Giáo án Vật lý 12: Con lắc đơn

CON LẮC ĐƠN I. Mục tiêu bài học: 1. Kiến thức: Học sinh biết và hiểu được các khái niệm về con lắc đơn và các bước khảo sát chuyển động của con lắc đơn. Nắm được các công thức tính chu kì, năng lượng của con lắc đơn. Biết được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. 2. Kỹ năng: Áp dụng các công thức tính chu kì, tần số, năng lượng của con lắc đơn. Giải quyết được các bài tập định tính liên quan đến con lắc đơn 3. Thái độ: Rèn luyện cho học sinh có thái độ nghiêm túc trong học tập. Học sinh ứng dụng kiến thức đã học giải thích các hiện tượng đời sống. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: Chuẩn bị Powerpoint bài giảng. Con lắc đơn để làm thí nghiệm tại lớp. 2. Học sinh: Học bài cũ. Xem trước bài mới. III. Các hoạt động tại lớp: 1. Kiểm tra bài cũ 2. Giới thiệu sơ qua về bài mới 3. Tiến hành giảng dạy: Các hoạt động trên lớp Nôi dung bài học Hoạt động 1: Giới thiệu về con lắc đơn. Giáo viên giới vật dụng phục vụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm. Trình bày các khái niệm về con lắc đơn. Giáo viên đặt câu hỏi: Dao động của con lắc là dao động gì? Dao động đó có phải là dao động điều hoà không? I, Thế nào là con lắc đơn? Cấu tạo: Con lắc đơn gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo trên một sợi dây không dãn, chiều dài l. Vị trí cân bằng là vị trí vật có v=0, có phương thẳng đứng. Nếu kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một góc thì vật sẽ chuyển động xung quanh vị trí cân bằng cho đến khi dừng hẳn. Hoạt động 2: Chứng minh chuyển động của con lắc đơn là chuyển động đàn hồi ? Giáo viên tiến hành thí nghiệm, kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng một góc α và thả cho con lắc chuyển động. Xác định các lực tác động lên hệ vật, khi hệ đứng yên, và khi hệ chuyển động. Đưa ra quan điểm, lý luận. Chứng minh các công thức. Xây dựng các công thức và đưa ra công thức tính chu kỳ của con lắc đơn dựa trên lý thuyết. II, Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học: Vẽ hình: Xác định các lực tác dụng lên vật M ( vì sợi dây có khối lượng không đáng kể ): Khi dao động, các lực tác dụng lên vật M gồm: Trọng lực P , lực căng của sợi dây T. Áp dụng quy tắc hình bình hành, ta phân tách trọng lực P thành tổng của hai lực là Pn ( bằng lực căng của sợi dây về độ lớn ) và Pt , hay ta có thể viết là: P=Pn+Pt Xét tam giác vuông ∆PtPPn ta có: Pt=-mgsinα Vì α≪ (α<10°) thì sinα≈ α (rad) nên: Pt=-mgα=-mgsl Ta thấy mgl đóng vai trò tương tự như k trong con lắc lò xo, do đó gl có vai trò mk trong công thức tính chu kỳ của con lắc. Công thức tính chu kỳ của con lắc đơn (sinα≈α) : T=2πlg Phương trình chuyển động: S=Socosωt+φ Trong đó: So=lαo Hoạt động 3: Tìm năng lượng của con lắc đơn. Giáo viên đưa ra công thức tính động năng của con lắc đơn và đưa ra lời giải thích. Công thức tính thế năng của con lắc đơn ( chứng minh ). Cơ năng của con lắc đơn trong trường hớp không kể đến ma sát. III, Khảo sát dao động của con lắc về mặt năng lượng: Động năng của con lắc: Wđ=12mv2 Thế năng của con lắc là thế năng trọng trường của vật: Wt=mgl(1-cosα) Cơ năng của con lắc ( bỏ qua ma sát ): W=12mv2+mgl(1-cosα) ( W= Const ) Hoạt động 4: Ứng dụng của con lắc đơn Giáo viên giới thiệu cho học sinh về ứng dụng của con lắc đơn trong việc đo gia tốc trọng trường. Một số ứng dụng khác của con lắc đơn trong đời sống. IV, Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do: Con lắc lò xo được ứng dụng để đo gia tốc trọng trường của trái đất. Cho một đoạn dây chiều dài l, được nối đến tâm của một quả cầu khối lượng m, kéo quả cầu lệch góc α và cho dao động nhiều lần để tìm ra chu kì trung bình, sau đó người ta sẽ xác định được gia tốc trọng trường g theo công thức: g=4π2lT2 4. Củng cố kiến thức và làm bài tập: Giáo viên kiểm tra lại các khái niệm, chuyển động của con lắc đơn, giải thích lại thí nghiệm, các công thức tính chu kỳ, động năng, thế năng, cơ năng, ứng dụng của con lắc đơn trong việc đo gia tốc trọng trường trái đất thông qua một số bài trắc nghiệm nhỏ. 5. Tổng kết buổi học: Giáo viên đưa ra đánh giá về buổi học. Giáo viên hướng dẫn các bài tập khó, hướng dẫn cách tự học ở nhà, yêu cầu học sinh làm bài tập và chuẩn bị cho bài học dao động tắt dần, dao động cưỡng bức.