giáo án chủ đề con lắc lò xo

Ngày soạn: ..../ …./ 2018

Ngày dạy: ..../ .../ 2018 Lớp: 12…

Tiết:

Ngày dạy: ..../…./ 2018 Lớp: 12…

CHỦ ĐỀ
CON LẮC LÒ XO
(2 tiết)
I. Vấn đề cần giải quyết
Con lắc lò xo là một loại dao động điều hòa cơ bản và có nhiều kiến thức để khảo sát,
giúp học sinh hiểu rõ hơn về dao động điều hòA. Chủ đề cần giúp cho học sinh khảo sát
được dao động của con lắc về mặt động học và về mặt năng lượng.
Thông qua chủ đề giúp học sinh trả lời câu hỏi:
- Dao động của con lắc lò xo có là daao động điều hòa không?
- Chu kì, tần số, tần số góc của con lắc lò xo?
- Cách xác định VTCB của con lắc lò xo?
- Biến thiên của động năng là thế năng của con lắc lò xo?
II. Nội dung – chủ đề bài học
Chủ đề tập chung vào các nội dung sau:
- Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học
- Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng
- Phương pháp giải một số dạng toán của con lắc lò xo
III. Mục tiêu bài học
1. Kiến thức
- Nắm được công thức của lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa.
- Nắm được công thức tính chu kì của con lắc lò xo.
- Công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo.
- Nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng của con lắc lò xo

2. Kỹ năng
- Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.
- Vận dụng được các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao trong SGK hoặc
SBT vật lý 12.
- Viết được phương trình động học của con lắc lò xo.
3. Thái độ


- Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa
học
4. Năng lực
- Năng lực giải quyết vấn đề thông qua đặt câu hỏi khác nhau về con lò xo.
- Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề theo giải pháp đã lựa chọn thông qua
việc tự nghiên cứu và vận kiến thức dao động điều hòa, nghiên cứu dao động của con lắc lò
xo
- Năng lực hợp tác nhóm: thảo luận, nêu kết quả
- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin
IV. Chuẩn bị
1. Giáo viên
- Chuẩn bị một con lắc lò xo treo thẳng đứng
- Chuẩn bị các hình vẽ về con lắc lò xo nằm ngang.
(Nếu có thể chuẩn bị con lắc lò xo trên đệm không khí)
2, Học sinh :
- Ôn tập khái niệm lực đàn hồi và thế năng đàn hồi
V. Tiến trình bài học
Hoat động 1: Khởi động
A. Mục tiêu:
- Thông qua hoạt động học sinh ôn tập lại phương pháp động lực học, đề xuất
phương pháp nghiên cứu con lắc lò xo.
- Đồng thời ôn lại về động năng, thế năng đàn hồi và cơ năng đàn hồi.

B. Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của giáo viên và học sinh
Nội dung cần đạt
Chuyển Trong tiết học trước, Giáo viên chia lớp Phương pháp động lực học chất
giao

thành 2 nhóm lớn, mỗi nhóm lớn có 2 điểm:

nhiệm vụ nhóm nhỏ.
học tập

B1. Chọn hệ quy chiếu

Nhóm nhỏ 1: Nêu phương pháp động lực B2. Xác định các lực tác dụng vào
học chất điểm. Vận dụng cho khảo sát vật
chuyển động của vật sau đây.

B3. Áp dụng định luật II Niu tơn
B4. Chiếu biểu thức định luật II

Nhóm nhỏ 2: Viết biểu thức tính động
năng, thế năng đàn hồi, cơ năng. Viết biểu

Niu tơn lên các trục tọa độ.
B5. Vận dụng các công thức để


thức định luât bảo toàn cơ năng?

thực hiện yêu cầu

Các nhóm nhỏ thảo luận để đưa ra kết quả, Vận dụng cho vật gắn vào lò xo:
sau đó thống nhất trong nhóm lớn rồi trình
bày trên bảng phụ treo trên tường.
Thực Học sinh thảo luận nhóm nhỏ sau đó đưa
hiện

ra thống nhất trong nhóm lớn.

nhiệm vụ

Nhớ lại kiến thức lớp 10 đề thực hiện

→

→

→

→

ma = P +N +F

nhiệm vụ ở nhà.
Báo cáo Các nhóm treo sơ đồ tìm hiểu lên tường.
kết quả

Định luật II Niu tơn:

Chiếu lên trục Ox ta có:

Mỗi nhóm nhỏ tham gia hoạt động phòng
tranh để theo dõi kết quả và rút ra nhận

ma = F = - kx  a = -

xét.
Đánh giá Học sinh nhận xét bổ sung cho nhau.

