Giáo án môn Vật lí 12 - Tiết 4 - Bài 2: Con lắc lò xo

Tiết ( PPCT ): 4
Ngày soạn: / 08 / 2017
Lớp 12 A1; tiết ( TKB ).; Ngày /./ 2017; Sỹ số: ../.; Vắng: 
Lớp 12 A2; tiết( TKB ) .; Ngày /./ 2017; Sỹ số: ../.; Vắng: 
Lớp 12 A3; tiết ( TKB ).; Ngày /./ 2017; Sỹ số: ../.; Vắng: 
Lớp 12 A4; tiết ( TKB ).; Ngày /./ 2017; Sỹ số: ../.; Vắng: 
BÀI 2
CON LẮC LÒ XO
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức: 
- Nêu được cấu tạo của con lắc lò xo. Biết được thế nào là một hệ dao động
- Giải thích được tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.
- Hiểu được khái niệm lực kéo về, phân biệt với lực đàn hồi của lò xo
- Viết được các công thức tính lực kéo về của dao động điều hòa của con lắc lò xo, công thức tính chu kì của con lắc lò xo, công thức tính thế năng, động năng, cơ năng của con lắc lò xo.
- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng khi con lắc dao động
2. Kĩ năng: 
- Quan sát vật dao động và rút ra những nhận xét hợp lý.
- Vận dụng các công thức và định luật có trong bài để giải bài tập trong SGK và các bài tập tương tự.
3. Thái độ
- Nghiêm túc, say mê yêu thích bộ môn
II. CHUẨN BỊ CỦA GV VÀ HS
1. Chuẩn bị của GV: 
+ Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây.
2. Chuẩn bị của HS: .
+ Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác.
+ Ý nghĩa vật lý của đạo hàm.
+ Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực thế.
III. TIẾN TRÌNH BÀI DẠY
1. Ổn định lớp
2. Kiểm tra bài cũ: ( Không )
3. Nội dung bài mới
Đặt vấn đề: Trong bài trước chúng ta đã khảo sát dao động điều hòa về mặt động học. trong bài này chúng ta tiếp túc khảo sát dao động điều hòa về mặt động lực học và năng lượng. Để thực hiện được thì chúng ta sẽ sử dụng con lắc lò xo để nghiên cứu. Trước hết chúng ta cùng tìm hiểu thế nào là một con lắc lò xo?
Hoạt động 1: Cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động .
Hoạt động GV- HS
Nội dung
Gv: thông báo cho HS cấu tạo của con lắc lò xo
HS : tiếp thu, ghi nhớ
Gv: Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng cho lò xo giãn ra một đạn nhỏ rồi buông tay ta thấy vật dao động trên một đoạn thẳng quanh VTCB. Chúng ta sẽ cùng xét xem tại sao con lắc lại có thể dao động được và dao động của con lắc lò xo có phải là dao động tuần hoàn không?
Hs: Cá nhân nhận thức vấn đề
I . CON LẮC LÒ XO 
1. Cấu tạo 
+ một vật có khối lượng m, gắn vào một lò xo có khối lượng không đáng kể
+ lò xo có độ cứng k
2 Cách kích thích dao động
- Kéo hòn vật ra khỏi vị trí cân bằng (O) một khoảng x = A, rồi buông tay,
Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng
Gv: Khảo sát dao động của con lắc về mặt động học nghĩa là phải xác định các lực tác dụng lên con lắc, tìm nguyên nhân gây nên chuyển động của con lắc và tìm gia tốc của chuyển động đó. 
HS: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ
Gv ?/ Hãy xác định các lực tác dụng lên vật m khi nó ở VTCB, và khi nó bị kéo ra khỏi VTCB một đoạn x? 
HS: Cá nhân trả lời
Gv ?/ Nếu chọn trục tọa độ x song song với trục của lò xo, chiều dương là chiểu tăng độ dài của lò xo. Chọn gốc tọa độ O tạo VTCB, hãy xác định hợp lực tác dụng lên vật? Viết dưới dạng đại số
HS: Cá nhân trả lời
Gv ?/ Tìm công thức tính gia tốc của vật?
Gợi ý: Áp dụng định luật II Niu tơn
HS thảo luận nhóm và trả lời
Gv ?/ Hãy chứng tỏ rằng dao động của con lắc lò xo cũng là dao động điều hòa?
Gv: Gợi ý: Xét đặc điểm gia tốc của dao động điều hòa
Gv ?/ Viết công thức tính chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hòa của con lắc lò xo?
