đơn
Ta có: 
* Chú ý : Cũng tương tự như con lắc lò xo, với con lắc đơn ta cũng có hệ thức liên hệ giữa li độ, biên độ, tốc độ và tần số góc như sau:

Trong đó:  là hệ thức liên hệ giữa độ dài cung và bán kính cung.
4. Tốc độ và lực căng dây của con lắc đơn
Khi xét đến tốc độ và lực căng dây của con lắc đơn thì chúng ta xét trong trường hợp góc lệch của con lắc có thể rất lớn mà không phải là nhỏ hơn 100. Lúc này con lắc đơn dao động là dao động tuần hoàn chứ không phải là dao động điều hòa nữa.
a. Tốc độ của con lắc đơn
Xét tại một vị trí bất kỳ (góc lệch α), áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta được:

b. Lực căng dây (TL):
Từ phương trình: , chiếu vào phương của T ta được quỹ đạo là hình tròn, và gia tốc a đóng vai trò là gia tốc hướng tâm . Ta được:

Vậy ta có công thức tính tốc độ và lực căng dây của con lắc đơn như sau:

* Nhận xét:
Khi con lắc đi qua vị trí cân bằng (α = 0) thì khi đó cả tốc độ và lực căng dây đều đạt giá trị lớn nhất:

Khi con lắc đi qua vị trí biên (α = α0) thì khi đó cả tốc độ và lực căng dây đều đạt giá trị nhỏ nhất:

5. Năng lượng của con lắc đơn
5.1 Động năng của con lắc đơn
Wđ = 
5.2 Thế năng của con lắc (Chọn gốc thế năng tại VTCB và con lắc có li độ góc α)

5.3 Cơ năng của con lắc
W = +  = const
* Chú ý : Các công thức tính động năng, thế năng và cơ năng trên là những công thức tính chính xác với mọi giá trị của góc lệch α. Khi α nhỏ (α < 100) thì chúng ta có các công thức tính gần đúng giá trị của thế năng và cơ năng của con lắc như sau:
Vì: 
Khi đó: 
Động năng của con lắc đơn : Wđ = 
Thế năng của con lắc đơn : 
Do  nên ta có 
Cơ năng của con lắc đơn : 
- Đơn vị tính : W, Wd, Wt (J); α, α0 (rad); m (kg); .
* Ví dụ điển hình
+ Dạng 1:  Chu kỳ và tần số dao động của con lắc đơn
Ví dụ 1:  Một con lắc đơn có chu kỳ T = 2s. Nếu tăng chiều dài của con lắc thêm 20,5cm thì chu kỳ dao động mới của con lắc là 2,2s. Tìm chiều dài và gia tốc trọng trường g.
Hướng dẫn giải:
Gọi T và T’ là chu kỳ dao động của con lắc trước và sau khi tăng chiều dài.
Ta có:
 0,976 m
Thay vào công thức tính T ta có  9,632m/s2.
Ví dụ 2 : Hai con lắc đơn có hiệu chiều dài là 14cm. Trong cùng một khoảng thời gian con lắc thứ nhất thực hiện được 15 dao động thì con lắc thứ hai thực hiện được 20 dao động. Tính chiều dài  và chu kỳ T của mỗi con lắc. Lấy gia tốc trọng trường g = 10m/s2.
Hướng dẫn giải :
Ta có số dao động N và khoảng thời gian Δt mà các con lắc thực hiện được liên hệ với nhau theo phương trình: Δt = N.T
Theo bài ta có : 
Mà: 
Từ đó ta có: 
Với: 1,13s
Với 0,85s
+ Dạng 2: Tính tốc độ

Sponsor Documents