CON LẮC ĐƠN - CON LẮC VẬT LÍ pdf

C
C
O
O
N
N


L
L
Ắ
Ắ
C
C


Đ
Đ
Ơ
Ơ
N
N


-
-


C
C
O

O
N
N


L
L
Ắ
Ắ
C
C


V
V
Ậ
Ậ
T
T


L
L
Í
Í
.
.


I.Mục tiêu:

1) Kiến thức:
- Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc
vật lí.
- Củng cố kiến thức về DĐĐH.
2) Kĩ năng:
- Nắm vững những công thức về con lắc và vận dụng trong những bài toán đơn giản.
II.Chuẩn bị:
1) Giáo viên:
- Chuẩn bị một con lắc đơn và một con lắc vật lí để HS quan sát trên lớp. Nên chuẩn bị
con lắc vật lí bằng bìa hoặc tấm gỗ phẳng, trên mặt có đánh dấu khối tâm G và khoảng
cách OG từ trục quay đến khối tâm G.
- Nhắc HS ôn tập về chuyển động quay của vật rắn từ tiết trước.
2) Học sinh:
- Ôn tập các khái niệm: vận tốc, gia tốc trong chuyển động tròn; momen quán tính,
momen của lực đối với một trục; phương trình chuyển động của vật rắn quay quanh một
trục.
III. Tổ chức các hoạt động dạy học:
Tiết 1. CON LẮC ĐƠN.
Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra:
-Dùng hai câu trắc nghiệm phát cho các nhóm chuẩn bị.
-Nêu một bài toán với nội dung áp dụng công thức tính T, f của con lắc lò xo. Kiểm tra
bài tập HS chuẩn bị ở nhà.
Hoạt động 2. Tìm hiểu Qui luật dao động của con lắc đơn (35’)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
*Cho HS quan sát hình 7.1a
Hướng dẫn HS tìm hiểu cấu
tạo của con lắc đơn.
H
1
.(Quan sát hình vẽ) Cho

Biết con lắc đơn là gì?
H
2
. Vị trí cân bằng của con
lắc đơn là vị trí nào? Vật
nặng chuyển động thế nào?


-Vẽ hình 7.2, chỉ rõ hai lực
P
ur
và
R
ur
tác dụng lên vật ở
vị trí bất kì. Nêu câu hỏi
hướng dẫn.
Quan sát hình 7.1a. Một HS
mô tả cấu tạo.

-Một hS định nghĩa VTCB
và mô tả chuyển động của
vật nặng nếu được đưa ra
khỏi VTCB.


-Vẽ hình 7.2 SGK.
Thảo luận, trả lời câu hỏi gợi
I. Dao động của con lắc đơn.
1)Con lắc đơn.

-Hệ gồm vật nặng có kích thước
nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu sợi
dây không dãn có độ dài l, khối
lượng không đáng kể.
-Vị trí cân bằng (hình vẽ) vật nặng
ở vị trí O thấp nhất (dây thẳng
đứng)
-Dao động trên Câung
¼
AOB
nếu
được đưa đến A và thả tự do:
»
0
OA s



2) Phương trình ĐLH:

H
3
. Vật nặng chịu tác dụng
của những lực nào?Phân
tích tác dụng của những lực
đó.
-Cần nhấn mạnh điều kiện
khảo sát chuyển động:

¼

1; :
s l OM

 
là đoạn
thẳng.

H
4
. Theo định luật II
Niutơn pt chuyển động của
vật được viết như thế nào?
Hãy thực hiện những Bàiến
đổi xác định Biểu thức tính
độ lớn gia tốc của vật.

H
5
. Nếu chọn li độ góc 
để xác định vị trí của vật
nặng, hãy viết lại pt:
" 0
g
s s
l
 
. Hãy nhận xét
dạng các Biểu thức trên.

ý.

-Thiết lập pt (7.5a) như SGK
bằng cách thảo luận nhóm và
cá nhân thực hiện.










Vật nặng ở vị trí bất kì M:
¼
OM s

: li độ cong.
¼
OQM


: li độ góc.
Chiều dương tính  và s: chiều từ
O đến A.
s l



với
¼
1
s l
OM OM










-Lực tác dụng:
P
ur
: thẳng đứng.
R
ur
: hướng theo MQ.
-Phân tích
n t
P P P
 
ur uur ur

n ht
P R F

 
uur ur uur
giữ cho vật chuyển
động trên quỹ đạo tròn.
t
P
ur
: gây ra dao động của vật quanh
O.
sin
t
s
P mg mg
l

   
(1)
-Phương trình chuyển động:



-Cho HS ghi nhận thêm pt
(7.3b) và (7.5b) SGK để HS
hiểu được: vị trí của vật có
thể xác định bằng s và .

H
6
. (So sánh với pt của
CLLX

x”+
2
x=0) thì phương trình

s”+
2
s =0 có nghiệm thế
nào?
Nhận xét gì về dao động
của CLĐ với góc lệch nhỏ?

H
7
. Có thể tính chu kì dao
động của CLĐ bằng công
thức nào?
-Giới thiệu sơ lược về ứng
dụng dao động của CLĐ.

