Giáo án Vật lý lớp 12: Con lắc đơn

Ngày soạn: .../..../2018 Tuần dạy: Tiết CON LẮC ĐƠN A. Mục tiêu bài học 1. Kiến thức +Nắm được dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa + Các đại lượng dđ đh trong con lắc đơn 2. Kỹ năng: + Nhận biết được dao động điều hòa của con lắc đơn + Viết được các phương trình trong dao động điều hòa của con lắc đơn 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 B. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Con lắc đơn, bài tập ví dụ, phiếu học tập 2. Học sinh: - Tự chế tạo Con lắc đơn, SGK, giấy nháp, vở ghi. C. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 1. Ổn định lớp : 1 phút 2. Kiểm tra bài cũ: Kiểm tra trong bài 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 con lắc đơn 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 - 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(Hình thức báo cáo phù hợp với nội dung học tập và kĩ thuật dạy học tích cực được sử dụng; khuyến khích cho học sinh trao đổi, thảo luận với nhau về nội dung học tập; xử lí những tình huống sư phạm nảy sinh một cách hợp lí. - Học sinh báo cáo kết quả hoạt động theo nhóm - Học sinh khác nhận xét, bổ sung NỘI DUNG KIẾN THỨC Các lực tác dụng P; T Lực gây ra gia tốc cho vật dao động có dạng F = -kx B4: Đánh giá kết quả thục 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 báo cáo HS và sự góp ý, bổ sung của các HS khác, GV biết được các HS đã có những kiến thức nào, những kiến thức nào cần điều chỉnh, bổ sung II. Hoạt động 2:Hình thành kiến thức - Mục tiêu: 1. Cấu tạo của con lắc đơn; 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 đơn. 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 đơn + 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 Ở HĐ này GV cho HS HĐ nhóm là chủ yếu - HĐ chung cả lớp: GV mời một số HS lên trình bày kết quả/lời giải, các HS khác góp ý, bổ sung. GV giúp HS nhận ra những chỗ sai sót cần chỉnh sửa và chuẩn hóa kiến thức/phương pháp giải 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: Hình thức báo cáo phù hợp với nội dung học tập và kĩ thuật dạy học tích cực được sử dụng; khuyến khích cho học sinh trao đổi, thảo luận với nhau về nội dung học tập; xử lí những tình huống sư phạm nảy sinh một cách hợp lí. - Học sinh các nhóm đại diện trình bày - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung NỘI DUNG KIẾN THỨC * Cấu tạo Gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo vào ở đầu một sợi dây không dãn, có chiều dài l, có khối lượng không đáng kể. * Phương trình chuyển động Vị trí của vật m được xác định bởi li độ góc a hay bởi li độ cong s = la (a tính ra rad). Chọn chiều dương như hình vẽ. Vật chịu tác dụng của hai lực: Trọng lực và sức căng . Theo định luật II Newton: m= + Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo ta có: ma = Pt = - mgsina. Thành phần Pt = - mgsina của trọng lực là lực kéo về. Với a lớn (sina ¹ a) dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa. Với a < 100 (sina » a = ) thì: ma = - mg ð a = - s. Đặt w2 = . Ta có: a = -w2s Nghiệm của phương trình này là : s = S0cos(wt + j) B4: Đánh giá kết quả thục hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập . GV tổ chức cho HS chia sẻ, thảo luận tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. 2. Các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa của con lắc đơn 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 Ở HĐ này GV cho HS HĐ nhóm là chủ yếu - HĐ chung cả lớp: GV mời một số HS lên trình bày kết quả/lời giải, các HS khác góp ý, bổ sung. GV giúp HS nhận ra những chỗ sai sót cần chỉnh sửa và chuẩn hóa kiến thức/phương pháp giải 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: Hình thức báo cáo phù hợp với nội dung học tập và kĩ thuật dạy học tích cực được sử dụng; khuyến khích cho học sinh trao đổi, thảo luận với nhau về nội dung học tập; xử lí những tình huống sư phạm nảy sinh một cách hợp lí. - Học sinh các nhóm đại diện trình bày - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung NỘI DUNG KIẾN THỨC 1.Tần số góc và chu kì dao động Tần số góc : w = . Chu kì: T = = 2p. 2. Động năng Wđ = mv2. 3. Thế năng Wt = mgl(1 - cosa) = 2mglsin2. 