Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC
Bài: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
I. Mục tiêu:
- Thông qua quan sát để có khái niệm về chuyển động dao động.
- Biết các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hoà.
- Biết tính toán và vẽ đồ thị x(t), v(t) và a(t)-Hiểu rõ các khái niệm T và f - Biết viết điều kiện đầu tuỳ theo cách kích thích dao động và từ đó suy ra A và (. Củng cố kiến thức về dao động điều hoà.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên:+ Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây.
2. Học sinh: .
+ Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác.
+ Ý nghĩa vật lý của đạo hàm.
III.Tiến trình bài dạy :
1.Kiểm tra bài cũ:Không
2. Nội dung bài mới :
Hoạt động 1: Dao động , dao động tuần hoàn
HOẠT ĐỘNG CỦA G.V
HOẠT ĐỘNG CỦA H.S
NỘI DUNG

GV Nêu vớ dụ: gió rung làm bông hoa lay động; quả lắc đồng hồ đung đưa sang phải sang trái; mặt hồ gợn sóng; dây đàn rung khi gãy…
Chuyển động của vật nặng trong 3 trường hợp trên có những đặc điểm gì giống nhau ?
Dao động cơ học là gì ?

Nhận xét về các đặc điểm của các chuyển động này?
quan sát dao động của quả lắc đồng hồ từ đó đưa ra khái niệm dao động tuần hoàn
I. DAO ĐỘNG CƠ
1. Thế nào là dao động cơ
- Ví dụ : Chuyển động của quả lắc đồng hồ , dây đàn ghi ta rung động …
Khái niệm :
Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng.
2. Dao động tuần hoàn.
Dao động tuần hoàn: là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ
VD: Dao động của lắc đồng hồ

Hoạt động 2 : Phương trình dao động điều hòa , khái niệm dao động điều hòa .

Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm O, bán kính A, với vận tốc góc là
(rad/s)
Chọn C là điểm gốc trên đường tròn. Tại:
- Thời điểm ban đầu t = 0, vị trí của điểm chuyển động là M0, xác định bởi góc j.
- Thời điểm t ( 0, vị trí của điểm chuyển động là Mt, Xác định bởi góc (
t +
)
Xác đinh hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t
lên trục Oy
yêu cầu HS nêu đinh nghia dao động điều hòa
Nêu ý nghĩa vật lý của từng đại lượng trong công thức trên ?
Một dao động điều hòa có thể được coi như hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo.


Vẽ hình minh họa chuyển động tròn đều của chất điểm .

Xác định vị trí của vật chuyển động tròn đều tại các thời điểm t = 0 và tai thời điểm t ( 0

Xác định hình chiếu của chất điểm M tai thời điểm t ( 0
x = OP
= OMt cos ((t +
).
Nêu định nghĩa dao động điều hòa

Trả lời C1
cho biết ý nghĩa của các đại lượng:
+ Biên độ,
+ pha dao động,
+ pha ban đầu.
+ Li độ
+ Tần số góc

Tại thời điểm t, chiếu điểm Mt xuống x’x là điểm P ( có được tọa độ x = OP, ta có: x = OP = OMt sin((t +
).
Hay: x = A.sin ((t +
).
Vậy chuyển động của điểm P trên trục x’x là một dao động điều hòa.



II . PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA .
1Ví dụ .
Xét một điểm M chuyển động đều trên một đường tròn tâm 0, bán kính A, với vận tốc góc là
(rad/s)
Thời điểm t ( 0, vị trí của điểm chuyển động là Mt, Xác định bởi góc (wt + )
: x = OP = OMt cos ((t +
).
Hay: x = A.cos ((t +
).
A, ( ,
là các hằng số
2. Định nghĩa
Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian .

3. Phương trình
phương trình x=Acos((t+() thì:
+ x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB)
+A: gọi là biên độ dao động: là li độ dao động cực đại ứng với
cos((t+() =1.
+((t+(): Pha dao động (rad)
+ ( : pha ban đầu.(rad)
+ (: Gọi là tần số góc của dao động.(rad/s)

4. Chú ý :
Một điểm dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là một đoạn thẳng đó .

Hoạt động 3: Khái niện tần số góc , chu kì , tần số của dao động



Từ mối liên hệ giữa tốc độ góc , chu kì , tần số giao viên hướng dẫn hs đưa ra khái niệm chu kì tần số , tần số góc của dao động điều hòa .


đinh nghĩa các đại lượng chu kì tần số , tần số góc .

III. CHU KÌ ,TẦN SỐ , TẦN SỐ GÓC CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA .
1. Chu kì và tần số .
a. Chu kì (T):
C1 : Chu kỳ dao động tuần hoàn là khoảng thời gian ngắn nhất T sau đó trạng thái dao động lặp lại như cũ.
C2: chu kì của dao động điều hòa là khoản thời gian vật thực hiện một dao động .
b. Tần số (f)
Tần số của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây .
f =

T= t/n
n là số dao động toàn phần trong thời gian t
2. Tần số góc
kí hiệu là ( .
đơn vị : rad/s
Biểu thức :



Hoạt động 4: Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa .

Hãy viết biểu thức vận tốc trong giao động điều hòa?
Ở ngay tại vị trí biên, vị trí cân bằng, vật nặng có vận tốc như thế nào ??

Pha của vận tốc v như thế nào so với pha của ly độ x ?

GV; Viết biểu thức của gia tốc trong dao động điều hòa ?
Gia tốc và ly độ có đặc điểm gỡ ?
v = x’ = ((Asin((t + ()
x = ( A
v = 0

x = 0 : v = ( (A
Người ta nói rằng vận tốc trễ pha ( / 2 so với ly độ.


Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.
IV. VẬN TỐC GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA .
1. Vận tốc
v = x/ = -A(sin((t + (),
- vmax=A( khi x = 0-Vật qua vị trí cân bằng.
- vmin = 0 khi x = ( A ở vị trí biên
KL: vận tốc trễ pha ( / 2 so với ly độ.
2. Gia tốc .
a = v/ = -A(2cos((t + ()= -(2x
- |a|max=A(2 khi x = (A - vật ở biên
- a = 0 khi x = 0 (VTCB) khi đó Fhl = 0 .
- Gia tốc luôn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng)
KL : Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.

Hoạt động 5: Đồ thị của dao động điều hòa .




Hướng dẫn Hs vẽ đồ thị x,v,a trong
trường hợp ( = 0

x = Acos((t) = Acos(
t)
v = -A(sin(
t)
a = -A(2cos(
t)



Xác định li độ , vận tốc , gia tốc tại các thời điểm t= 0 , t = T/4 ,
t = T/2 , t = 3T/4 , t = T
V. ĐỒ THỊ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.
( Vẽ đồ thị cho trường hợp (=0.
t
 0 T/4 T/2 3T/4 T

x
 A 0 -A 0 A

v
 0 -A( 0 A( 0

a
-A(2 0 A(2 0 A(2



3.Củng cố dặn dò-Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 7,8 ,9, 10 ,11 trang 9 Sgk.
( Rút kinh nghiệm:


Bài 2: CON LẮC LÒ XO
I. Mục tiêu:
- Biết cách thiết lập về phương trình động lực học của con lắc lò xo.
- Biết cách tính toỏn và tỡm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo - Có kĩ năng giải các bài tập có liên quan - Củng cố sự bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tỏc dụng của lực thế.
( Kĩ năng:Vận dụng thành thạo công thức tính năng lượng vào dao động điều hòa. Nắm đơn vị các đại lượng.
II. Chuẩn bị:
1. Giáo viên:
+ Con lắc dây, con lắc lò xo đứng và ngang, đồng hồ bấm giây.
2. Học sinh: .
+ Ôn lại đạo hàm, cách tính đạo hàm của các hàm số lượng giác.
+ Ý nghĩa vật lý của đạo hàm.
+ Ôn lại các khái niệm: động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực thế.
III. Tiến trình bài dạy :
1.Kiểm tra bài cũ:
1/Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 trang 9 SGK
2/Bài tập 8,10 trang 9 SGK
2. Nội dung bài mới:
HOẠT ĐỘNG CỦA G.V
HOẠT ĐỘNG CỦA H.S
NỘI DUNG