-Thảo luận nhóm, lập pt
(7.3b) và pt (7.5b)





-HS trả lời câu hỏi bằng cách
dựa vào nghiệm của pt
x” + 
2

x = 0 có dạng:


cosx A t
 
 

Và kết luận dao động của
CLĐ là dao động điều hòa.
-HS đọc SGK tìm hiểu với
cách kích thích dao động
(SGK) để có:
0
cos
t
  

hay
0
cos
s s t



"
t
P ma ms
 
(2)
(1) và (2):

" 0
g
s s
l
 
(*)
Với
g
l



(*)  s” + 
2
s =0
Nghiệm pt có dạng:


0
coss s t
 
 
hoặc:


0
cos t
   
 

-Chu kì của dao động nhỏ (Với
rad1


)
2
2
l
T
g



 

Hoạt động 3. (5’) Củng cố:
GV: Giới thiệu bài toán 4 SGK trang 40. Hướng dẫn HS:
+ Viết Biểu thức tính chu kì của hai con lắc với chiều dài l
1
và l
2

(Chú ý: gia tốc hai trường hợp bằng nhau).
+ Lập tỉ số hai chu kì, tìm kết quả.
HS: Luyện tập và trình bày kết quả.

Tiết 2. CON LẮC VẬT LÍ – HỆ DAO ĐỘNG.
Hoạt động 1. (15’) Lập phương trình ĐLH của CLVL.
Yêu cầu HS quan sát hình

vẽ 7.3. Nêu câu hỏi gợi ý:
H
1
. Con lắc vật lí là gì?
GV vẽ hình 7.3. Giới thiệu
chi tiết trên hình vẽ. Yêu
cầu HS đọc SGK để xem
cách xây dựng các công
thức 7.12 và 7.13 sau khi
yêu cầu HS trả lời tiếp các
câu hỏi.
H
2
. Lực nào gây ra dao
động của con lắc? Momen
của lực đối với trục quay
xác định bằng Biểu thức
-Quan sát hình vẽ, phát
Biểu định nghĩa CLVL.




-Đọc SGK, tìm hiểu cách
lập các công thức.


1)Con lắc vật lí:
a)Định nghĩa: Con lắc vật lí là một
vật rắn quay được quanh một trục

nằm ngang cố định.
b)Phương trình dao động:
Với
rad1


thì


0
cos t
   
 

+Tần số góc:
mgd
I



d = QG: khoảng cách từ trục quay
đến khối tâm.
I: momen quán tính.
nào?
H
3
. Viết pt ĐLH cho
chuyển động quay của
CLVL.

-Ghi nhận các công thức
7.11; 7.12 và 7.13.
+Chu kỳ
2
I
T
mgd



Hoạt động 2. (20’) Tìm hiểu về HỆ DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG TỰ DO.
-Phân tích lại dao động của
CLLX; CLĐ (CLVL) cùng
với TĐ yêu cầu HS tìm hiểu:
tác dụng của mỗi vật trong
hệ.
-Giới thiệu thế nào là hệ dao
động và dùng câu hỏi gợi ý
sau để giới thiệu dao động tự
do.
? Với CLLX và CLĐ, lực
kéo về là lực đàn hồi và
trọng lực. Có nhận xét gì về
hai lực ấy đối với mỗi hệ
vật.
-Có thể phân tích thêm
trường hợp CLLX dao động
thẳng đứng để thấy
kv
F

uur
có
thể là hợp lực
dh
P F

ur uuur
vẫn
Thảo luận nhóm, tìm hiểu:
*Với CLLX:
-Vật nặng: dao động quanh
VTCB.
-Lò xo: tạo ra lực kéo về
gây ra dao động của vật.
*Phát Biểu định nghĩa hệ
dao động.


*Thảo luận nhóm, tìm hiểu:
lực kéo về là nội lực của hệ.


+Phát Biểu định nghĩa dao
2) Hệ dao động:
-Là hệ vật gồm vật dao động cùng
với vật tác dụng lực kéo về lên vật
dao động.

-Dao động của hệ xảy ra dưới tác
dụng chỉ có nội lực gọi là dao
động tự do hoặc dao động riêng.

-Tần số góc của hệ dao động tự do
gọi là tần số góc riêng của hệ ấy.
là nội lực. động tự do.
Hoạt động 3. (10’) Củng cố - Dặn dò:
1) GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 1 (câu hỏi khó, nên gợi ý để HS so sánh)
-Dao động của CLVL quanh VTCB là dao động quay. Mọi điểm của con lắc đều quay quanh
cùng một trục với cùng một góc quay  cùng tốc độ góc ’ và gia tốc góc ”.
-Trong dao động điều hòa quay, góc quay Bàiến đổi theo thời gian; trong dđđh tịnh tiến li độ dài
Bàiến đổi theo thời gian. Tất cả đều Bàiến đổi theo pt có dạng hàm cos hoặc sin theo t.
2) Giới thiệu thêm sự Bàiến thiên T của CLĐ theo nhiệt độ. Yêu cầu HS chuẩn bị các bài tập
2.33; 2.35 SBT và tất cả bài tập của SGK.
3) Ôn tập lại hai dạng năng lượng: thế năng và động năng.