Giáo án và PPT Vật lí 11 kết nối Bài 2: Mô tả dao động điều hoà

BÀI 2: MÔ TẢ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA (2 TIẾT)

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV tổ chức cho HS chơi trò chơi để ôn tập và kiểm tra bài cũ về dao động điều hòa:

Có 9 mảnh ghép tương ứng với 9 câu hỏi liên quan đến kiến thức bài cũ. Yêu cầu HS lật từng mảnh ghép để trả lời câu hỏi.

Câu 1: Dao động nào sau đây là dao động tuần hoàn?

A. Dao động của chiếc thuyền nhấp nhô trên biển.

B. Dao động của cành cây khi gió thổi.

C. Dao động của con lắc đồng hồ.

D. Dao động của chiếc xích đu khi em bé đang chơi.

Câu 2: Dao động cơ là:

A. Dao động của vật qua lại vị trí xa nhất mà vật đi được.

B. Dao động của vật qua lại quanh vị trí gần nhất mà vật đi được.

C. Dao động của vật qua lại quanh vị trí cân bằng.

D. Dao động tuần hoàn.

Câu 3: Dao động điều hòa là:

A. Dao động được mô tả bằng 1 định luật dạng sin (hay cosin) đối với thời gian

B. Những chuyển động có trạng thái lặp đi lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau

C. Dao động có biên độ phụ thuộc vào tần số  riêng của hệ dao động.

D. Những chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại quanh 1 VTCB

Câu 4: Một vật thực hiện dao động điều hòa theo phương Ox với phương trình

 x=6.cos 10 t+3  cm. Biên độ dao động của vật là:

A. 10 cm                       B. 6 cm                          C. 3   cm                        D. 6 m

Câu 5: Một chất điểm dao động x = 10cos2πt (cm) có pha tại thời điểm t là :

A. 2π.                   B. 2πt.                  C. 0.                   D. π. 

Câu 6: Một vật nhỏ dao động điều hòa theo phương trình x = Acos10t (t tính bằng s), A là biên độ. Tại t = 2 s, pha của dao động là :

A. 10 rad.             B. 40 rad.             C. 5 rad                D. 20 rad. 

Câu 7: Một vật nhỏ dao động theo phương trình x = 5cos(ωt + 0,5π) (cm). Pha ban đầu của dao động là :

A. π.                    B. 0,5π.                         C. 0,25π.              D. 1,5π 

Câu 8: Cho hai dao động cùng phương, có phương trình lần lượt là: x₁ = 10cos(100πt − 0,5π) (cm), x₂ = 10cos(100πt + 0,5π) (cm). Độ lệch pha của hai dao động có độ lớn là: 

A. 0.                    B. 0,25π.                       C. π.                     D. 0,5π. 

Câu 9: Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một quỹ đạo dài 12 cm. Dao động có biên độ :

A. 12 cm              B. 24 cm                        C. 6 cm                D. 3 cm. 

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Hoạt động 1: Tìm hiểu các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà (biên độ, chu kì, tần số, tần số góc)

HS thảo luận trả lời câu hỏi: Hãy cho biết mối liên hệ giữa chu kì, tần số, tần số góc trong dao động điều hòa. Trong dao động điều hòa, những đại lượng nào là đại lượng xác định, không phụ thuộc vào thời điểm quan sát.

Sản phẩm dự kiến

Các đại lượng dùng để mô tả dao động điều hòa.

- Li độ x là độ dịch chuyển từ vị trí cân bằng đến vị trí của vật tại thời điểm t.

- Biên độ A là độ dịch chuyển cực đại của vật tính từ vị trí cân bằng.

- Chu kì: là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động, kí hiệu là T.

Đơn vị của chu kì dao động là giây (kí hiệu là s).

- Tần số: là số dao động mà vật thực hiện được trong một giây, kí hiệu là f.

Ta có: f = 1/T

Đơn vị của tần số là 1/s, gọi là héc (kí hiệu là Hz).

- Tần số góc: 

Cứ sau mỗi chu kì thì dao động của vật lặp lại như cũ. Như vậy, theo phương trình dao động, ta có:

x = Acos[ω(t + T)] = Acosωt

Theo tính chất của hàm cosin ta suy ra:

ωT = 2π hay ω = 2π/ T (rad/s)

Đại lượng ω được gọi là tần số góc.

Trong dao động điều hòa của mỗi vật thì bốn đại lượng: biên độ, chu kì, tần số và tần số góc là những đại lượng xác định, không phụ thuộc vào thời điểm quan sát. Vì thế chúng là những đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa.

II. PHA BAN ĐẦU. ĐỘ LỆCH PHA

Hoạt động 2: Tìm hiểu pha ban đầu, độ lệch pha giữa hai dao động cùng chu kì

Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên:

Đại lượng đặc trưng cho độ lệch về thời gian giữa hai dao động điều hòa cùng chu kì là? Nêu ý nghĩa của pha ban đầu và cho biết nó nằm trong khoảng giá trị nào?

Sản phẩm dự kiến

1. Pha ban đầu:

Pha ban đầu φ cho biết tại thời điểm bắt đầu quan sát, vật dao động điều hòa ở đâu và sẽ đi về phía nào. Nó có giá trị nằm trong khoảng từ -π đến π (rad).

2. Độ lệch pha giữa hai dao động cùng chu kì

Trong khoa học và trong kĩ thuật, độ lệch pha quan trọng hơn pha, vì nó là đại lượng không đổi, không phụ thuộc vào thời điểm quan sát.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Con lắc lò xo gồm lò xo khối lượng không đáng kể, một đầu cố định và đầu kia gắn với một viên bi nhỏ. Con lắc này đang dao động điều hoà theo phương nằm ngang. Lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên viên bi luôn hướng

A. theo chiều chuyển động của viên bi. 

B. về vị trí cân bằng của viên bi. 

C. ngược chiều chuyển động của viên bi. 

D. về vị trí biên.

Câu 2: Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng m và lò xo có độ cứng k không đổi, dao động điều hoà. Nếu khối lượng m = 200g thì chu kì dao động của con lắc là 2 s. Để chu kì con lắc là 1 s thì khối lượng m bằng

A. 200 g.

B. 100 g.

C. 50 g.

D. 800 g.

Câu 3: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng ở nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s². Khi vật ở vị trí cân bằng, lò xo giãn một đoạn 2,5 cm. Tính chu kì dao động của con lắc lò xo này.

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: B

Câu 2: C

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng 0,500 kg mắc với lò xo nhẹ có độ cứng 70,0 N/m. Con lắc dao động với biên độ 4,00 cm. Tính tốc độ của vật khi qua vị trí cân bằng.

Câu 2: Một con lắc đơn có chiều dài dây treo 1,2 m dao động điều hoà với biên độ 5,0 cm tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s². Tính tốc độ và gia tốc của con lắc khi qua vị trí có li độ 2,5 cm.