Vật lý 12 - Bài 4 – Tiết 7: Dao động tắt dần – dao động cưỡng bức

GIÁO ÁN SINH HOẠT CỤM CHUYÊN MÔN MÔN : VẬT LÍ 12 Bài 4 – Tiết 7: DAO ĐỘNG TẮT DẦN – DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC. I. Mục tiêu bài học. 1. Về kiến thức. - Nêu được dao động riêng, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì. - Nêu được các đặc điểm của dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức. - Nêu được các điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng. 2. Về kĩ năng. - Vận dụng được các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao về hiện tượng cộng hưởng trong SGK hoặc SBT vật lý 12. - Giải thích được một số hiện tượng thực tế thể hiện mặt có lợi, không có lợi của từng loại dao động. 3. Về thái độ. - Hứng thú với môn học, tích cực tham gia xây dựng bài. - Biết liên hệ kiến thức với các hiện tượng thực tế. 4. Năng lực hướng tới. 4.1. Năng lực sử dụng kiến thức: - Sử dụng kiến thức đã học vào việc giải thích nguyên nhân gây ra dao động tắt dần, cách làm cho dao động vẫn được duy trì mà không bị tắt. - Vận dụng kiến thức về năng lượng của dao động để giải các bài tập đơn giản về dao động tắt dần. 4.2 Năng lực phương pháp: - Sử dụng ngôn ngữ vật lí nêu được khái niệm các loại dao động. - Đề xuất, giới thiệu các hiện tượng thực tế có liên quan đến dao động tắt dần, dao động duy trì và dao động cưỡng bức. - Lựa chọn kiến thức đã học về dao động, lực ma sát và năng lượng để xây dựng kiến thức mới. - Đề xuất được phương án thí nghiệm về dao động tắt dần, dao động cưỡng bức. 4.3 Năng lực trao đổi thông tin: - Thực hiện trao đổi, thảo luận trong nhóm để thực hiện các nhiệm vụ học tập. - Phối hợp với các thành viên trong nhóm khi thực hành. - Trình bày được nguyên tắc hoạt động cơ bản của đồng hồ quả lắc. 4.4 Năng lực cá thể: Kết hợp các kiến thức và công thức trong bài để tiến hành thí nghiệm, giải thích các tình huống thực tiễn. II/ Hình thức, phương pháp, kỹ thuật dạy học: 1/ Hình thức: Dạy học trên lớp. 2/ Phương pháp: Bàn tay nặn bột; PP giải quyết vấn đề; PP dạy học theo nhóm. 3/ Kỹ thuật dạy học: kỹ thuật giao nhiệm vụ; kĩ thuật đặt câu hỏi, kĩ thuật phim vi deo. III/ Chuẩn bị của GV và HS: 1/ Giáo viên: - Giao nhiệm vụ cho HS thực hiện ở nhà: chế tạo con lắc đơn, con lắc lò xo, cho con lắc đơn dao động trong môi trường không khí và nước, quan sát và nhận xét, giải thích? Tìm hiểu về đồng hồ quả lắc. - Chuẩn bị các dụng cụ thí nghiệm về dao động tắt dần của con lắc đơn và con lắc lò xo. - Thí nghiệm về dao động cưỡng bức, sự cộng hưởng. - Hệ thống câu hỏi và bài tập trắc nghiệm. - Máy tính, máy chiếu. 2/ Học sinh: - Thực hiện trước thí nghiệm về dao động tắt dần của con lắc đơn, con lắc lò xo. - Tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của con lắc đồng hồ. - Giải thích hiện tượng cầu sập khi có đoàn quân hành quân qua cầu; nước trong xô bị sóng sánh khi người xách bước đều. - Xem lại kiến thức về lực ma sát, dao động điều hòa, năng lượng của dao động.. IV/ Tiến trình dạy học: 1/ Tổ chức lớp: Lớp Tiết Ngày dạy Sĩ Số HS Vắng Ghi chú 12A2 7 2/ Kiểm tra bài cũ: Kết hợp trong quá trình tìm hiểu bài mới. 3/ Bài mới: 3.1. Hoạt động khởi động: GV yêu cầu HS tập trung quan sát các hình ảnh và trả lời câu hỏi: Điểm giống nhau về nguyên tắc hoạt