Wđ =

1 2
mv
2

nhận xét, Giáo viên nhận xét và rút kinh nghiệm cho

Wt =

1 2
kx
2

kết luận
các nhóm
Hoat động 2: Hình thành kiến thức

k
x.
m

Hoạt động 2.1 Tìm hiểu về cấu tạo con lắc lò xo, các xác định vị trí cân bằng.
A. Mục tiêu:
Thông qua hoạt động học sinh hiểu được cấu tạo con lắc lò xo, xác định được các
dạng con lắc lò xo.
Xác định được vị trí cân bằng của con lắc lò xo, tòm đọ biến dạng ∆l
B. Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của GV và HS
Nội dung cần đạt
Chuyển Yêu cầu học sinh I. Con lắc lò xo
giao nhiệm đọc sách giáo khoa
vụ học tập

để nêu cấu tạo con

1. Cấu tạo
Con lắc lò xo gồm một vật nặng m gắn vào 1 đầu của

lắc lò xo, vẽ biểu lò xo có độ cứng k và khối lượng không đáng kể. Đầu
diễn các dạng có thể còn lại của lò xo cố định.
có của con lắc lò xo?
Từ các dạng đó, em
hãy cho biết độ giãn
của lò xo khi vật cân
bằng.
Thực hiện Đọc SGK
nhiệm vụ

Trả lời các câu hỏi

∆l =

mg
k

∆l =

mg sin α
k


giáo viên giao
Báo cáo Học sinh phát biểu ý
kết quả
kiến cá nhân
Đánh giá Học sinh nhận xét

2. Vị trí cân bằng

nhận

Con lắc có 1 vị trí cân bằng mà khi ta thả vật ra vật sẽ

xét, Giáo viên hoàn thiện

kết luận

và chính xác hóa nội đứng yên mãi.
Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng buông ra vật sẽ dao

dung

động quanh vị trí cân bằng, giữa hai vị trí biên
Hoạt động 2.2 Khảo sát con lắc lò xo về mặt động lực học
A. Mục tiêu:
Thông qua hoạt động học sinh trả lời được câu hỏi: Dao động của con lắc lò xo có là
dao động điều hòa không? Biểu thức tính chu kì, tần số và tần số góc?
B. Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của giáo viên và học

Nội dung cần đạt

sinh
Chuyển Trong bài dao động II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động
giao

điều hòa các em đã lực học

nhiệm vụ có biểu thức a =học tập

1, Khảo sát dao động của con lắc

ω2x

Các em quan sát thí
nghiệm sau:
GV làm TN về con
lắc lò xo.
Mỗi

nhóm

dùng

phương pháp động Xét vật ở li độ x, lò xo giản một đoạn Δl = x. Lực đàn
lực học để trả lời câu hồi F = - kΔl
hỏi: Dao động của

Tổng lực tác dụng lên vật F = - kx

con lắc là xo có phải

Theo định luật II Niu tơn a = −

là dao động điiều
hòa không? Nếu có

k
x
m

Đặt ω2 = k/m ⇒ a =- ω 2 x

Vậy dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.
tìm T, f và ω
Thực Học sinh đọc SGK, 2. Tần số góc , chu kì dao động
hiện

dựa vào phần khởi

nhiệm vụ

động có thể kết luận
Thảo luận nhóm để
khả sát dao động của

* Tần số góc: ω =
* Chu kì:

con lắc lò xo
Báo cáo Trình bày trên bảng

T = 2π

k
m
m
k

kết quả
phụ kết quả khảo sát
Đánh giá Giáo viên nhận xét
nhận xét, đánh giá hiệu chỉnh
kết luận

nội dung

3 Lực kéo về
Lực hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực

kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ và gây gia tốc cho vật dao

động điều hòa.
Hoạt động 3.2 Khảo sát con lắc lò xo về mặt năng lượng
A. Mục tiêu:
Thông qua hoạt động học sinh hiểu được sự biến thiên của động năng và thế năng.
Thấy rõ mối liên hệ giữa hai dạng năng lượng này
B. Tổ chức hoạt động:
Hoạt động của giáo viên và học sinh
Nội dung cần đạt
Chuyển Trong phần khởi động các em III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng
giao

đã viết được biểu thức tính lượng

nhiệm vụ động năng và thế năng. Các
học tập

em hãy hoạt động cặp đôi,
thảo luận và viết biểu thức
tính động năng và thế năng
của CLLX. Nhận xét về sự
biến thiên của chúng?

