Giáo án Vật lý 12 bài 3: Con lắc đơn

Trường THPT Nguyễn Hữu Thận

Giáo án vật lý 12 Cơ bản

CON LẮC ĐƠN

A. MỤC TIÊU:
1. Kiến thức:
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn
- Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà, viết được công thức chu kỳ, thế năng,
động năng, cơ năng của con lắc lắc đơn
- Xác định được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn
- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng của con lắc khi dao động
- Lập được phương trình dao động điều hoà, phương trình vận tốc, gia tốc, từ các giả thuyết
của bài toán. Chú ý tìm pha ban đầu dựa vào điều kiện ban đầu.
2. Kỹ năng:
- Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do
- Giải được các bài toán đơn giản về dao động điều hoà.
3. Thái độ: Rèn luyện phong cách làm việc khoa học, độc lập nghiên cứu, tác phong lành mạnh
và có tính tập thể.
B. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
Con lắc đơn gần đúng.
2. Học sinh:
Ôn lại các khái niệm vận tốc và gia tốc trong chuyển động tròn đều, mômen quán tính, mômen
lực. Ôn lại kiến thức về dao động điều hoà.
C. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY: Nêu vấn đề
D.
1.
2.
3.

4.

TIẾN TRÌNH DẠY HỌC:
Ổn định lớp (...phút)
Bài cũ: (...phút) Câu hỏi 2, 3, 5, 6 trang 13-SGK
Bài mới:
Hoạt động 1 : (...phút)Tìm hiểu Cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho
vật m dao động
Hoạt động của Giáo viên - Học sinh
Nội dung
GV:
I. THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN
+ Nêu cấu tạo con lắc đơn ?
1. Cấu tạo
+ Cho biết phương dây treo khi con lắc cân Gồm:
bằng?
+ một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối
lượng m, treo ở đầu một sợi dây
+ sợi dây mềm không dãn có chiều dài l và có
+ Khi con lắc dao động thì quỹ đạo của nó là gì khối lượng không đáng kể.
và vị trí của nó được xác định bởi đại lượng
nào?


Trường THPT Nguyễn Hữu Thận

Giáo án vật lý 12 Cơ bản

+ Cách kích thích dao động ?
HS: Đọc SGK - trả lời các câu hỏi

Nhận xét
Q
GV: Nhận xét
- kết luận
HS: Ghi nhớ

kiến thức

2. Kích thích dao động
Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vị trí
cân bằng một góc rồi thả nhẹ

M
O

s s
0

Hoạt động 2 : (...phút) Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học
Hoạt động của Giáo viên - Học sinh
Nội dung
GV: Vẽ hình, mô tả trạng thái của con lắc đơn.
II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN
- Khi vật ở VTCB thì chịu tác dụng của các lực VỀ MẶT ĐỘNG HỌC
nào?
- Khi từ M thả vật bắt đầu chuyển động, bỏ qua ma sát
Q
thì vật chịu tác dụng các lực nào?



HS: Trọng lực và lực căng dây
- Lực nào làm vật chuyển động theo phương ngang, có
giá trị tính bằng công thức nào?
HS: P + T = m . a


T

O

x
M


P

- Khi vật ở vị trí M thì:
Vật
nặng
xác
định
bởi
cung
GV: Theo định luật II Newton phương trình +
� =s
chuyển động của vật được viết như
OM
r rthế nào?u
r

* Xác định hình chiếu của m a , P , và T trên + Vị trí dây treo xác định bởi góc: �
OQM =α
trục Mx?
- Các lực tácu
r dụng lên vật: ur
HS:  P sin  = m.at
Trọng lực P , lực căng dây T .
- Áp dụng
r định
ur urluật II Niu tơn:
ma = P +T
chiếu lên Mx:
GV: Hướng dẫn HS chứng tỏ con lắc không dao
động điều hòa!
Pt =mat= -Psin (3.1)
* GV thông báo: Với  �100 => sin =  = s/l. (3.1) cho thấy dao động của con lắc đơn không
Biến đổi biểu thức ra
phải dao động điều hòa
a = ω2.s.
(1)


