Giáo án Vật lý 12 bài 3: Con lắc đơn

 Giáo án Vật Lý 12 – Ban cơ bản  Biên soạn : Dương Văn Đổng - Trường THPT Bùi Thị Xuân – Bình Thuận

CON LẮC ĐƠN
I. MỤC TIÊU
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn, điều kiện để con lắc đơn dao đông điều hòa.
- Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn, công thức tính thế năng và 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.
- Giải được các bài tập tương tự như trong bài.
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 đơn.
Vẽ hình.
1. Cấu tạo
Yêu cầu học sinh nêu cấu
Nêu cấu tạo của con lắc đơn.
Gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo
tạo của con lắc đơn.
vào ở đầu một sợi dây không dãn, có
chiều dài l, có khối lượng không đáng
kể.
Yêu cầu học sinh xác định

Xác định vị trí cân bằng của 2. Nhận xét
vị trí cân bằng của con lắc con lắc đơn.
Vị trí cân bằng là vị trí mà dây treo có
đơn.
Quan sát và nhận xét về phương thẳng đứng.
Cho con lắc đơn dao động.
chuyển động của con lắc đơn.
Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch
khỏi vị trí cân bằng một góc 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 3.2.
Vẽ hình.
Vị trí của vật m được xác định bởi li
Yêu cầu học
độ góc  hay bởi li độ cong s = l (
sinh xác định
tính ra rad). Chọn chiều dương như
các lực tác
Xác định các lực tác dụng lên hình vẽ.
dụng lên vật
vật nặng.

Vật chịu tác dụng của hai lực: Trọng


nặng.
lực P và sức căng T .
Yêu cầu học
Viết biểu thức định luật II


sinh viết biểu
Newton.
Theo định luật II Newton: m a = P +
thức định luật II Newton.

Yêu cầu học sinh xác định
Xác định lực kéo về.
T
lực kéo về.
Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ
Yêu cầu học sinh cho biết tại
Cho biết tại sao khi  lớn thì đạo ta có: ma = Pt = - mgsin.
sao khi  lớn thì dao động dao động của con lắc đơn
Thành phần Pt = - mgsin của trọng
của con lắc đơn không phải là không phải là dao động điều lực là lực kéo về.


 Giáo án Vật Lý 12 – Ban cơ bản  Biên soạn : Dương Văn Đổng - Trường THPT Bùi Thị Xuân – Bình Thuận

dao động điều hòa.
Yêu cầu học sinh thực hiện

C1
Dẫn dắt để đưa đến kết luận
khi 0 < 100 thì dao động của
con lắc đơn là dao động điều
hòa.
Yêu cầu học sinh kết luận về
dao động điều hòa của con lắc
đơn.
Yêu cầu học sinh xác định
tần số góc của con lắc đơn.
Yêu cầu học sinh xác định
chu kì của con lắc đơn.
Yêu cầu học sinh thực hiện
C2

hòa.
Thực hiện C1.
Công nhận (nhớ) nghiệm của
phương trình vi phân.
Kết luận về dao động điều
hòa của con lắc đơn.
Xác định .
Xác định T.
Thực hiện C2.

Với  lớn (sin  ) dao động của
con lắc đơn không phải là dao động
điều hòa.
Với <100 (sin   =
mg

s
) thì: ma = l

s
l

=> a = -

g
g
s. Đặt 2 = . Ta có: a =
l
l

-2s
Nghiệm của phương trình này là :
s = S0cos(t + )
Vậy, khi dao động nhỏ (sin  
(rad)), con lắc đơn dao động điều hòa
với biên độ S0 = l0.
2. Tần số góc và chu kì dao động
Tần số góc :  =

g
.
l

2
l

= 2
.

g
Hoạt động 3 (10 phút) : Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng.
Chu kì: T =

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

Yêu cầu học sinh viết biểu
thức tính động năng.

Viết biểu thức tính động năng
của con lắc đơn.

Nội dung cơ bản
III. Khảo sát dao động của con lắc
đơn về mặt năng lượng
1. Động năng
Wđ =

1 2
mv .
2

2. Thế năng
Yêu cầu học sinh viết biểu
Viết biểu thức tính thế năng

thức tính thế năng.
của con lắc đơn.
Yêu cầu học sinh viết biểu
thức tính cơ năng.

Viết biểu thức tính cơ năng
của con lắc đơn.

Yêu cầu học sinh cho biết
Cho biết khi nào thì cơ năng
khi nào thì cơ năng của con của con lắc đơn được bảo toàn,
lắc đơn được bảo toàn và viết biểu thức của cơ năng khi
viết biểu thức của cơ năng đó.
khi đó.

Wt = mgl(1 - cos) = 2mglsin2


.
2

3. Cơ năng
Nếu bỏ mọi ma sát thì cơ năng của con
lắc đơn được bảo toàn và đúng bằng thế
năng của nó ở vị trí biên:
W = Wđ+Wt = mgl(1-cos0) = 2mglsin2

0
2

1
2
mgl 0
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

Yêu cầu học sinh trình bày

Trình bày cách làm thí

Với 0 < 100 thì W =

Nội dung cơ bản
IV. Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự
do


 Giáo án Vật Lý 12 – Ban cơ bản  Biên soạn : Dương Văn Đổng - Trường THPT Bùi Thị Xuân – Bình Thuận

cách làm thí nghiệm với con nghiệm cới con lắc đơn để xác
lắc đơn để xác định gia tốc định gia tốc rơi tự do.
rơi tự do.

Từ công thức tính chu kì của con lắc
đơn:

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 kiết thức đã học trong
Tóm tắt lại những kiến thức đã học trong bài.
bài.
Ghi các bài tập về nhà.
Yêu cầu học sinh về nhà giải các bài tập 4, 5, 6, 7
trang 17 sgk và 3.8, 3.9 sbt.
IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY