Giáo án môn Vật lí 12 - Tiết 5 - Bài 3: Con lắc đơn

Tiết ( PPCT): 5
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 3
CON LẮC ĐƠN
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức:
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn
- Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa
- Viết được các công thức tính lực kéo về của dao động điều hòa của con lắc đơn. Công thức tính chu kì của con lắc đơn, công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc đơn.
- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế 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 các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự
3. Thái độ
- Nghiêm túc, yêu thích bộ môn
II. CHUẨN BỊ CỦA GV VÀ HS
1. Chuẩn bị của GV
- Bộ thí nghiệm về con lắc đơn
- Hình vẽ 3.1, 3,2 SGK
2. Chuẩn bị của HS
- Ôn lại kiến thức về phân tích lực
III. TIẾN TRÌNH BÀI DẠY
1. Ổn định lớp
2. Kiểm tra bài cũ:
* Câu hỏi: Nêu công thức tính chu kì của con lắc lò xo, công thức tính động năng, thế năng của con lắc lò xo?
3. Nội dung bài mới
Hoạt động 1: Tìm hiều cấu tạo cảu con lắc đơn
Hoạt động GV- HS
Nội dung
GV sử dụng bộ thí nghiệm như hình vẽ 3.1 
HS quan sát và thu thập thông tin sau đó trả lời câu hỏi của GV
Gv ?/ Hãy chỉ ra các bộ phận của con lắc đơn?
HS: Quan sát và trả lời các câu hỏi
GV: Kéo vật ra khỏi VTCB rồi buông tay
HS: Quan sát và trả lời các câu hỏi
Gv ?/ Hãy xác định VTCB của con lắc?
HS: Quan sát và trả lời các câu hỏi
Gv ?/ Khi kéo vật ra khỏi VTCB sao cho dây treo lệch một góc nhỏ so với phương thẳng đứng rồi buông tay thì vật sẽ chuyển động như thế nào?
Quan sát thấy vật dao động quanh VTCB trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua điểm treo và vị trí cân bằng của vật. chúng ta sẽ cùng xét xem tại sao con lắc lại có thể dao động được và dao động của con lắc đơn có phải là dao động điều hòa hay không
Hs: Nhận thức vấn đề
I. THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN?
1. Cấu tạo: 
Con lắc đơn là một hệ gồm một vật nhỏ khối lượng m, một dây treo vật khối lượng không đáng kể
2. Vị trí cân bằng: 
- VTCB của con lắc là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng
- Khi kéo vật ra khỏi VTCB một góc nhỏ so với phương thẳng đứng rồi buông tay, vật dao động quanh VTCB trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua điểm treo và VT ban đầu của vật.
Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học
Gv ?/ Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động học nghĩa là phải làm gì?
HS: Thảo luận nhóm, đại diện trả lời
Gv - Dùng hình vẽ 3.1 SGK và vẽ thêm các thông tin về góc, cung chắn, và chiều dương, để giới thiệu cho HS khái niệm về li độ góc, li độ cong và dao động toàn phần của con lắc.
- và s có giá trị dương nếu con lắc lệch khỏi VTCB theo chiều dương và ngược lại
Hs: Tiếp nhận vấn đề
Gv ?/ hãy xác định các lực tác dụng lên vật m và đặc điểm của các lực đó khi vật ở VTCB và khi vật bị kéo ra khỏi VTCB?
Hs: Trả lời câu hỏi
Gv ?/ Chọn chiều dương từ trái sáng phải, gốc tọa độ cong tại VTCB O, Hãy xác định hợp lực tác dụng lên vật tại VTCB và vị trí bất kì trên quỹ đạo chuyển động?
G/y: Sử dụng kiến thức về phân tích lực thành 2 thành phần 
Gv ?/ Thành phần nào của lực ảnh hưởng đến tốc đô chuyển động của vật? các lực còn lại có vai trò gì?