Trường THPT Nguyễn Hữu Thận

Giáo án vật lý 12 Cơ bản

* Phương trình thu được giống phương trình nào  ms//+mgsin = 0
đã học?
Với góc lệch  bé thì sin =  = s/l
Suy ra: s//+(g/l)s = 0. Đặt 2 =g/l

* Nghiệm của phương trình (1)?
ta được: s//+2s = 0
(1)
* Phương trình góc lệch có dạng như thế nào?
Nghiệm của phương trình (1):
s = s0cos(t + ).
- Giáo viên giới thiệu đây là phương trình vi
phân bậc 2, nghiệm số của phương trình có dạng: Vậy: Dao động của con lắc đơn với góc lệch bé
là dao động điều hoà với
s = Acos(t + ).
GV: Cho HS thực hiện lệnh C1
HS: Trả lời C1
GV: Cho HS thực hiện C2
* Viết công thức tính chu kì của con lắc?
HS: Trả lời C2
Nhận xét
GV: Nhận xét - kết luận

T = 2π

Chu kỳ

Tần số : f =

1
1

T 2

l

g
g
l

HS: Ghi nhớ kiến thức
GV: Cho ví dụ yêu cầu HS vận dụng công thức
tính T, f
HS: Hoạt động nhóm tìm kết quả, đối chiếu với
nhóm khác
Hoạt động 3: (...phút) Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng
Hoạt động của Giáo viên - Học sinh

Nội dung
III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC
GV: Động năng của con lắc đơn được xác định ĐƠN VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG
như thế nào?
1. Động năng của con lắc đơn
* Biểu thức tính vận tốc của con lắc đơn?
1 2
W

mv
d
* Thay biểu thức vận tốc của con lắc đơn vào
2
biểu thức động năng?
1 2
HS: Wd  mv
2
v s '  s 0 ..Sin(t   )

1

2 2 2
Wđ = mω s sin (ωt + φ)
0
2
GV:* Thế năng của con lắc đơn là thế năng gì?
* Viết biểu thức tính thế năng trọng trường của
một vật?
* Xác định độ cao của vật?
* Từ đó suy ra biểu thức tính thế năng?
HS: Là thế năng trọng trường.
Wt = mgh

1
2 2 2
Wđ = mω s sin (ωt + φ)
0
2

(1)

2.Thế năng của con lắc đơn
Wt = mgh
Wt  mgl (1  cos  )

3. Cơ năng của con lắc đơn

(2)

Trường THPT Nguyễn Hữu Thận

Giáo án vật lý 12 Cơ bản

Wt  mgl (1  cos  )
GV: Biểu thức xác định cơ năng như thế nào?
Cơ năng của con lắc đơn?
HS: W = Wd + Wt

W  Wd  Wt 

1 2
mv  mgl (1  cos  )
2

Hoạt động 4: (...phút) Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do.
Hoạt động của Giáo viên - Học sinh
Nội dung
GV: Nêu công dụng của con lắc trong lĩnh vực
địa chất.
* Đưa một số ví dụ thực tế để thấy được công
dụng của con lắc
IV. ỨNG DỤNG: XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI
* Từ biểu thức xác định chu kỳ của vật rơi tự do TỰ DO
suy ra biểu thức xác định gia tốc rơi tự do?
- Từ biểu thức xác định thấy đo được l và đo được
l
42 l
T. Do đó ta xác định được g.

Từ: T = 2π
=> g  2
T
g
* Phân tích nguyên nhân dẫn đến gia tốc có thể
thay đổi ở những nơi khác nhau cùng độ cao?
=> Muốn đo g cần đo chiều dài (bằng thước) và
HS: Lắng nghe, tiếp thu kiến thức
chu kỳ của con lắc đơn (bằng đồng hồ bấm
42 l
giây).
g 2
T
HS có thể cùng cả lớp phân tích sự thay đổi của
gia tốc
5. Củng cố: (...phút)
- Các kiến thức trọng tâm tóm tắt ở cuối bài học trang 16.
- Câu hỏi từ 1 đến 3 - trang 17 - SGK.
6. Dặn dò: (...phút)
- Bài tập Từ 4 đến 6 - trang 17- SGK và bài tập sách bài tập.

RÚT KINH NGHIỆM
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................