Cá nhân trả lời
Gv : Hãy hoàn thành yêu cầu C1
Hoàn thành C1
Gợi ý: Dựa vào biểu thức định luật II Niu tơn và hợp lực tác dụng lên vật tại li độ x, xác định đợn vị của k, sau đó xác định đơn vị của 
- Đại lượng là một số không có đơn vị.
* Như vậy, dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa. Lực nào đã tác dụng lên vật m để con lắc dao động
GV có thể mở rộng thêm cho HS khá giỏi: 
* Cần phân biệt lực kéo về với lực đàn hồi. Trong trường hợp con lắc lò xo nằm ngang như trong bài ta viwaf xét thì x vừa là li độ vừa là độ biến dạng của lò xo. Nhưng trong trường hợp khác thì không như vậy. Rõ ràng nhất là đối với cơn lắc lò xo treo thẳng đứng.
Hs: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ
GV: Cho HS xác định các lực tác dụng lên con lắc lò xo treo thảng đứng ở VTCB và ở li độ x
* Trong trường hợp này thì lực kéo về là hợp lực của lực đàn hồi và trọng lực, hay nói cách khác thì lực kéo về là phần lực đàn hồi không bị cân bằng bởi trọng lực. Ở đây x là li độ chứ không phải độ biến dạng của lò xo ( độ biến dạng của lò xo là )
Hs: Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ
II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỊNH LƯỢNG
O
x/
x
N
1. 
x
Tại VTCB vật chịu tác dụng của 
* Tại thời điểm t bất kỳ vật có li độ x. Hợp lực tác dụng lên vật là lực đàn hồi. ( )	
* Tại thời điểm t bất kỳ vật có li độ x. Lực đàn hồi của lò xo F =-kx.
2. Áp dụng định luật II Niutơn ta có: 
 ma = –kx ® a + x = 0 
3. Đặt : w2= Vậy dao động của con lắc lò xo cũng là dao động điều hòa theo phương trình: 
* Đối với con lắc lò xo 
4. Lực kéo về :
- Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng.
- có độ lớn tỉ lệ với li độ
Hoạt động 3: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng
GV: Khảo sát dao động của con lắc về mặt năng lượng nghĩa là chúng ta sẽ thiết lập biểu thức tính cơ năng của con lắc lò xo, từ đó xét tính bảo toàn của đại lượng này
 GV ?/ Viết biểu thức tính động năng, thế năng của con lắc lò xo?
G/Y: Động năng của con lắc lò xo chính là động năng của vật m và thế năng cảu con lắc lò xo nằm ngang chính là thế năng đàn hồi của lò xo với độ biến dạng x
HS: Cá nhân TL
GV ?/ Viết biểu thức tính cơ năng của con lắc lò xo và xét tính bảo toàn của đại lượng này?
HS trả lời
GV ?/ Từ biểu thức cơ năng của con lắc lò xo, có nhận xét gì về giá trị và tính bảo toàn của đại lượng này? Cho rằng trong ví dụ ta xét bỏ qua ma sát?
HS trả lời
Gv:Hãy hoàn thành yêu cầu C2
HS hoàn thành yêu cầu C2
Gv: Gợi ý Xát giá trị vận tốc tại các VT biên và vị trí cân bằng.
Gv: Như vậy, trong quá trình dao động luôn có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng, nhưng cơ năng của con lắc là một đại lượng không đổi, nó được bảo toàn.
III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG
1. Động năng của con lắc lò xo
Wđ=mv2 =mA2w2sin2(wt+j) (1)
2. Thế năng của lò xo
Wt=kx2 =kA2cos2(wt+j) (2a)
* Thay k = w2m ta được:
Wt=mw2A2cos2(wt+j) (2b)
3. Cơ năng của con lắc lò xo .Sự bảo toàn cơ năng .
a. 
b. 
	= hằng số 
- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động .
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát .
4. Củng cố, vận dụng:
 - GV nhắc lại những kiến thức cơ bản trong bài 
BT vận dụng: Một con lắc lò xo dao động với biên độ 10 cm, có vận tốc cực đại là 1,2m/s và có cơ năng là 1 J. Hãy tìm: 
a. Độ cứng của lò xo
b. Khối lượng của vật nặng treo vào con lắc
c. Chu kì dao động của con lắc 
5. Hướng dẫn tự học:	 
 - Học bài theo câu hỏi SGK
 - Đọc trước nội dung bài mới