Bài giảng Vật lí 12 - Chủ đề 1: Dao động điều hòa. Con lắc lò xo - Con lắc đơn - Trường THPT Nguyễn Văn Trỗi

Nội dung tài liệu: Bài giảng Vật lí 12 - Chủ đề 1: Dao động điều hòa. Con lắc lò xo - Con lắc đơn - Trường THPT Nguyễn Văn Trỗi

1. TRƯỜ NG THPT NGUYỄN VĂN TRỖ I TỔ VÂṬ LÝ – CÔNG NGHỆ VẬT LÝ 12 CHỦ ĐỀ 1: DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN
2. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 1. Cấ u taọ : Gồm lò xo có đô ̣cứ ng k (N/m) và vâṭ có khối lươṇ g m (kg). o 2. Vị trí cân bằng: là vị trí Fhợp lực = 0 - Với CLLX nằm ngang: VTCB là vị trí lò xo không biến dạng. o VTCB
3. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 1. Cấ u taọ : 2. Vị trí cân bằng: là vị trí Fhợp lực = 0 - CLLX thẳng đứ ng: - Taị VTCB: P = Fđh0 VTCB Vớ i là đô ̣dañ ban đầu của LX taị VTCB.
4. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 3. Khảo sá t CLLX về măṭ đôṇ g lưc̣ hoc̣ : (Bỏ qua ma sát) Khi vật ở li độ x, ta có hợp lực tác dụng lên vật: o x Vì: x Nên: Đặt: Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.
5. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 3. Khảo sá t CLLX về măṭ đôṇ g lưc̣ hoc̣ : * Tần số góc: o x * Chu kì: x * Tần số: * Vớ i: k (N/m); m (kg) * Lực kéo về: F = - kx Tỉ lê ̣vớ i ly đô,̣ luôn hướng về VTCB
6. Ví du:̣ Một con lắc lò xo có độ cứng k = 60 N/m, vâṭ nhỏ có khối lượng m = 60 g, đang dao động điều hoà. Lấy 2 = 10. Tính tần số góc, chu kỳ, tần số của dao động? * Ta có: k = 60 (N/m); m = 60 g = 0,06 (kg) - Tần số góc: - Chu kì: - Tần số:
7. I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 4. Khảo sá t CLLX về măṭ năng lươṇ g: * Động năng : Wđ(J); m(kg); v(m/s); A (m) * Thế năng : Wt (J); k(N/m); x(m) * Cơ năng :
8. I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) 4. Khảo sá t CLLX về măṭ năng lươṇ g: * Môṭ số nhâṇ xét: + Ly đô ̣x, vâṇ tốc v và gia tốc a biến thiên cùng , f, T. + Động năng và thế năng biến thiên cùng ’, f ’, T’; trong đó: ’ = 2, tần số f ’= 2f, chu kỳ T’= T/2. + Cơ năng của CLLX tỉ lệ với bình phương biên độ dao động. Và khi không có ma sát thì cơ năng luôn được bảo toàn. + Trong 1 chu kỳ có 4 lần Wđ = Wt taị vi ̣trí + Khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp Wđ = Wt là T/4.
9. Ví du:̣ Một con lắc lò xo có khối lượng 300 g dao động với phương trình x = 5cos(4 t + /3) cm. Tính: a. cơ năng của con lắc. b. động năng của con lắc tại vị trí có li độ 4 cm. * có: A = 5 (cm) = 0,05 (m);  = 4 (rad/s); m = 300 g = 0,3 (kg) a. Cơ năng : b. Động năng:
10. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN I. CON LẮ C LÒ XO (CLLX) C2: Hãy cho biết một cách định tính, thế năng và động năng của con lắc thay đổi thế nào khi vâṭ đi từ vị trí biên về VTCB và từ VTCB đến vị trí biên? TL: Khi con lắc đi từ vị trí biên về VTCB thì x giảm đến 0, vận tốc tăng từ 0 đến v max động năng sẽ tăng và thế năng sẽ giảm. Và ngược lại. Khi con lắc đi từ VTCB về biên thì v giảm đến 0, x tăng từ 0 đến A động năng sẽ giảm và thế năng sẽ tăng.