1. Động năng của con lắc lò xo
Wđ =
=

1
1

mv2 = mω2A2sin2(ωt+ϕ)
2
2
1
kA2sin2(ωt + ϕ) .
2

2. Thế năng của con lắc lò xo
1

1

2
2
2
Phát biểu định luật bảo toàn Wt = 2 kx = 2 k A cos (ωt + ϕ)
cơ năng?
* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến
Thực Đọc sách giáo khoa
thiên điều hòa với chu kì T/2.
hiện
Viết các biểu thức
3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn
nhiệm vụ Dùng công thức hạ bậc rồi
cơ năng
nhận xét
Báo cáo Trong giấy nháp

kết quả

Một học sinh lên bảng trình

Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương
bày
Đánh giá Học sinh khác nhận xét, bổ với biên độ dao động


nhận xét, sung

Cơ năng của con lắc lò xo được bảo toàn

kết luận
Hoat động 3: Luyện tập

nếu bỏ qua mọi ma sát.

A. Mục tiêu:
- Nhận biết được dao động điều hòa con lắc lò xo
- Nắm được các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa con lắc lò xo
- Tính toán được các đại lượng dựa trên mối liên hệ giữa chúng
B. Tổ chức hoạt động:
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1: Tại một nơi trên mặt đất có gia tốc trọng trường g, một con lắc lò xo gồm lò xo có
chiều dài tự nhiên l , độ cứng k và vật nhỏ khối lượng m dao động điều hòa với tần số góc
ω . Hệ thức nào sau đây đúng?

ω=

k
m

A. ω =

D. ω =

g
l

B. ω =

m
C.
k

l
g

Câu 2. Một con lắc lò xo có khối lượng vật nhỏ là m dao động điều hòa theo phương ngang
với phương trình x = Acosωt. Mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng. Cơ năng của con lắc là:
A. mωA2

B.

1
mωA2
2

C. mω2A2

D.

1
mω2A2
2

Câu 3. Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m và lò xo có độ cứng k, dao động
điều hòa với phương trình x = Acos(ωt + φ). Mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Thế năng của
con lắc là:

A.

1
mA2 .
2

B.

1 2
kA .
2

C.

1 2
mx .
2

D.

1 2

kx
2

Câu 4. Người ta ghép nối tiếp lò xo có độ cứng k1 = 40 N/m với lò xo có độ cứng k2 = 60
N/m thành một lò xo có độ cứng k. Giá trị của k là:

A. 100 N/m

B. 24 N/m

C. 50

N/m D. 20 N/m

Câu 5. Một lò xo có độ cứng k = 100 N/m treo quả nặng có khối lượng là 400 g. Treo thêm
vật có khối lượng m2, chu kỳ dao động của hai vật là 0,5 s. Khối lượng vật m2 là
A. 0,225 kg

B. 0,2 g

C. 0,5 kg

D. 0,25 kg

Hoạt động của giáo viên và học sinh
Nội dung cần đạt
Chuyển giao Giáo viên phát phiếu học tập, yêu cầu Câu 1. C
nhiệm vụ học học sinh làm việc cá nhân để hoàn Câu 2. D

tập

thành các câu hỏi trắc nghiệm khách Câu 3. D
Thực

nhiệm vụ

quan
hiện Học sinh làm việc cá nhân

Câu 4. B
Câu 5. A

Vận dụng được kiến thức vừa học trong

bài để thực hiện nhiệm vụ
Báo cáo kết Vận dụng trò chơi truyền điện để trả lời
quả
các câu trác nghiệm
Đánh giá nhận Học sinh nhận xét đánh giá
xét, kết luận

Giáo viên hiệu chỉnh những câu có đáp

án chưa chính xác
Hoat động 4: Vận dụng, tìm tòi mở rộng
A. Mục tiêu:
- Học sinh giải được các bài toán đơn giản về con lắc lo xo
- Hệ thống được một số công thức để giải bài thay đổi chu kì của con lắc.
B. Tổ chức hoạt động:

Phiếu bài tập
Câu 1. Một con lắc lò xo có độ cứng k = 40 N/m, khối lượng m = 100 g. Chu kỳ dao động
của con lắc lò xo là:

A. T = π/10 s

B. T = 40π s

C. T = 9,93 s

D. T = 20 s

Câu 2. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, tại vị trí cân bằng lò xo dãn ra 10 cm. Lấy g = 10
m/s2. Tần số góc của dao động là: A. 10 rad/s B. 0,1 rad/s

C. 100 rad/s D.

π/5

rad/s
Câu 3. Con lắc lò xo dao động điều hoà với tần số góc 10 rad/s. Lúc t = 0, hòn bi của con
lắc đi qua x = 4 cm với v = -40 cm/s. Phương trình dao động là
A. x = 4cos(10t) cm

B. x = 4 2 cos(10t + 3π/4) cm

C. x = 4 2 cos(10t - 3π/4) cm

D. x = 4 2 cos(10t - π/4) cm

Câu 4. Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa với phương trình: x = 5cos(10πt +
π/3) cm. Chiều dài tự nhiên của lò xo là 20 cm. Tính chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo
trong quá trình vật dao động. A. 25 cm; 15 cm B. 34 cm; 24 cm

