Bài giảng vật lý 12 bài 1 dao động điều hòa

Bài 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12_CB
GIÁO VIÊN: TRẦN VIẾT THẮNG
TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN TN
Chương 1: DAO ĐỘNG CƠ
BÀI 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
1. Dao động cơ.
2. Phương trình dao động điều hòa.
3. Chu Kỳ, tần số , tần số góc trong dao động điều hòa.
4. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa.
5. Đồ thị trong dao động điều hòa.
I
I
–
–
DAO
DAO
Đ
Đ
Ộ
Ộ
NG C
NG C
Ơ
Ơ
:
:
*
X
X
é

é
t chuy
t chuy
ể
ể
n
n
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng

mà vật chỉ chuyển động trong
vùng không gian xác định, đi đi lại lại nhiều lần quanh
VTCB.
* Xét chuyển động mà cứ sau những khoảng thời gian
bằng nhau vật lặp lại vị trí như cũ.
I. DAO ĐỘNG CƠ
1. Thế nào là dao động cơ?
Là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều
lần quanh một vị trí cân bằng.
2. Dao động tuần hoàn.
Là dao động mà sau những khoảng thời gian (ngắn nhất) bằng
nhau, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ.
x
o

C

M
0

M
t
t+
- Xét một chất điểm M chuyển động
tròn đều trên một đường tròn tâm O,
bán kính A, vận tốc góc .
Ví dụ:
- Gọi P là hình chiếu của M lên Ox.
- Ban đầu vật ở vị trí M
o
, xác định
bởi góc .
- Ở thời điểm t, vật ở vị trí M
,
xác
định bởi góc (t + ).
P
1
P
)cos(

 tAx
Tọa độ x = OP của điểm P có phương trình:
-A
-A
A
A x

3.
3.


Đ
Đ
ị
ị
nh ngh
nh ngh
ĩ
ĩ
a dao
a dao
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng
đ
đ
i
i
ề
ề
u h
u h
ò
ò

a
a:
Dao động điều hòa là dao động mà li độ của vật được mô tả bằng
định luật dạng cosin (hay sin) đối với thời gian.
.
PT dao
PT dao
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng
đ
đ
i
i
ề
ề
u h
u h
ò
ò
a v
a v
à
à
c
c
á

á
c
c
đ
đ
ạ
ạ
i l
i l
ư
ư
ợ
ợ
ng
ng
đ
đ
ặ
ặ
c tr
c tr
ư
ư
ng:
ng:
Phương trình dđđh: x = Acos(t + )
3. Phương trình: Phương trình của dao động điều hòa
)cos(

 tAx

x : Li độ dao động (m, cm…): tọa độ của vật ở thời điểm t.
A: Biên độ dao động, độ lệch cực đại so với VTCB (gốc 0)
là x
max
( A > 0) (m, cm…)
: Tần số góc (rad/s) ( > 0)
t + : Pha dao động (rad) cho biết trạng thái dđ của vật ở
thời điểm t.
: Pha ban đầu, có thể dương hoặc âm (rad) cho biết trạng
thái của vật ở thời điểm t = 0 (ban đầu) || 
Với:
III. CHU KỲ, TẦN SỐ, TẦN SỐ GÓC
CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA:
1. Chu kì và tần số
- Chu kì (T) là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao
động toàn phần. Đơn vị là (s)
- Tần số (f) là số dao động toàn phần thực hiện được trong
một giây. Đơn vị là Héc (Hz).
- Tần số là đại lượng nghịch đảo của chu kì
2. Tần số góc
- Trong dao động điều hoà  gọi là tần số góc. Đơn vị là
rad/s.
f
T



2
2


T
f
1

1
2
f
T


 