4. Cơ năng Nếu bỏ mọi ma sát thì cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn và đúng bằng thế năng của nó ở vị trí biên: W = Wđ + Wt = mgl(1- cosa0) = 2mglsin2 = hằng số B4: Đánh giá kết quả thục hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập . GV tổ chức cho HS chia sẻ, thảo luận tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. III. Hoạt động 3: Luyện tập 1. Mục tiêu: Nhận biết được dao động điều hòa con lắc đơn Nắm được các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa con lắc đơn 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 nơi có gia tốc trọng trường g, một con lắc đơn có sợi dây dài đang dao động điều hòa. Tần số dao động của con lắc là A. B. C. D. Câu 2. Một con ℓắc đơn có chiều dài ℓ = 1m. Chu kỳ dao động của con ℓắc đơn ℓà? A. 1s B. 2s C. 3s D. 4s Câu 3. Tại cùng một địa điểm thực hiện thí nghiệm với con ℓắc đơn có chiều dài ℓ1 thì dao động với chu kỳ T1, con ℓắc đơn ℓ2 thì dao động với chu kỳ T2. Hỏi nếu thực hiện thực hiện thí nghiệm với con ℓắc đơn có chiều dài ℓ = ℓ1 +ℓ2 thì con ℓắc đơn dao động với chu kỳ T ℓà bao nhiêu? A. T = B. T2 = C. T2 = D. T = Câu 4: Tại một nơi trên mặt đất, một con ℓắc đơn dao động điều hòa. Trong khoảng thời gian Dt, con ℓắc thực hiện được 60 dao động toàn phần, thay đổi chiều dài con ℓắc một đoạn 44cm thì cũng trong khoảng thời gian Dt ấy, nó thực hiện 50 dao động toàn phần. Chiều dài ban đầu của con ℓắc ℓà A. 144cm B. 60cm C. 80cm D. 100cm Câu 5: Một con lắc đơn dao động điều hoà với biên độ góc a0 = 50. Tại thời điểm động năng của con lắc lớn gấp hai lần thế năng của nó thì li độ góc a xấp xỉ bằng A. 2,980 B. 3,540 C. 3,450 D. 2,890 B2: Thực hiện nhiệm vụ học tập Ở HĐ này GV cho HS HĐ nhóm là chủ yếu - HĐ chung cả lớp: GV mời một số HS lên trình bày kết quả/lời giải, các HS khác góp ý, bổ sung. GV giúp HS nhận ra những chỗ sai sót cần chỉnh sửa và chuẩn hóa kiến thức/phương pháp giải 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: Hình thức báo cáo phù hợp với nội dung học tập và kĩ thuật dạy học tích cực được sử dụng; khuyến khích cho học sinh trao đổi, thảo luận với nhau về nội dung học tập; xử lí những tình huống sư phạm nảy sinh một cách hợp lí. - Học sinh các nhóm đại diện trình bày - Học sinh khác nghe, nhận xét, bổ sung SẢN PHẨM HOẠT ĐỘNG Câu 1 2 3 4 5 Đáp án C B C D D B4: Đánh giá kết quả thục hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập . 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 , Tìm tòi mở rộng: 1. 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 Học sinh làm bài tập trắc nghiệm Tìm hiểu dao động điều hòa trong thực tiễn cuộc sống Câu 1. Một con lắc đơn có chiều dài l1 dao động điều hòa với chu kì T1 = 1,5 s. Một con lắc đơn khác có chiều dài l2 dao động điều hòa có chu kì là T2 = 2 s. Tại nơi đó, chu kì của con lắc đơn có chiều dài l = l1 + l2 sẽ dao động điều hòa với chu kì là bao nhiêu? A. T = 3,5 s B. T = 2,5 s C. T = 0,5 s D. T = 0,925 s Câu 2. Một con lắc đơn dao động nhỏ thực hiện 12 dao động toàn phần trong thời gian Dt. Nếu giảm bớt chiều dài của con lắc đi 16 cm, thì khi cho nó dao động nhỏ cùng thời gian Dt trên, nó thực hiện được 20 dao động toàn phần. Tính chiều dài ban đầu của con lắc là A. 15 cm B. 20 cm C. 25 cm D. 30 cm Câu 3. Một con lắc đơn dao động với biên độ góc a0 = 0,1 rad có chu kì dao động T = 1 s. Chọn gốc tọa độ là vị trí cân bằng, khi vật bắt đầu chuyển động vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của con lắc là A. a = 0,1cos(2πt) rad B. a = 0,1cos(2πt + π) rad C. a = 0,1cos(2πt + π/2) rad D. a = 0,1cos(2πt - π/2) rad Câu 4. Một con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ góc a0 nhỏ. Lấy mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Khi con lắc chuyển động chậm dần theo chiều âm đến vị trí có động năng bằng thế năng thì li độ góc a của con lắc bằng? A. B. C. D. Câu 5. Con lắc đơn có dây dài l = 50 cm, khối lượng m = 100 g dao động tại nơi g = 9,8 m/s2. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng. Tỷ số lực căng cực đại và cực tiểu của dây treo bằng 4. Cơ năng của con lắc là? A. 1,225 J B. 2,45 J C. 0,1225 J D. 0,245 J Câu 6. Một con lắc đơn có dây treo dài 1 m và vật có khối lượng m = 1 kg dao động với biên độ góc 0,05 rad. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng của vật, lấy g = 10 m/s2. Cơ năng của con lắc là: A. 0,125 J B. 0,012 J C. 0,0125 J D. 0,025 J 3. Sản phẩm hoạt động: Câu 1 2 3 4 5 6 Đáp án B C D D D C B4: Đánh giá kết quả thục hiện nhiệm vụ học tập + Thông qua sản phẩm học tập: Bài trình bày/lời giải của HS về các câu hỏi/bài tập . GV tổ chức cho HS chia sẻ, thảo luận tìm ra chỗ sai cần điều chỉnh và chuẩn hóa kiến thức. D. Dặn dò, giao nhiệm vụ Ôn tập lại các công thức, tự luyện giải các bài tập tương tự. Chuẩn bị bài dao động tắt dần- Vật lí 12 Tam Điệp, ngày tháng năm 2018 NGƯỜI DUYỆT NGƯỜI SOẠN ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Thành Chung