động của các thiết bị là gì? GV cho học sinh quan sát một số hình ảnh về đồng hồ quả lắc, người đánh đu. GV giới thiệu: Trong thực tế, không phải vật nào cũng dao động mãi mãi sau khi được kích thích. Vậy nguyên nhân dẫn tới hiện tượng đó là gì? Làm thế nào để cho dao động của vật được duy trì lâu dài, chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài học ngày hôm nay. 3.2. Hoạt động hình thành kiến thức mới: 3.2.1: Hoạt động 1: Tìm hiểu về dao động tắt dần. Bước Hoạt động Chuyển giao nhiệm vụ GV giao nhiệm vụ cho cá nhân HS: 1. Dựa vào kết quả thực hiện thí nghiệm ở nhà, hãy lên trình bày lại thí nghiệm về dao động của con lắc đơn trong không khí và trong nước. 2. Nhận xét và giải thích hiện tượng? Nhiệm vụ của các nhóm: 3. Hiện tượng vừa quan sát được có những ứng dụng nào trong thực tế? Thực hiện nhiệm vụ Đại diện hai học sinh lên thực hiện thí nghiệm cho con lắc đơn dao động trong không khí và trong nước. Các HS khác quan sát. Các nhóm thảo luận về các thiết bị ứng dụng dao động tắt dần trong thực tế. + GV quan sát học sinh thực hiện nhiệm vụ, giúp đỡ khi học sinh gặp khó khăn. Báo cáo, thảo luận - Một học sinh nhận xét và so sánh dao động của con lắc trong hai trường hợp: cả hai trường hợp con lắc dao động một thời gian rồi dừng lại, con lắc dao động trong nước dừng lại nhanh hơn. Giải thích nguyên nhân dẫn đến dao động tắt dần là do ma sát. Các học sinh khác theo dõi, nhận xét và bổ sung. - Đại diện một nhóm học sinh trình bày các ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tế. - Nhóm khác nhận xét, bổ sung phần trình bày của nhóm trước. Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức. - GV nhận xét việc thực hiện nhiệm vụ của cá nhân các học sinh và của các nhóm, bổ sung thiếu sót. GV tóm tắt kiến thức cơ bản về dao động tắt dần. I. Dao động tắt dần 1. Thế nào là dao động tắt dần. Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian được gọi là dao động tắt dần 2. Giải thích Trong dao động của con lắc thì ma sát làm mất đi một phần năng lượng của dao động làm cho biên độ giảm dần. 3. Đặc điểm Dao động tắt dần có tần số (chu kì) không đổi, năng lượng và biên độ giảm dần theo thời gian. Môi trường càng nhớt dao động tắt dần càng nhanh. 4. Ứng dụng Dao động tắt dần được ứng dụng trong các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô, mô tô. . . 3.2.2: Hoạt động 2: Tìm hiểu về dao động duy trì. Bước Hoạt động Chuyển giao nhiệm vụ GV giao nhiệm vụ cho các nhóm HS: - Làm cách nào để dao động không bị tắt dần? Lấy ví dụ về cách làm cho dao động không bị tắt dần trong vài thiết bị thực tế? HS nhận nhiệm vụ. Thực hiện nhiệm vụ - HS hoạt động, thảo luận theo nhóm thực hiện nhiệm vụ GV giao, giải quyết vấn đề GV đặt ra ở phần khởi động. - GV theo dõi HS hoạt động, giúp đỡ các nhóm gặp khó khăn, đặt câu hỏi gợi ý: + Bình thường dao động của quả lắc đồng hồ hay đánh đu là dao động gì? + Việc lên dây cót hay lắp pin cho đồng hồ nhằm mục đích gì? + Tại sao mỗi khi cái đu lên đến vị trí cao nhất người đánh đu lại nhún người? Báo cáo, thảo luận - Một học sinh đại diện cho 1 một nhóm trình bày kết quả thảo luận của nhóm mình. - Nhóm khác nhận xét, bổ sung phần trình bày của nhóm trước. Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức. - GV nhận xét việc thực hiện nhiệm vụ của cá nhân các học sinh và của các nhóm, bổ sung thiếu sót. GV tóm tắt kiến thức cơ bản về dao động duy trì. HS ghi chép. II. Dao động duy trì 1. Thế nào là dao động duy trì. Để dao động không tắt dần người ta dùng thiết bị cung cấp năng lượng đúng bằng năng lượng tiêu tốn sau mỗi chu kì. Dao động như thế gọi là dao động duy trì. 2. Ứng dụng Dao động tắt dần được ứng dụng trong : + Đồng hồ quả lắc: Lên dây cót hay dùng pin để tích lũy năng lượng, năng lượng này được cung cấp cho con lắc sau mỗi chu kì. + Trò chơi đánh đu: Khi người nhún sẽ cung cấp năng lượng cho đu làm dao động của nó không tắt dần. 3.2.3: Hoạt động 3: Tìm hiểu về dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng. Bước Hoạt động Chuyển giao nhiệm vụ GV thực hiện thí nghiệm: Kích thích cho con lắc chủ dao động. Thay đổi chiều dài của con lắc chủ. Yêu cầu HS quan sát các con lắc được treo cùng con lắc chủ trên thanh nhôm và nhận xét. + Tại sao các con lắc treo trên thanh nhôm lại dao động khi con lắc chủ dao động? + Nêu khái niệm dao động cưỡng bức? + So sánh chu kì của các con lắc với chu kì của con lắc chủ? Khi nào mỗi con lắc dao động mạnh nhất? HS nhận nhiệm vụ. Thực hiện nhiệm vụ - HS theo dõi GV làm thí nghiệm, chú ý những nội dung GV giao để quan sát và nhận xét. - Trả lời các câu hỏi cụ thể của GV trong quá trình làm thí nghiệm: + Tại sao các con lắc treo trên thanh nhôm lại dao động khi con lắc chủ dao động? + Nêu khái niệm dao động cưỡng bức? + So sánh chu kì của các con lắc với chu kì của con lắc chủ? Khi nào mỗi con lắc dao động mạnh nhất? Giải thích? Báo cáo, thảo luận - Một học sinh trả lời, so sánh chu kì dao động của các con lắc trong mỗi trường hợp con lắc chủ có chiều dài khác nhau: chu kì của mỗi con lắc bằng chu kì của con lắc chủ cũng là chu kì của ngoại lực. - Khi chiều dài của con lắc chủ bằng chiều dài của con lắc chịu tác dụng của ngoại lực thì con lắc đó dao động với biên độ lớn nhất. - Nhóm khác nhận xét, bổ sung phần trình bày của nhóm trước. Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức. - GV nhận xét việc thực hiện nhiệm vụ của học sinh, giới thiệu khái niệm chu kì dao động riêng và các đặc điểm của dao động cưỡng bức thiệu, sự cộng hưởng; ứng dụng của cộng hưởng trong thực tế III. Dao động cưỡng bức 1. Thế nào là dao động cưỡng bức? Dao động được duy trì bằng cách tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. Gọi là dao động cưỡng bức. 2.Ví dụ. 3. Đặc điểm - Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi, tần số bằng tần số lực cưỡng bức. - Biên độ phụ thuộc vào biên độ lực cưỡng bức và sự chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của dao động. IV. Hiện tượng cộng hưởng 1. Định nghĩa Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng. * Điều kiện cộng hưởng: f = f0 2. Giải thích Khi f = f0 thì năng lượng được cung cấp một cách nhịp nhàng biên độ tăng dần lên. Biên độ cực đại khi tốc độ cung cấp năng lượng bằng tốc độ tiêu hao năng lượng 3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng - Hiện tượng cộng hưởng có hại: làm sập nhà cửa, cầu, xe xóc, nước sóng sánh khi đi - Hiện tượng cộng hưởng có lợi: hộp đàn guitar, violon. Hoạt động 3. Luyện tập. GV giao bài tập trắc nghiệm yêu cầu HS trả lời. Câu 1: Nguyên nhân