C. 26 cm; 16 cm D. 37

cm; 27 cm
Câu 5. Một con lắc lò xo có độ cứng 900 N/m dao động điều hòa với biên độ là 10 cm. Cơ
năng dao động có giá trị là A. 2,5 J

B. 3,5 J

C. 4,5 J

D. 5,5 J

Câu 6. Một vật nặng 500 g dao động điều hòa với phương trình x = 2cos(10t + π/6) cm.
Tính thế năng dao động tại thời điểm t = π/10 s A. 1,5 mJ

B. 2 mJ C. 7,5 mJ D. 3 mJ


Hoạt động của giáo viên và học

Nội dung cần đạt

sinh
Chuyển Trong thời gian chuẩn Ghép lò xo song song rồi ghép với vật
giao

bị ở nhà, giáo viên giao

nhiệm vụ cho các nhóm tìm hiểu
học tập

các công thức:
- Tính chu kì con lắc lò
xo khi ghép lò xo
- Cách viết phương trình Ghép lò xo nối tiếp rồi ghép với vật
dao động điều hòa
Sau khí các nhóm báo
cáo,

giáo

viên

phát

phiếu trắc nghiệm để
các nhóm nhỏ làm việc
Thực Nhận phiếu trắc nghiệm Thay đổi khối lượng: m = m1 + m2 thì
hiện
rồi làm việc nhóm nhỏ
• Chiều dài tại VTCB:
nhiệm vụ
Báo cáo Thi đua báo cáo kết quả • Chiều dài cực đại :
kết quả

giữa các nhóm nhỏ

• Chiều dài cực tiểu :

Đánh giá Nhóm còn lại được
nhận xét, nhận xét đánh giá
kết luận

Những câu chưa chọn
được đáp án, giáo viên - Lực đàn hồi cực đại :
hiệu chỉnh để thống
nhất

- Lực đàn hồi cực tiểu :
Câu 1. B

Câu 2. D

Câu 3. D

Câu 4. C
Câu 5. B
Luyện tập mở rộng

Câu 6. A

Câu 1: Treo quả cầu có khối lượng m1 vào lò xo thì hệ dao động với chu kì T1 = 0,3 s. Thay
quả cầu này bằng quả cầu khác có khối lượng m 2 thì hệ dao động với chu kì T2. Treo quả
cầu có khối lượng m = m 1+m2 vào lò xo đã cho thì hệ dao động với chu kì T = 0,5 s. Giá trị
của chu kì T2 là

A. 0,2 s.

B. 0,4 s.

C. 0,58 s.

D. 0,7 s.


Câu 2: Khi gắn vật nặng m = 0,4 kg vào một lò xo có khối lượng không đáng kể, con lắc dđ
với chu kì T1 = 1 s. Khi gắn một vật khác khối lượng m 2 vào lò xo trên, nó dđ với chu kì T 2
= 0,5 s. Khối lượng m2 bằng bao nhiêu? A. 0,4 kg.

B. 0,3 kg.

0,2 kg.

D. 0,1 kg.

Câu 3: Treo một vật có khối lượng 1 kg vào một lò xo có độ cứng k = 98 N/m. Kéo vật ra
khỏi vị trí cân bằng, về phía dưới cách vị trí cân bằng 5 cm rồi thả rA. Gia tốc cực đại của
dao động điều hòa của vật là:

A. 0,05 m/s2 B. 0,1 m/s2

C. 2,45 m/s2

D. 4,9

m/s2

Câu 4: Một con lắc lò xo gồm một vật nặng khối lượng m = 0,2 kg và một lò xo có độ cứng
k = 20 N/m đang dao động điều hòa với biên độ A = 6 cm. Tính vận tốc của vật khi đi qua vị
trí có thế năng bằng 3 lần động năng.
A. v = 3 m/s

B. v = 1,8 m/s

C. v = 0,3 m/s

D. v = 0,18 m/s

Câu 5: Một CLLX DĐĐH với biên độ 10 cm. Tại vị trí có li độ x = 5 cm, tỉ số giữa W t và
Wđ của con lắc là

A. 4.

B. 1/3.

C. 2.

D. 3.

Câu 6: Gắn quả cầu có khối lượng m 1 vào lò xo, hệ dao động với chu kì T 1 = 0,6 s. Thay
quả cầu này bằng quả cầu khác có khối lượng m 2 thì hệ dao động với chu kì T2 = 0,8 s. Chu
kì dao động của hệ gồm hai quả cầu cùng gắn vào lò xo là:

A. 1 s.

B. 2 s.

C. 3 s.

D. 4 s.
VI. Rút kinh nghiệm bài học:
………………………………………………………………………………………………………………………………
…
………………………………………………………………………………………………………………………………
…

NGƯỜI DUYỆT

…….., ngày …. tháng ….. năm 2018
NGƯỜI SOẠN