Giáo án Vật lý 12 tiết 5: Con lắc lò xo

Ngày soạn: Tuần dạy: Tiết 5 CON LẮC LÒ XO A. Xác định vấn đề cần giải quyết - Xác định được loại dao động của con lắc lò xo- dao động điều hòa - Nắm được các đại lượng đặc trương của dao động điều hòa con lắc lò xo B. Mục tiêu bài học 1. Kiến thức +Nắm được dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa + Các đại lượng dđ đh trong con lắc lò xo 2. Kỹ năng: + Nhận biết được dao động điều hòa của con lắc lò xo + Viết được các phương trình trong dao động điều hòa của con lắc lò xo : x; v;a;Wđ; Wt ..... + Tính toán được các đại lượng dựa trên mối liên hệ giữa chúng + Vẽ được đồ thị của li độ; vận tốc... theo thời gian; hoặc giữa các đại lượng 3. Thái độ: - Hứng thú học tập. - Quan tâm đến các dao động trong thực tế. 4. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh - Năng lực thí nghiệm; quan sát rút ra quy luật của dao động - Năng lực tính toán: - Khả năng giả quyết vấn đề thông qua một hệ thống câu hỏi; tóm tắt những thông tin liên quan . - Rèn năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề. - Năng lực hoạt động nhóm. - Năng lực thể chất, tinh thần: Có niềm tin vào sự đúng đắn của khoa học C. Tiến trình dạy học 1. Ổn định lớp : 1 phút 2. Kiểm tra bài cũ: Thế nào là dao động cơ, dao động điều hòa, nêu các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa? 3. Bài mới: I. Hoạt động 1: Khởi dộng - Mục tiêu: Tìm ra biểu thức lực gây ra dao động điều hòa; Tìm nghiệm phương trình vi phân bậc 2 B1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập Giáo viên yêu cầu quan sát và phân tích các lực tác dụng vào vật Tìm ra biểu thức lực tổng quát gây gia tốc cho vật dao động B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập -Học sinh hoạt động theo nhóm quan sát và hoàn thành nhiệm vụ vào phiếu học tập - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung B3: Báo cáo kết quả và thảo luận Học sinh báo cáo kết quả hoạt động theo nhóm NỘI DUNG KIẾN THỨC Các lực tác dụng P; N: Fđh Lực gây ra gia tốc cho vật dao động có dạng F = -kx B4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập Nhận xét về quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh; phân tích, nhận xét, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ và những ý kiến thảo luận của học sinh. + Thông qua sản phẩm học tập: Báo cáo của HS tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. II. Hoạt động 2: Hình thành kiến thức 1. Hoạt động 1: Cấu tạo của con lắc lò xo ;Xây dựng phương trình dao động điều hòa Mục tiêu hoạt động Từ quan sát thực tế con lắc nêu cấu tạo và đưa ra được phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo. Gợi ý tổ chức hoạt động B1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập Giáo viên chia lớp theo nhóm để hoàn thành bài tập: + Qua quan sát con lắc lò xo; xác định cấu tạo con lắc lò xo + Chứng tỏ phương trình con lắc là phương trình vi phân bậc 2: + Có nghiệm x = A Cos(ωt +φ) B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập -Học sinh hoạt động theo nhóm quan sát và hoàn thành nhiệm vụ vào phiếu học tập - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung B3: Báo cáo kết quả và thảo luận Học sinh báo cáo kết quả hoạt động theo nhóm NỘI DUNG KIẾN THỨC Sản phẩm của hoạt động Cấu tạo Gồm một vật nho, khối lượng m gắn vào đầu của một lò xo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể. Đầu kia của lò xo được giữ cố định. Vât m có thể trượt trên một mặt phẵng ngang không có ma sát. Phương trình chuyển động Vật chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực , phản lực và lực đàn hồi . Theo định luật II Newton: m= ++ Chiếu lên trục Ox ta có: ma = F = - kx ð a = - x. Đặt w2 = ta có: a = - w2 x Nghiệm của phương trình này có dạng : x = Acos(wt + j) B4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập Nhận xét về quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh; phân tích, nhận xét, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ và những ý kiến thảo luận của học sinh. + Thông qua sản phẩm học tập: Báo cáo của HS tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. 