gây ra dao động tắt dần của con lắc đơn dao động trong không khí là A. do trọng lực tác dụng lên vật. B. do lực căng của dây treo. C. do lực cản của môi trường D. do dây treo có khối lượng không đáng kể. Câu 2. Dao động duy tri là dao động tắt dần mà người ta đã A. làm mất lực cản của môi trường đối với vật dao động. B. tác dụng ngoại lực biến đổi điều hòa theo thời gian vào vật dao động. C. tác dụng ngoại lực vào vật dao động cùng chiều với chiều chuyển động trong một phần của chu kì. D. kích thích lại dao động sau khi dao động bị tắt hẳn. Câu 3: Nhận xét nào sau đây sai? A. Dao động tắt dần càng nhanh nếu lực cản của môi trường càng lớn. B. Dao động duy trì có chu kì bằng chu kì dao động riêng của con lắc. C. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. D. Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào tần số lực cưỡng bức. Câu 4. Có ba con lắc đơn treo cạnh nhau cùng chiều dài, ba vật bằng sắt, nhôm và gỗ (có khối lượng riêng: sắt > nhôm > gỗ) cùng kích thước và được phủ mặt ngoài một lớp sơn để lực cản như nhau. Kéo 3 vật sao cho 3 sợi dây lệch một góc nhỏ như nhau rồi đồng thời buông nhẹ thì A. con lắc bằng gỗ dừng lại sau cùng. B. cả 3 con lắc dừng lại một lúc. C. con lắc bằng sắt dừng lại sau cùng. D. con lắc bằng nhôm dừng lại sau cùng. Câu 5: Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào A. pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật. B. biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật. C. tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật. D. hệ số cản tác dụng lên vật. Câu 6: Hiện tượng cộng hưởng chỉ xảy ra với A. dao động điều hòa. B. dao động riêng. C. dao động tắt dần. D. dao động cưỡng bức. Hoạt động 4. Vận dụng - Lấy thêm ví dụ về thiết bị sử dụng trong thực tế có vận dụng kiến thức về dao động tắt dần, dao động duy trì và dao động cưỡng bức. Giải thích ? Bài 1: Một con lắc đơn dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3% phần năng lượng của con lắc bị mất sau mỗi chu kì là bao nhiêu phần trăm? ĐS: 5,91%. Bài 2: Một tàu hỏa chạy trên một đường ray, cứ cách khoảng 6,4 m trên đường ray lại có một rãnh nhỏ giữa chổ nối các thanh ray. Chu kì dao động riêng của khung tàu trên các lò xo giảm xóc là 1,6 s. Tàu bị xóc mạnh nhất khi chạy với tốc độ bằng bao nhiêu? ĐS: 4 m/s. Hoạt động 5: Tìm tòi, mở rộng và hướng dẫn học bài ở nhà. GV giao bài cho HS về nhà làm. Bài 1. Con lắc lò xo có độ cứng K, vật khối lượng m chuyển động với hệ số ma sát không đổi m tại nơi có gia tốc trọng trường g. Thời điểm ban đầu vật ở vị trí biên A. 1-Chứng minh rằng biên độ dao động của con lắc giảm đều sau mỗi chu kỳ ? Tính độ giảm đó ? 2-Vật thực hiện được bao nhiêu dao động thì dừng lại ? 3-Thời gian thực hiện dao động cho tới lúc dừng. 4-Tính độ giảm năng lượng sau mỗi chu kỳ. 5- Tính quãng đường vật đi được cho tới lúc dừng. 6-Vị trí vật có vận tốc cực đại ? 7-Tính vận tốc cực đại đó ? 8- Điều kiện có hiện tượng cộng hưởng là gì? * Hướng dẫn chuẩn bị bài sau: - Xem lại mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động diều hòa. - Xét vật m tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình lần lượt là: . Đặt x = x1 + x2. + Chứng minh x biểu thị li độ của một dao động điều hòa. + Tính biên độ và pha ban đầu của x?