Hs: Trả lời câu hỏi
Gv ?/ Dao động của con lắc đơn có phải là dao động điều hòa không?
Hs: Trả lời câu hỏi
G/y: Viết công thức tính lực thành phần , áp dụng định luật II Niu tơn và so sánh với dạng của phương trình của dao động điều hòa
Gv ?/ Rút ra điều kiện để dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa?
Hs: Trả lời câu hỏi
G/y: Hãy so sánh với công thức F = - kx
Gv ?/ Viết công thức tính chu kì của con lắc đơn?
Hs: Trả lời câu hỏi
G/y: Dựa vào công thức tính chu kì của con lắc lò xo
Gv ?/ Chu kì con lắc đơn phụ thuộc yếu tố nào?
Hs: Trả lời câu hỏi
II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC
1. Chọn chiều dương từ trái sang phải, gốc tọa độ cong tại VTCB. 
2. Xác định các lực tác dụng lên vật
* Tại VTCB: Vật chịu tác dụng của và lực căng . Hai lực này là hai lực này là hai lực cân bằng
* Khi vật bị kéo ra khỏi VTCB: trọng lực , lực căng , hai lực này không cân bằng nhau
 trong đó có phương vuông góc với quỹ đạo, có phương tiếp tuyến với quỹ đạo
 và lực căng không ảnh hưởng đến tốc độ của vật, hơp lực của chúng đóng vai trò là lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động trên cung tròn
 là lực kéo về
 =ma ( 3.1 )
 3.1 không có dạng của phương trình dao động điều hòa
* Nếu góc nhỏ thì ( rad ) khi đó ta có ( 3.2 )
 đóng vai trò của kdao động của con lắc đơn là dao động điều hòa với điều kiện góc lệch nhỏ
Vậy khi dao động nhỏ ( rad ), con lắc đơn dao động điều hòa theo phương trình ( 3.3 )
* Chu kì: ( 3. 4 )
 Trong đó 
Hoạt động 3: Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng
Gv ?/ Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng nghĩa là gì? 
Hs: Trả lời câu hỏi
Gv ?/ Viết biểu thức tính động năng, thế năng của con lắc đơn ở li độ góc ?
Hs: Trả lời câu hỏi
Gv ?/ Viết biểu thức tính cơ năng của con lắc đơn và xét tính bảo toàn của đại lượng này?
Hs: Trả lời câu hỏi
GV yêu cầu HS hoàn thành C3
HS hoàn thành C3
Gv: Như vậy trong quá trình dao động, luôn 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 ( nếu bỏ qua ma sát )
III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG
1. Động năng: 
2. Thế năng:
3. Cơ năng: 
= Hằng số
Vậy cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn
Hoạt động 4: Xác định gia tốc rơi tự do
Gv: Vì chu kì của con lắc không phụ thuộc vào khối lượng của con lắc mà phụ thuộc vào chiều dài dây treo và gia tốc trọng trường nên nếu đưa cùng một con lắc đến các vị tí có gia tốc trọng trường khác nhau thì sẽ dao động với chu kì khác nhau. Như vậy, nếu sử dụng con lắc đơn, chúng ta có thể xác định được gia tốc rơi tự do tại một nơi nào đó
Hs: Nghe và ghi nhớ
 Gv: Yêu cầu HS đọc SGK để tìm hiểu ứng dụng của dao động điều hòa của con lắc đơn để xác định gia tốc rơi tự do
Hs: Đọc SGK tìm thông tin
IV. ỨNG DỤNG XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO: (SGK)
4. Củng cố, vận dụng
	- GV hệ thống lại nội dung chính của bài
	- Yêu cầu học sinh vận dụng làm bài tập 4, 5, 6 SGK
5. Hướng dẫn tự học
- Học bài theo câu hỏi SGK
- Làm các bài tập trong SGK và SBT chuẩn bị cho tiết chữa bài tập