Giáo án Vật lý 12 nâng cao - TIẾT : 15-16-17 BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA pps

Giáo án Vật lý 12 nâng cao - TIẾT : 15-16-17
BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
I. MỤC TIÊU :
1.Kiến thức
- Hệ thống được các kiến thức đã học: DĐĐH, con lắc đơn,
con lắc lò xo, năng lượng của vật DĐĐH.
2.Kỹ năng
- Vận dụng giải các bài tập về dao động điều hoà: con lắc lò
xo, con lắc đơn.
II. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
- Các bài tập trong SGK và SBT.
2. Học sinh: - Ôn lại dao động điều hoà, con lắc đơn, con
lắc lò xo.
III. KIỂM TRA BÀI CŨ:
IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC :

HĐ CỦA GIÁO
VIÊN
HĐ CỦA HỌC
SINH
NỘI DUNG
-Yêu cầu HS lên
bảng giải bài tập
1.
- HD HS giải bài.

- Lưu ý: Khi nào
vật DĐĐH ? Tìm
biểu thức hợp lực
sao cho có dạng

F = - kx, với k là
biểu thức gồm 1
hay nhiều đại
lượng. Sau đó áp
dụng ĐL 2
Newton sẽ chứng
minh được vật
DĐĐH.
-Yêu cầu HS
-Lên bảng tóm
tắt đầu bài và
trình bày bài
giải

-Lắng nghe và
ghi nhớ.







-Nhận xét bài
giải của bạn.
Bài tập 1
Chứng tỏ phù kế nổi trong chất
lỏng có thể dao động điều hoà
theo phương thẳng đứng.
Giải

-Có hai lực tác dụng lên phù kế:
Trọng lực P, lực đẩy Acsimet F
-Chọn trục Ox hướng lên,gốc O
là giao điểm của điểm M trên vật
với mặt thoáng. Kéo vật lên để
M cách mặt thoáng một đọan z
rồi thả cho dao động.
-Chọn gốc thời gian lúc thả vật.
-Tại vị trí cân bằng : P = F
0
=
gsz
0
-Tại ly độ z:
P F ma
- + =

nhận xét bài giải
trên bảng của
bạn.
- Nhận xét bài
làm của HS, sửa
bài.

-Yêu cầu HS lên

-Theo dõi, lắng
nghe và ghi
chép.











-Lên bảng tóm
tắt đầu bài và
trình bày bài
0
P gs(z z) ma
- + r - = hay
gs
z'' z 0
m
r

+ =

-Vậy vật DĐĐH với
m
gs
 .
Bài tập 2
Một chất điểm dao động điều
hoà theo phương trình:
).cm)(tcos(,x
2
1052


a) Vào thời điểm nào thì pha dao
động đạt giá trị
6
5

, lúc ấy li độ x
là bao nhiêu?
b) điểm M qua vị trí x = 2,5cm
vào những thời điểm nào? Phân
biệt những lần đi theo chiều
dương và chiều âm.
c) Tìm tốc độ trung bình của
điểm M trong một chu kỳ dao
động.
Giải
bảng giải bài tập

2.
- HD HS giải bài.

-Pha của dao
động là gì, ý
nghĩa của nó như
thế nào ?
-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.
- Lưu ý: phương
trình lượng giác
cosx = , nghiệm
x =   + 2k.



-Khi nào vận tốc
của vật có giá trị
giải

- Thảo luận và
trả lời.


-Nhận xét câu
trả lời của bạn.
-Lắng nghe và
ghi nhớ.