2. Hoạt động 2: Các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa của con lắc lò xo Mục tiêu hoạt động Xây dựng các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa vạn tốc; gia tốc ; chu kỳ T tần số f . B1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập Giáo viên chia lớp theo nhóm để hoạt động trả lời các câu hỏi sau: Thế nào là chu kỳ; tần số? Xây dựng công thức xác định vận tốc; gia tốc; động năng thế năng; cơ năng trong dao động điều hòa? B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập -Học sinh hoạt động theo nhóm quan sát và hoàn thành nhiệm vụ vào phiếu học tập - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung B3: Báo cáo kết quả và thảo luận Học sinh báo cáo kết quả hoạt động theo nhóm NỘI DUNG KIẾN THỨC Sản phẩm hoạt động: . 1Tần số góc và chu kì Tần số góc: w = . Chu kì: T = = . 2. Động năng của con lắc lò xo Wđ = mv2 = mw2A2sin2(wt+j) = kA2sin2(wt + j) . 3. Thế năng của con lắc lò xo Wt = kx2 = k A2cos2(wt + j) 4.. Cơ năngcủa con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng W = Wt + Wđ = k A2 = mw2A2 = hằng số. B4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập Nhận xét về quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh; phân tích, nhận xét, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ và những ý kiến thảo luận của học sinh. + Thông qua sản phẩm học tập: Báo cáo của HS tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. III. Hoạt động 3: Luyện tập - 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 B1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập Hoạt động cá nhân làm bài tập trác nghiệm khách quan 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 , độ cứng k và vật nhỏ khối lượng m dao động điều hòa với tần số góc . Hệ thức nào sau đây đúng? A. B. C. D. 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 = Acoswt. Mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng. Cơ năng của con lắc là: A. mwA2 B. mwA2 C. mw2A2 D. mw2A2 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. . B. . C. . D. 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 B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập - Học sinh suy nghĩ độc lập, giải quyết các bài tập - Thông qua quan sát: GV chú ý quan sát để kịp thời phát hiện những khó khăn, vướng mắc của HS và có giải pháp hỗ trợ hợp lí. B3: Báo cáo kết quả và thảo luận - Học sinh lên bảng trình bày - Học sinh khác nhận xét, bổ sung Sản phẩm hoạt động: Câu 1 2 3 4 5 Đáp án C D D B A B4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập trong phiếu học tập số. GV tổ chức cho HS chia sẻ, thảo luận tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. IV. Hoạt động 4: Vận dụng - Mục tiêu: Học sinh rèn luyện để hình thành kỹ năng kỹ sảo khi làm bài Tìm hiểu vai trò dao động điều hòa con lắc lò xo trong đời sống, kĩ thuật (học sinh làm việc ở nhà và báo cáo thảo luận ở lớp). B1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập Hoàn thành phiếu học tập 4 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 = 40p 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. p/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 = sin(10t) cm B. x = sin(10t + 3π/4) cm C. x = 8sin(10t + 3π/4) cm D. x = sin(10t - π/4) cm Câu 4. Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa với phương trình: x = 5cos(10pt + p/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 + p/6) cm. Tính thế năng dao động tại thời điểm t = p/10 s A. 1,5 mJ B. 2 mJ C. 7,5 mJ D. 3 mJ B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập - Học sinh suy nghĩ độc lập, giải quyết các bài tập - Thông qua quan sát: GV chú ý quan sát để kịp thời phát hiện những khó khăn, vướng mắc của HS và có giải pháp hỗ trợ hợp lí. B3: Báo cáo kết quả và thảo luận - Học sinh lên bảng trình bày - Học sinh khác nhận xét, bổ sung Sản phẩm hoạt động: Câu 1 2 3 4 5 6 Đáp án A A B A C C B4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập trong phiếu học tập số. GV tổ chức cho HS chia sẻ, thảo luận tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. V. Dặn dò, giao nhiệm vụ Ôn tập lại các công thức, làm các bài tập sgk, ôn tập chuẩn bị cho tiết bài tập Tam Điệp, ngày tháng năm 2018 NGƯỜI DUYỆT NGƯỜI SOẠN ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Thành Chung