Hoạt động 1: cấu tạo con lắc lò xo và nêu các phương án kích thích cho vật m dao động .



I . CON LẮC LÒ XO
1. Cấu tạo
+ một hòn bi có khối lượng m, gắn vào một lò xo có khối lượng không đáng kể
+ lò xo có độ cứng k
2 Cách kích thích dao động
- Kéo hòn bi ra khỏi vị trí cân bằng (O) một khoảng x = A, rồi buông tay,

Hoạt động 2: Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt định lượng

 Khi bi dao động, tại vị trí bất kỳ bi có li độ x. Phân tích các lực tác dụng vào bi?

Đặt : (2=
. Ta lại có: v=
=x/; a=
=v/=x// do đó viết lại: x// + (2x=0 (1); nghiệm của phương trình (1) là x=Acos((t+().

Trọng lực P = mg
phản lực, Q
lực đàn hồi. Fdh



+
+
= m .
(1)
( Fđh = m . a
Fđh = k . x


Thử lại nghiệm x=Acos((t+() là nghiệm của phương trình (1).










Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc lò xo ?


Trả lời câu hỏi C1






II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỊNH LƯỢNG











( Tại thời điểm t bất kỳ bi có li độ x. Lực đàn hồi của lò xo F =-kx.
( Áp dụng định luật II Niutơn ta có:
ma = –kx ( a +
x = 0
( Đặt : (2=
. Ta lại có: v =
=x/; a=
=v/=x// do đó viết lại: x// + (2x=0 (1) nghiệm của phương trình (1) là . x=Acos((t+().
* Đối với con lắc lò xo



* Lực kéo về :
- Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng.
- có độ lớn tỉ lệ với li độ

Hoạt động 3: Xây dựng biểu thức động năng thế năng , sự bảo toàn cơ năng


Khi vật chuyển động, động năng của vật được xác định như thế nào ?

( Wđ dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).


Dưới tác dụng của lực đàn hồi thế năng của vật được xác định như thế nào ?
( Wt dao động điều hoà với chu kỳ T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).

GV Hóy biến đổi toán học để dẫn đến biểu thức bảo toàn cơ năng. ??



Wđ =

Wđ=
m(2A2sin2((t+()

m(2A2

=
m(2A2-




Wt=


Wt=
m(2A2cos2((t+()
=
m(2A2

=
m(2A2 +



W = Wt + Wđ
W =
m(2A2[cos2((t + () + sin2((t + () )

W =
m(2A2 =
kA2 = const
: Cơ năng bảo toàn !
III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG
1. Động năng của con lắc lò xo


Wđ=
mv2 =
mA2(2sin2((t+() (1)
( Đồ thị Wđ ứng với trường hợp ( = 0

2. Thế năng của lò xo


Wt=
kx2 =
kA2cos2((t+() (2a)
( Thay k = (2m ta được:
Wt=
m(2A2cos2((t+() (2b)
( Đồ thị Wt ứng với trường hợp (
3. Cơ năng của con lắc lò xo .Sử bảo toàn cơ năng .



= hằng số
- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động .
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát .


Củng cố dặn dò:Trong mọi dao động điều hòa , cơ năng được bảo toàn.
1/ Trả lời câu hỏi 2,3 trang 13 SGK
Bài tập về nhà: Làm các bài tập: 4,5, 6 trang 13 Sgk
Rút kinh nghiệm :
………………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………