Giáo án điện tử Vật lí 11 cánh diều Chủ đề 1 Bài 2: Một số dao động điều hoà thường gặp

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

Ở Hình 2.1, trong điều kiện không có lực cản, dao động của quả cầu với biên độ nhỏ là một ví dụ về dao động điều hoà.

Mô tả dao động điều hoà này như thế nào?­

Hình 2.1. Quả cầu dao động với biên độ A 

BÀI 2 MỘT SỐ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA THƯỜNG GẶP

NỘI DUNG BÀI HỌC

Con lắc đơn

Con lắc lò xo

Vận dụng các phương trình của dao động điều hòa

1. CON LẮC ĐƠN
2. Cấu tạo của con lắc đơn

• Quan sát dao động của con lắc đơn và trả lời câu hỏi
  • Hãy mô tả cấu tạo của con lắc đơn.
  • Nêu cách xác định vị trí cân bằng của con lắc đơn.

>>> 

• Con lắc đơn gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây mảnh hoặc một thanh nhẹ không giãn có chiều dài l.
• Nếu con lắc chỉ chịu tác dụng của trọng lực, khi vật ở vị trí cân bằng, dây treo có phương thẳng đứng.
• Con lắc đơn sẽ thực hiện dao động điều hòa sau khi quả cầu được kéo lêch khỏi vị trí cân bằng một đoạn nhỏ rồi buông tay.

2. Chu kì của con lắc đơn

Hãy nhận xét mối liên hệ giữa chu kì dao động của con lắc đơn và chiều dài dây treo.

• Chu kì dao động của con lắc đơn không phụ thuộc vào biên độ dao động mà chỉ phụ thuộc vào chiều dài dây treo và gia tốc rơi tự do tại nơi treo con lắc:
• Trong đó,

l là chiều dài dây treo, đơn vị đo là m.

g là gia tốc rơi tự do tại nơi treo con lắc, đơn vị đo là m/s².

T là chu kì dao động của con lắc, đơn vị đo là s.

Câu hỏi 1 (SGK – tr19)

Con lắc đơn trong đồng hồ quả lắc ở Hình 2.2 gồm một thanh nhẹ có chiều dài 0,994 m. Tính chu kì dao động của con lắc nếu đồng hồ được đặt ở nơi có gia tốc rơi tự do g = 9,8 m/s².

Trả lời

Chu kì dao động của con lắc là:

1. CON LẮC LÒ XO
2. Cấu tạo của con lắc lò xo

• Hãy mô tả cấu tạo của con lắc lò xo.
• Nêu cách xác định vị trí cân bằng của con lắc lò xo.
• Con lắc lò xo là một hệ dao động gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào một đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, đầu kia của lò xo được giữ cố định.
• Vị trí cân bằng là vị trí hợp lực tác dụng lên vật bằng 0.

2. Chu kì của con lắc lò xo

Hãy quan sát dao động của các con lắc lò xo thẳng đứng có vật treo khác nhau và nhận xét mối liên hệ giữa chu kì dao động của con lắc lò xo và khối lượng vật treo, độ cứng của lò xo.

- Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa, với chu kì được xác định bằng:

Trong đó

k là độ cứng của lò xo, đơn vị đo là N/m.

m là khối lượng của vật gắn với lò xo, đơn vị đo là kg.

T là chu kì dao động của con lắc, đơn vị đo là s.

Nhận xét

Chu kì dao động của cả con lắc lò xo và con lắc đơn đều không phụ thuộc vào biên độ dao động mà chỉ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của con lắc.

III. VẬN DỤNG CÁC PHƯƠNG TRÌNH CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Ví dụ (SGK – tr20)

Đồ chơi thú nhún như trong Hình 2.5 là một con lắc lò xo thẳng đứng. Trong đó, lò xo có độ cứng k = 150 N/m và khối đầu gắn trên lò xo có khối lượng m = 0,15 kg.

Khi con lắc đang ở vị trí cân bằng, dùng búa cao su gõ nhẹ vào khối đầu thú nhún theo phương thẳng đứng. Bỏ qua lực cản, con lắc dao động với phương trình:

Trong đó, x tính bằng cm, t tính bằng s.

1. a) Xác định chu kì và tần số góc của con lắc lò xo.
2. b) Viết phương trình li độ, phương trình vận tốc và phương trình gia tốc của con lắc lò xo này.
3. c) Xác định li độ, vận tốc và gia tốc của khối đầu thú nhún tại thời điểm t = 1,5 s.
4. a) Xác định chu kì và tần số góc của con lắc lò xo

• Chu kì dao động của con lắc lò xo được xác định bằng:

Thay số, ta có

• Tần số góc của con lắc lò xo: