Giáo án Vật lý 12 - VẬN TỐC, GIA TỐC, LỰC VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA pot

VẬN TỐC, GIA TỐC, LỰC VÀ NĂNG LƯỢNG
TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I MỤC TIÊU
 Viết được công thức của vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa.
 Vẽ được đồ thị biến thiên của vận tốc và gia tốc trong dao động điều
hòa theo thời gian.
 Dựa vào định luật II Niutơn, lập được công thức tính lực trong dao
động điều hòa.
 Chứng minh được dao động của con lắc đơn với biên độ nhỏ là dao
động điều hòa. Lập được công thức tính chu kì dao động của con lắc
đơn.
II CHUẨN BỊ
Giáo viên
 Một con lắc đơn có chiều dài dây thay đổi được từ 1m đến 0,25m.
 Một đồng hồ bấm đếm giây.
III GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC
1. Giúp HS ôn lại định nghĩa vận tốc tức thời, gia tốc tức thời và cách lấy
đạo hàm bậc nhất, bậc hai của hàm số sin và côsin.
2. Yêu cầu HS áp dụng công thức định nghĩa vận tốc tức thời và gia tốc tức
thời để tìm công thức vận tốc và gia tốc của dao động điều hòa (hiểu là vận
tốc và gia tốc tức thời).
3. Xác định lực trong dao động điều hòa.
Yêu cầu HS nhắc lại cách giải bài toán ngược : Biết gia tốc của
chuyển động, xác định lực tác dụng.
Yêu cầu HS tự lực áp dụng định luật II Niutơn cho trường hợp dao
động điều hòa để tìm công thức liên hệ giữa lực tác dụng với gia tốc rồi biến
đổi công thức đó để tìm mối liên hệ giữa lực tác dụng và li độ x (F = kx).
GV thông báo kết quả suy luận ngược : Nếu biết lực tác dụng lên vật
chuyển động có dạng F = kx thì có thể suy ra rằng chuyển động của vật là
dao động điều hòa.

4. Vận dụng để chứng minh dao động của con lắc đơn với biên độ nhỏ là dao
động điều hòa.
GV cần lưu ý giúp HS nhớ lại công thức tính góc  ra rađian
Cung
s
$

( =

Bán kính R

)

so sánh với cách tính gần đúng tg =
s
R
để áp dụng vào trường hợp con lắc
đơn.
GV nên làm thí nghiệm biểu diễn chứng tỏ chu kì dao động của con
lắc đơn không phụ thuộc khối lượng quả nặng và tỉ lệ với căn bậc hai của
chiều dài l.
5. Khảo sát sự biến đổi năng lượng trong dao động điều hòa. Dựa vào thí
nghiệm với con lắc đơn, giúp HS nhận biết được rằng muốn cho con lắc dao
động thì đầu tiên cần cung cấp cho nó thế năng ban đầu để đưa nó ra khỏi vị
trí cân bằng. Sau đó thả cho con lắc tự do, nó dao động. Trong quá trình dao
động, thế năng được biến đổi thành động năng và ngược lại.
Quan sát con lắc đơn dao động trong một số chu kì đầu có thể nhận
thấy rằng, sau mỗi chu kì nó luôn luôn đạt đến biên độ bằng biên độ ban đầu,
có nghĩa là cơ năng được bảo toàn. Do có ma sát nên biên độ giảm dần, cơ
năng giảm dần.

TỔNG HỢP CÁC DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I MỤC TIÊU
 Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ vectơ.
 Biết áp dụng phương pháp giản đồ vectơ để tìm dao động tổng hợp
của hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số.
II CHUẨN BỊ
Học sinh
Ôn lại quy tắc tổng hợp hai vectơ đồng quy.
III GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC
1. Tìm hiểu phương pháp giản đồ vectơ, còn gọi là cách vẽ Frenen.
GV hướng dẫn HS lập phương trình chuyển động của hình chiếu P
của một điểm M chuyển động tròn đều với vận tốc góc  trên một vòng tròn
bán kính A lên một trục Ox đi qua tâm vòng tròn. Kết quả tính là :
x =

OP
= Acos(t + ) (1)
Yêu cầu HS nhận biết dạng chuyển động của P, ý nghĩa của các đại
lượng A, ,  trong phương trình chuyển động (1).
GV thông báo : Dựa vào phép tính trên, Frenen đề ra phương pháp
biểu diễn mỗi dao động điều hòa có phương trình x = Acos(t + ) bằng
một vectơ quay
A
ur
có độ dài A, quay quanh điểm O với vận tốc góc  và có
vị trí ban đầu lập với trục Ox một góc .
2. Áp dụng phương pháp vectơ quay để tìm dao động tổng hợp của hai
dao động điều hòa có cùng chu kì, trên cùng một đường thẳng và khác
pha.
 GV giới thiệu cách làm theo trình tự sau :
+ Vẽ hai vectơ quay
1 2
,
A A
ur ur
biểu diễn hai dao động trên cùng một hình
vẽ.
+ Vẽ vectơ tổng hợp
1 2
A A A
 
ur ur ur
theo quy tắc hình bình hành.
+ Vectơ
A

ur
sẽ biểu diễn dao động tổng hợp. Cần xác định biên độ A,
tần số góc  và pha ban đầu  của dao động tổng hợp.
 Tần số góc . Yêu cầu HS nhận xét xem nếu hai vectơ
1
A
ur
và
2
A
ur

quay với cùng một vận tốc góc thì hình dạng của hình bình hành tổng hợp
vectơ có thay đổi không? Từ đó suy ra vận tốc góc của vectơ tổng hợp
A
ur
so
với vận tốc góc  của các vectơ thành phần.
 Hướng dẫn HS áp dụng công thức tính cạnh của một tam giác để
tính độ lớn của A.
 GV trình bày cách tính tg.
Kết luận chung : Dao động tổng hợp được biểu diễn bằng vectơ quay
cũng là một dao động điều hòa có cùng tần số với các dao động thành phần
và có biên độ A tính bằng công thức :
A
2
=
2 2
1 2 1 2 1 2
2 cos( )

A A A A
 
  

Và có pha ban đầu  tính bằng công thức :
tg =
1 1 2 2
1 1 2 2
sin sin
cos cos
A A
A A
 
 

