Giáo án Vật lý 12 bài 3: Con lắc đơn

 Giáo án Vật Lý 12 – Chương trình chuẩn – Học kì 1
CON LẮC ĐƠN
I. MỤC TIÊU
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa.
- Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn, công thức tính thế năng,
cơ năng của con lắc đơn
- Xác định được lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn.
- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc
khi dao động.
- Nêu được ứng dụng của con lắc trong việc xác định gia tốc rơi tự do.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên: Con lắc đơn.
2. Học sinh: Ôn tập kiến thức về phân tích lực.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1 (10 phút): Tìm hiểu con lắc đơn.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
I. Thế nào là con lắc đơn?
Giới thiệu con lắc
1. Cấu tạo
đơn.
Vẽ hình.
Gồm một vật nhỏ, khối lượng m,
Yêu cầu học sinh
Nêu cấu tạo của con lắc treo vào ở đầu một sợi dây không
nêu cấu tạo của con lắc đơn.
dãn, có chiều dài l, có khối lượng
đơn.
không đáng kể.
Yêu cầu học sinh xác

2. Nhận xét
định vị trí cân bằng của
Xác định vị trí cân bằng
Vị trí cân bằng là vị trí mà dây
con lắc đơn.
của con lắc đơn.
treo có phương thẳng đứng.
Cho con lắc đơn dao
Quan sát và nhận xét về
Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo
động.
chuyển động của con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng một góc
đơn.
rồi thả ra ta thấy con lắc dao động
xung quanh vị trí cân bằng.
Hoạt động 2 (15 phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
II. Khảo sát dao động của con lắc
đơn về mặt động lực học
1. Phương trình chuyển động
Vẽ hình
Vẽ hình.
Vị trí của vật m được xác định
3.2.
bởi li độ góc  hay bởi li độ cong
Yêu cầu
s = l ( tính ra rad). Chọn chiều
học

sinh
Xác định các lực tác dương như hình vẽ.
xác
định
dụng lên vật nặng.
Vật chịu tác dụng của hai lực:


các lực tác
Trọng lực P và sức căng T .
dụng
lên

vật nặng.
Viết biểu thức định luật Theo định luật II Newton: m a =


II Newton.
+T
P
Yêu cầu học sinh viết


 Giáo án Vật Lý 12 – Chương trình chuẩn – Học kì 1
biểu thức định luật II
Newton.

Xác định lực kéo về.

Chiếu lên phương tiếp tuyến với

quỹ đạo ta có: ma = Pt = Cho biết tại sao khi  mgsin.
lớn thì dao động của con
Thành phần Pt = - mgsin của
lắc đơn không phải là dao trọng lực là lực kéo về.
động điều hòa.
Với  lớn (sin  ) dao động
của con lắc đơn không phải là
Thực hiện C1.
dao động điều hòa.

Yêu cầu học sinh xác
định lực kéo về.
Yêu cầu học sinh cho
biết tại sao khi  lớn thì
dao động của con lắc đơn
không phải là dao động
s
Với  < 100 (sin   = ) thì:
điều hòa.
l
Yêu cầu học sinh thực
s
g
ma = - mg  a = - s.
hiện C1.
l
l
Dẫn dắt để đưa đến kết
g
2

2
luận khi 0 < 100 thì dao Công nhận (nhớ) nghiệm Đặt  = l . Ta có: a = - s
động của con lắc đơn là của phương trình vi phân.
Nghiệm của phương trình này
Kết luận về dao động
dao động điều hòa.
là :
điều hòa của con lắc đơn.
s = S0cos(t + )
Vậy, khi dao động nhỏ (sin 
Xác định .
 (rad)), con lắc đơn dao động
điều hòa.
Yêu cầu học sinh kết Xác định T.
2. Tần số góc và chu kì dao động
luận về dao động điều
g
hòa của con lắc đơn.
Thực hiện C2.
Tần số góc :  =
.
Yêu cầu học sinh xác
l
định tần số góc của con
2
l
Chu kì: T =
= 2
.
lắc đơn.


g
Yêu cầu học sinh xác
định chu kì của con lắc
đơn.
Yêu cầu học sinh thực
hiện C2.
Hoạt động 3 (10 phút): Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
III. Khảo sát dao động của con lắc
đơn về mặt năng lượng
1. Động năng
1
Yêu cầu học sinh viết
Viết biểu thức tính động
Wđ = mv2.
biểu thức tính động năng của con lắc đơn.
2
năng.
2. Thế năng
Wt = mgl(1 - cos) = 2mglsin2
Viết biểu thức tính thế 
.
Yêu cầu học sinh viết năng của con lắc đơn.
2


 Giáo án Vật Lý 12 – Chương trình chuẩn – Học kì 1
biểu thức tính thế năng.

3. Cơ năng
Viết biểu thức tính cơ
Nếu bỏ mọi ma sát thì cơ năng
Yêu cầu học sinh viết năng của con lắc đơn.
của con lắc đơn được bảo toàn và
biểu thức tính cơ năng.
đúng bằng thế năng của nó ở vị trí
Cho biết khi nào thì cơ biên:
Yêu cầu học sinh cho năng của con lắc đơn W = Wđ + Wt = mgl(1- cos0)
biết khi nào thì cơ năng được bảo toàn, viết biểu

= 2mglsin2 0 = hằng số
của con lắc đơn được thức của cơ năng khi đó.
2
bảo toàn và viết biểu
1
Với 0 < 100 thì W = mgl 02
thức của cơ năng khi đó.
2

Hoạt động 4 (5 phút) : Tìm hiểu cách xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc đơn.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
IV. Ứng dụng: Xác định gia tốc
Yêu cầu học sinh trình
Trình bày cách làm thí rơi tự do
bày cách làm thí nghiệm nghiệm với con lắc đơn để Từ công thức tính chu kì của con
với con lắc đơn để xác xác định gia tốc rơi tự do. lắc đơn:

định gia tốc rơi tự do.
l
4 2 l
T = 2
g=
.
g

T

Làm thí nghiệm với dao động
của con lắc đơn, đo T và l ta tính
được g.
Hoạt động 5 (5 phút): Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Cho học sinh tóm tắt những kiến thức đã
Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong
học trong bài.
bài.
Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 4, Ghi các bài tập về nhà.
5, 7 trang 17 sgk và 3.8, 3.9 sbt.
IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY