Giáo án vật lý - Bài tập về dao động điều hòa

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA. I. Mục tiêu: -Củng cố kiến thức về dao động cơ. -Rèn luyện cho HS kĩ năng giải bài tập về động học của dđđh, về con lắc lị xo, con lắc đơn, về năng lượng dao động. II. Chuẩn bị: GV: Chọn Bài tập với nội dung cần ơn luyện. Nắm bắt tình hình tiếp thu kiến thức v giải Bài tập của HS qua Bài 6, 7, 8. HS: Ơn tập tốt Bài 6, 7, 8. III. Tổ chức các hoạt động dạy học. Tiết 1. Hoạt động 1. Giải Bài tập với nội dung: - Xác định các đại lượng trong dđđh: x, v, a, T, f. - Thực hiện tính toán về năng lượng. GV giới thiệu nội dung Bài tốn: Vật có khối lượng m = 100g dđđh theo pt: 1) Xác định Bàiên độ, chu kì, tần số v pha ban đầu của dao động. 2) Vào thời điểm nào thì pha dao động đạt giá trị lúc ấy li độ bằng bao nhiêu? 3) Vật qua vị trí x = 1,25cm vào thời điểm nào? Phân Bàiệt thời điểm vật đi qua theo chiều dương, chiều âm? 4) Tìm thời gian vật dao động giữa hai vị trí x1 = -1,25cm v x2 = 2,5cm. 5) Tìm tốc độ trung bình của vật trong một chu kì dao động và năng lượng của dao động. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Cch giải Bài tốn -Hướng dẫn giải bài toán bằng việc nêu lần lượt các câu hỏi gợi ý: H1. Dạng pt tổng quát của dđđh? Pt li độ dao động (bài toán) cho ta xác định được các đại lượng nào? H2. Đại lượng nào là pha của dao động? Pha dao động có thay đổi theo thời gian ? H3. Bàiết thời điểm -Thảo luận nhĩm, thực hiện cc nội dung: +So sánh phương trình: 2,5cos 10 2 x t       với pt tổng qut:  cosx A t   Tìm kết quả. -Xác định (t + ) là pha dao động. C nhn thực hiện, giải tìm t ứng với 510 2 6 t        1)Tìm A, T, f,  từ pt: 2,5cos 10 2 x t       So snh với pt: 2cos 2,5 0,2 1 5 2 x A t T A cm T s f Hz T rad                       2)Tìm t để 510 2 6 t         t = 1/30 s. Tìm 2,5cos 10 2 x t       ứng với vật qua một vị trí xác định, có thể xác định vị trí thế nào? -Giải thích nội dung cu 3: Vì sao cĩ nhiều thời điểm vật qua vị trí xác định? -Hướng dẫn HS vận dụng kiến thức lượng giác. Lưu ý cách chọn nghiệm để thỏa điều kiện vẽ chiều chuyển động của vật. (Dùng phương trình: v = - Asin(t+)) Hướng dẫn chọn nghiệm để v > 0 hoặc v < 0. -Thu nhận kiến thức để vận dụng cho việc giải bài toán do GV cung cấp. Thảo luận nhóm, chọn cách giải thích hợp. t = 1/30(s): x =-2,16 3)Giải phương trình: 2,5cos 10 2 x t       = 1,5 . 10 2 2 3 t t k        +Qua vị trí theo chiều dương 10 2 2 3 5 (1) 60 5 t k kt            +Qua vị trí theo chiều m: 10 2 2 3 t k     4)Thời gian vật dao động giữa hai vị trí x1, x2: 1 1 1 1 1 (1) 2 | | 1sin 2 2 6 3 x OM rad                 Ta cĩ: t     Với  = 10 rad/s. H4. Nêu liên hệ giữa chuyển động trịn đều và dao động điều hịa? -Dùng mối liên hệ giữa hai chuyển động, hướng dẫn xác định thời gian dao động giữa hai vị trí. H5. Thời gian dao động giữa hai vị trí x1 v x2 và thời gian chuyển động trịn đều trên cung 1 2M M như thế nào? H6. Gĩc quay , tốc độ góc  và thời gian quay của chuyển động trịn đều liên hệ bằng Bàiểu thức nào? H7.Tốc độ trung bình được xác định thế nào? Trong một chu kì, qung đường vật di chuyển gấp mấy lần Bàiên độ? -Cá nhân thực hiện theo hướng dẫn của GV. Từ hình vẽ, GV hướng dẫn, thảo luận nhóm.  1 21 2 x xM M t t     2 1 3 15 rad t s     5)Tốc độ trung bình: Trong một chu kì: S = 4A; t = T 0,5 /Sv m s T   Năng lượng của dao động: 2 2 31 3,125.10 2 E m A J   Hướng dẫn HS cách xác định S một cách tổng quát: (Tính theo x1, x2 giữa hai vị trí vật dao động trong thời gian t) H8. Công thức tính năng lượng? -Ơn lại cch tính vận tốc trung bình ở lớp 10, vận dụng giải cho cu 5. Tiết 2. Bài tốn với nội dung: - Viết pt dao động điều hịa. - Năng lượng trong dao động điều hịa. Bài tốn: Một lị xo cĩ độ cứng k = 0,01N/cm treo thẳng đứng, đầu dưới lị xo mang vật năng m = 4g. a) Tính chu kì dao động của hệ. b) Đưa vật đến vị trí lị xo khơng Bàiến dạng rồi buông nhẹ. Chọn gốc thời gian lúc thả vật, gốc tọa độ ở vị trí cân bằng, trục tọa độ thẳng đứng có chiều dương là chiều lúc vật bắt đầu chuyển động. Viết pt dao động của vật. (Cho g = 10m/s2; 2 = 10) c)Xác định vị trí mà ở đó thế năng của vật bằng với động năng. d)Tính lực đàn hồi cực đại và cực tiểu của lị xo trong suốt qu trình dao động. Nêu lần lượt các câu hỏi gợi ý: H1. Chu kì dao động của hệ CLLX tính bằng công thức nào? H2. Ở vị trí cn bằng, lị xo như thế nào? Vị trí của vật lúc bắt đầu chuyển động xác định thế nào? Vận tốc của vật là bao nhiêu? H3. Trình by cch viết phương trình dao động. -Hướng dẫn HS về độ dn của lị xo ở VTCB, lưu ý về li độ ban đầu x0. -Hướng dẫn HS xác định góc . H4. Hy nu cch xc định góc . Có lưu ý gì về việc chọn gi trị  cho ph hợp nội dung Bài tốn? -Đọc và phân tích đề. -C nhn thực hiện cu a) -Thảo luận cách viết pt dao động. + Vẽ trục tọa độ thích hợp. M l0 O (VTCB) + Tính l0 a)Chu kì: 2 mT k  thay số m = 4.10-3kg; k = 1N/m  T = 0,4 (s) b)Viết pt dao động: -Tính 2 5 /rad s T     -Tính A. Lúc bắt đầu chuyển động: + x = - l0 = - 410-2m với 0 mgl k   + v = 0  A = 4.10-2 m Tính gĩc  với  l nghiệm của pt:  cosx A t    sinv A t     Với t = 0: x =- 4.10-2m; v = 0   =  rad/s. Kết quả:  24.10 cos 5x t m   H5. Viết Bàiểu thức tính cơ năng (theo thế năng và động năng) -Giải thích cho HS việc chọn giá trị x > 0 và x < 0 ở hai bên gốc tọa độ. -Vẽ hình, hướng dẫn HS xác định độ Bàiến dạng của lị xo ở một số trường hợp: l0 = A; l0  A. H6. Lực đàn hồi của lị xo tính bằng cơng thức no? Ở vị trí no của vật, lực đạt giá trị cực đại, cực tiểu? -C nhn thực hiện tính tốn gĩc . -Sử dụng pt cơ năng, cá nhân thực hiện tính toán kết quả. -Thảo luận nhóm, tính lực đàn hồi ở hai vị trí của vật: thấp nhất v cao nhất. b)Từ pt cơ năng: W = Wt + Wđ ; Wđ = Wt  W = 2Wt. 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2.10 2 kA kx Ax m      c)Lực đàn hồi: F = kl. +Ở vị trí thấp nhất: l = l0 + A.  Fmax = k(l0 + A) +Ở vị trí cao nhất: l = 0  Fmax = 0. Hoạt động 2: Củng cố - Dặn dị: - GV rút ra nhận xét chung về cách giải hai bài toán, rút ra những yêu cầu cơ bản về nội dung Bài tốn. - Yu cầu HS giải Bài tập ở nh: SBT VL. IV. Rút kinh nghiệm.