- Thảo luận và
trả lời.

a. Ta có:
5
(10 t )
2 6
p p
p + = do đó:
5 1 1
t s
6 2 10 30
æ ö
p p
÷
ç
= - =
÷
ç
÷
ç
è ø
p

Lúc đó
5

x 2,5cos 2,16cm
6
p
= = -
b. Ở vị trí x = 1,25 cm
1,25 2,5cos(10 t )
2
p
= p +
1
cos(10 t )
2 2
p
® p + =

(10 t ) 2k
2 3
p p
® p + = ± + p
Với t >0 và k
nguyên.
-Vận tốc của vật :
v Asin( t ) 25 sin(10 t )
2
p
= - w w + j = - p p + > 0
- Vật đi theo chiều dương khi
sin(10 t )
2
p

p + > 0
do đó
(10 t ) 2k
2 3
p p
p + = - + p
và vào
những thời điểm
5 k
t
60 5
= - +

- Vật đi theo chiều dương khi
dương, âm ?
-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.

-Điều kiện của t
và k là gì ?


-Quãng đường
vật đi được trong
một chu kỳ dđ
được tính như
thế nào ?
-Yêu cầu HS
n.xét bài giải trên

bảng của bạn.
- Nhận xét bài
làm của HS, sửa
-Nhận xét câu
trả lời của bạn.

- Thảo luận và
trả lời.
-Nhận xét câu
trả lời của bạn.

- Thảo luận và
trả lời.


-Nhận xét câu
trả lời của bạn.
-Theo dõi, lắng
nghe và ghi
chép.

sin(10 t )
2
p
p + < 0
do đó
(10 t ) 2k
2 3
p p
p + = + p

và vào
những thời điểm
1 k
t
60 5
= - +
.
c. Tốc độ trung bình trong một
chu kỳ.
s
v
t
=

với s = 4A = 4.2,5 =10 cm,
2
T 0,2s
p
= =
w

do đó
v 50cm/s 0,5m /s
= =
Bài 3
Một con lắc lò xo gồm một vật
nặng có khối lượng m = 0,4kg
gắn vào đầu một lò xo có độ
cứng
k = 40N/m. Vật nặng ở VTCB.

Dùng búa gõ vào quả nặng,
truyền cho nó vận tốc ban đầu
bằng 20 cm/s.
bài.










-Yêu cầu HS lên
bảng giải bài tập
2.
- Để viết phương
trình dao động ta
phải xác định
những gì ?

- Thảo luận và
trả lời.


a) Viết phương trình dao động
của vật nặng.
b) Muốn cho biên độ dao động
bằng 4cm thì vận tốc ban đầu
truyền cho vật là bao nhiêu?
Giải
a/ Phương trình dao động:
x Acos( t )
= w + j

với tần số góc
k
10rad/s
m
w= =
Chọn gốc thời gian t = 0 lúc gõ
búa vào vật nặng ở vị trí cân
bằng và chiều dương của trục x
là chiều vận tốc ban đầu thì: t =
0, x = 0, v = 0,2 m/s.
0 Acos cos 0
2

p
® = j ® j = ® j = ±
vật đi
theo chiều d
ương nên
v x' Asin 0
= = - w j >

hay
sin 0
j <
do đó
2
p
j = -

-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.
- Điều kiện ban
đầu của dao động
được xác định
như thế nào ?
-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.
- HD HS giải bài.

- Nhận xét bài
làm của HS, sửa
bài.


-Nhận xét câu
trả lời của bạn.
- Thảo luận và
trả lời.
-Nhận xét câu
trả lời của bạn.
-Giải bài theo
hướng dẫn.

-Theo dõi, lắng
nghe và ghi
chép.






-Tại VTCB thì
v 0,2
v A A 0,02m 2cm
10
= w ® = = = =
w

Vậy ptdđ:
x 2cos(10 t )cm
2
p
= p -
b/ Muốn biên độ A = 4 cm thì
v A 10.4 40cm/s 0,4m/s
= w = = =
Bài tập 4:
-Nhà du hành ngồi vào dụng cụ
đo khối lượng là một cái ghế lắp
vào đầu một lò xo, đầu kia của lò
xo gắn vào một điểm trên tàu,
cho ghế dao động và đo chu kỳ
dao động của ghế. Khối lượng
của ghế là m , khối lượng nhà du
hành là M.
a/ Chứng minh rằng :
2
2
k
M m T
4
+ =
p

2
2
k 2 k
M m T

M m T 4
p
w= = ® + =
+ p





-Tần số góc của
dụng cụ đo được
xác định ntn?
-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.
-Hướng dẫn học
sinh giải bài.