11. CHỦ ĐỀ : DAO ĐÔṆ G ĐIỀ U HÒ A CON LẮ C LÒ XO – CON LẮ C ĐƠN II. CON LẮ C ĐƠN (CLĐ) 1. Cấ u taọ : Gồm 1 sơị dây không dañ có chiều dài l, khối lươṇ g không đáng kể, môṭ đầu cố điṇ h, đầu còn laị gắn vâṭ năṇ g m. O’ - VTCB O : là vi ̣trí thấp nhất. l - O’ : là điểm treo con lắc. - O’A = O’B = l : là bán kính quỹ đaọ . B A s 0 m - A, B: là hai biên. O - Cung OA = s0 : biên đô ̣cong. VTCB - Góc : là biên đô ̣góc.
12. II. CON LẮ C ĐƠN (CLĐ) O’ 2. Khảo sá t CLĐ về măṭ đôṇ g lưc̣ hoc̣ : Xét CLĐ dao đôṇ g (góc bé) vớ i chiều (+) như T hình ve;̃ : ly đô ̣góc, s là ly đô ̣cong. M (+) - Cac lưc̣ tac duṇ g lên vâṭ: ́ ́ Pt + Troṇ g lưc̣ : P O P + Lưc̣ căng: T của dây - Theo ĐL II Niuton: - Chiếu lên chiều (+): (1) - Vì góc bé nên ta dùng gần đúng: và: Từ (1) Suy ra: hoăc̣ : Đăṭ: Chứ ng tỏ CLĐ dao đôṇ g điều hòa. PT dao đôṇ g: hoăc̣ :
13. II. CON LẮ C ĐƠN (CLĐ) 3. Chu ki,̀ tần số, tần số góc củ a CLĐ: Ta có: * CT liên hê:̣ * CT đôc̣ lâp̣ : * CT tính lưc̣ căng dây T taị vi ̣trí có ly đô ̣góc : + Lưc̣ căng dây:
14. II. CON LẮ C ĐƠN (CLĐ) 4. Khảo sá t CLĐ về măṭ năng lươṇ g: - Trong quá trình dao động, có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng trọng trường của con lắc đơn. - Nếu bỏ qua ma sát thì cơ năng con lắc đơn được bảo toàn. Hãy mô tả một cách định tính sự biến đổi năng lượng của con lắc, khi nó đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng và khi nó đi từ vị trí cân bằng ra vị trí biên?
15. II. CON LẮ C ĐƠN (CLĐ) 5. Ứ ng duṇ g: XÁ C ĐIṆ H GIA TỐ C RƠI TỰ DO * Từ công thứ c: - Dùng CLĐ có chiều dài l (tính đến tâm của quả cầu). - Đo thờ i gian môṭ số dao đôṇ g toàn phần suy ra chu kì T. - Sau đó tính gia tốc g theo công thứ c (*). - Lâp̣ laị thí nghiêṃ nhiều lần , mỗi lần rút ngắn chiều dài con lắc đi 1 đoaṇ . - Lấy giá tri ̣trung bình của g ở các lần đo. Ta đươc̣ gia tốc rơi tư ̣ do taị nơi đó.
16. Ví du:̣ Một con lắc đơn có chiều dài l = 2,00 m, dao đôṇ g điều hòa taị nơi có gia tốc rơi tư ̣ do g = 9,80 m/s2. Hỏi con lắc thưc̣ hiêṇ bao nhiêu dao đôṇ g toàn phần trong 5,00 phút? * Ta có: l = 2 (m) ; g = 9,8 (m/s2) - Thờ i gian thưc̣ hiêṇ 1 dđ toàn phần là chu kì: - Số dao đôṇ g thưc̣ hiêṇ trong t = 5 phút = 300 giây:
17. THÂN Á I CHÀ O TAṂ BIÊṬ ! “Thanh̀ công chi ̉ đêń khi baṇ lam̀ viêc̣ tâṇ tâm va ̀ luôn nghi ̃ đêń những điêù tôt́ đep!”̣