21

f
T
IV. VẬN TỐC VÀ GIA TỐC TRONG DAO ĐỘNG
ĐIỀU HÒA
1.Vận tốc (v) là đạo hàm của li độ x theo thời gian:
v = x’ = -Asin(t +)= Acos(t + + /2)
Vận tốc đạt các giá trị:
+ cực đại v
max
= A khi: |-sin(t +) | = 1
suy ra cos(t +) = 0 hay x = 0 trùng VTCB.
+ v
min
= 0 khi sin(t +) = 0
suy ra cos(t +) = 1 nên x =  A (vị trí biên)

2. Gia tốc (a) là đạo hàm của vận tốc nên:
a = x’’ = - 
2
x Vì vậy
a
max
= 
2
A khi x = A a
min
= 0 khi x = 0.
V. So s
V. So s
á
á
nh dao
nh dao
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng
đ
đ
i
i
ề
ề
u h

u h
ò
ò
a v
a v
à
à
d
d
đ
đ
tu
tu
ầ
ầ
n ho
n ho
à
à
n:
n:
- Ta thấy dđ tuần hoàn là dđ có đặc điểm:
x
t
= x
t+T
Nhận xét: DĐ điều hòa là DĐ tuần hoàn nhưng dao động tuần
hoàn thì không hoàn toàn là dđđh.
6.
6.

Đ
Đ
ộ
ộ
l
l
ệ
ệ
ch pha gi
ch pha gi
ữ
ữ
a 2 dao
a 2 dao
đ
đ
ộ
ộ
ng
ng
đ
đ
i
i
ề
ề
u h
u h
ò
ò

a c
a c
ù
ù
ng t
ng t
ầ
ầ
n s
n s
ố
ố




:
:
x
1
= Acos(t + 
1
); x
2
= Acos(t + 
2
);
 = (t + 
2
) - (t + 

1
) = 
2
- 
1

Nếu  = 
2
- 
1
> 0 ta nói dđ(2) nhanh pha hơn dđ(1) góc 
hoặc dđ(1) trễ pha hơn dđ(2) góc .
Nếu  =2k ( = 0): thì ta nói 2 dđ cùng pha với nhau.
 = : 2 dđ ngược pha.  = /2: 2 dđ vuông pha.
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
)cos(

 tAx
A
t
0
x
A
2
T
T
3
2
T
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

)cos(

 tAx
A
t
0
x
A
2
T
T
3
2
T
t 0 T/4 T/2 3T/4 T
x A 0 -A 0 A
v 0 -A 0 A 0
a -A
2
0 A
2
0 A
2

v = x’ = -Asin(t +)= Acos(t + + /2)
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
)cos(

 tAx
x

v
a
t
t
t
T
O
O
O
A
-A
A
-A
-A
2
A
2
t 0 T/4 T/2 3T/4 T
x A 0 -A 0 A
v 0 -A 0 A 0
a -A
2
0 A
2
0 -A
2

v = x’ = -Asin(t +)
= Acos(t + + /2)
a = x’’ = - 

2
x
T/4
3T/4
T/2
2 2
2
3
2
52
3
2
7
4
2
9
5
1
1
6 1
3
2
v
mi
n
=
0
a
m
ax

=
A
2

v
mi
n
=
0
a
m
ax
=
A
2

v
max
=A

A
min
=
0
-A O A
Li độ
Vận tốc
Gia tốc
Gia
tốc

Vận
tốc
Li
độ

T

T
T
2
(
r
a
d
)
c
o
s
s
i
n
t
(
s
)



t
a

m
ax
a
m
ax
v
m
ax
v
m
ax
-A
A
O
Minh họa
Đồng hồ
4342414039383736353433323130292827262524232221201918171615141312111098765432
1
2 22
3
2
52
3
2
7
4
2
9
5
11

6 13
2

t
v
min
= 0
a
max
=
A
2

v
min
= 0
a
max
=
A
2

v
max
=A

A
min
=0
-A O A

Li độ
Vận tốc
Gia tốc
Gia tốc
Vận tốc
Li độ
T

T
T
2
(rad)
cos
sin
t(s)



t
a
max
a
max
v
max
v
max
-A
A
O

Minh họa