-Nhận xét và sửa
bài.



- Thảo luận và
trả lời

-Nhận xét trả lời
của bạn.
-Giải bài theo
hướng dẫn.

-Theo dõi, lắng
nghe và
ghichép.







(ĐPCM)
b/ Khối lượng của ghế khi không
có người M = 0
2 2
2 2
k 605,6
m T (0,90149) 12,47kg
4 4(3,1416)
= = =
p

c/ Khối lượng nhà du hành
2
2
605,6
M (2,08832) 12,47 54,43kg
4(3,1416)
= - =

Bài 5.
Một con lắc đếm giây ( tức là có
chu kỳ 2 giây ) ở nhiệt độ 0
0
C và
nơi có gia tốc trọng trường
9,81m/s
2
.
a) Tính độ dài con lắc.
b) Tìm chu kỳ của con lắc ở
cùng vị trí ấy và nhiệt độ 25
0
C,
biết hệ số nở dài của dây treo
con lắc là  = 1,2.10
-5
.độ
-1
.
c) Đem đồng hồ quả lắc (dùng
con lắc đếm giây trên) chạy đúng

-Yêu cầu học
sinh giải câu a.
-Chiều dài dây
treo phụ thuộc
vào nhiệt độ như
thế nào ?
-Yêu cầu HS






-Học sinh lên
bảng giải.

- Thảo luận và
trả lời


-Nhận xét trả lời
của bạn.

-HS lên bảng
viết.
ở 0
0

C. Khi ở nhiệt độ là 25
0
C thì
đồng hồ chạy nhanh, hay chạy
chậm. Mỗi ngày nhanh chậm bao
nhiêu?
Giải
a/ Áp dụng CT:
2
2
0 0
0 0
2 2
l T g 9,81.2
T 2 l 0,995m
g 4 4.3,14
= p ® = = =
p

b/ Chu kỳ dao động ở 0
0

0
0
l
T 2
g
= p

Chu kỳ dđ ở 25

0
C
0
l (1 t)
l
T 2 2
g g
+ a
= p = p

1
2
0
T
(1 t)
T
= + a
<< 1 áp dụng CT
gần đúng ta có:
5
0
1,25.10
T T (1 t) 2(1 .25) 2,0003s
2 2
-
a
® = + = + =

c/ Số dđ mà đồng hồ chạy đúng
ở 0

0
C phải thực hiện trong một
nhận xét câu trả
lời của bạn.
-Viết biểu thức
tính chu kỳ của
con lắc ở 0
0
C,
25
0
C.
-Công thức gần
đúng:
 n
n
11 ,với 
<< 1. n là một số
bấtkỳ.
-Khi nào đồng hồ
chạy chậm,
nhanh ?
-Yêu cầu HS
nhận xét câu trả
lời của bạn.
- Giải thích để
HS hiểu cách


-Lắng nghe và

ghi nhớ.

- Thảo luận và
trả lời

-Nhận xét trả lời
của bạn.
-Theo dõi, lắng
nghe và
ghichép.

ngày đêm ( t = 86400 s ) với chu
kỳ T
0
là
0
t
N
T
=
0
t NT
® = . Ở 25
0
C
chu kỳ dđ của con lắc đó là T >
T
0
nên thời gian đồng hồ đã chỉ
là t’ = NT > T

0
vì vậy đồng
hồ chạy chậm . Thời gian chạy
chậm sau một ngày đêm là:
0
t t ' t N(T T )
D = - = -
( )
t 2,0003 2 86400 25,92s
D = - =
tính thời gian
đồng hồ chạy
nhanh hoặc chậm
sau một ngày
đêm.

IV. CỦNG CỐ – DẶN DÒ:
-Yêu cầu HS về xem lại bài, tham khảo các bài tập về dao
động điều hoà: con lắc lò xo, con lắc đơn trong sách bài tập
vật lý 12 nâng cao.