Giáo án điện tử Vật lí 11 chân trời Bài 3: Năng lượng trong dao động điều hoà

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

Tiến hành thí nghiệm Hình 3.1.

Đặt một tấm gỗ cố định lên tường, đưa vật nặng của con lắc đến vị trí tiếp xúc với tấm gỗ và thả nhẹ để vật nặng bắt đầu chuyển động không vận tốc ban đầu.

Khi dao động, vật nặng có va chạm vào tấm gỗ hay không? Vì sao?

Trong quá trình dao động, vật nặng có những dạng năng lượng gì và sự chuyển hóa giữa chúng như thế nào?

Hình 3.1. Thí nghiệm với con lắc đơn

BÀI 3: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

NỘI DUNG BÀI HỌC

1. Thế năng trong dao động điều hòa
2. I Động năng trong dao động điều hòa

III. Sự chuyển hóa năng lượng và bảo toàn cơ năng trong dao động điều hòa

1. Thế năng trong dao động điều hòa
2. Biểu thức của thế năng trong dao động điều hòa

• Xét hệ con lắc lò xo dao động điều hòa. Khi chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng, ta được thế năng trong dao động điều hòa:   
• Kết hợp với công thức
• Thế năng trong dao động điều hòa được tính theo công thức:

  (3.2)

Thảo luận 1 (SGK – tr22)

Dựa vào công thức (3.2) và Hình 3.2, mô tả sự thay đổi của thế năng trong một chu kì dao động của vật.

Khi vật thực hiện một dao động toàn phần, thế năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với giá trị thay đổi từ 0 đến có hai lần đạt giá trị cực tiểu và hai lần đạt giá trị cực đại. Tức là thế năng của vật dao động điều hòa đã biến thiên tuần hoàn được hai chu kì.

KẾT LUẬN

• Thế năng trong dao động điều hòa được tính theo công thức:
• Do hàm cos (hoặc sin) bình phương có giá trị thay đổi từ 0 đến 1 nên thế năng trong dao động điều hòa có giá trị thay đổi từ 0 đến W_tmax với là giá trị cực đại của thế năng.

2. Sự biến đổi của thế năng theo thời gian

Thảo luận 2 (SGK – tr23)

So sánh chu kì, tần số biến thiên của thế năng với chu kì, tần số dao động của vật.

Trả lời

Thế năng trong dao động điều hòa biến thiên theo thời gian với tần số gấp hai lần tần số dao động của vật và với chu kì bằng một nửa chu kì dao động của vật.

KẾT LUẬN

• Kết hợp công thức thế năng  và phép biến đổi lượng giác , ta có:

• Như vậy, thế năng trong dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng hai lần tần số góc của li độ.

Luyện tập (SGK – tr23)

Một số tòa nhà cao tầng sử dụng các con lắc nặng trong bộ giảm chấn khối lượng (mass damper) để giảm thiểu sự rung động gây ra bởi gió hay những cơn địa chấn nhỏ.

Giả sử vật nặng của con lắc có khối lượng 3,0.10⁵ kg, thực hiện dao động điều hòa với tần số 15 Hz với biên độ dao động là 15 cm. Hãy xác định thế năng cực đại của hệ con lắc trong bộ giảm chấn khối lượng.

Trả lời

Thế năng cực đại của hệ con lắc trong bộ giảm chấn khối lượng là:

J

1. Động năng trong dao động điều hòa
2. Biểu thức của động năng trong dao động điều hòa

Dựa vào công thức xác định động năng của một vật và phương trình vận tốc của vật dao động điều hòa, hãy xây dựng công thức tính động năng của vật dao động điều hòa 

• Động năng của một vật được xác định bởi công thức:
• Phương trình vận tốc của vật dao động điều hòa có dạng:
• Động năng của vật dao động điều hòa được tính theo công thức:

KẾT LUẬN

• Động năng của vật dao động điều hòa được tính theo công thức:

  (3.5)

• Động năng của vật dao động điều hòa có giá trị thay đổi từ 0 đến W_đmax với  là giá trị cực đại của động năng.

Thảo luận 3 (SGK – tr23)

Dựa vào công thức (3.5) và Hình 3.3, hãy mô tả sự thay đổi của động năng trong một chu kì dao động của vật.

Thảo luận 3 (SGK – tr23)

Khi vật thực hiện một dao động toàn phần, động năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với giá trị thay đổi từ 0 đến , có hai lần đạt giá trị cực tiểu và hai lần đạt giá trị cực đại.

Tức là động năng của vật dao động điều hòa đã biến thiên tuần hoàn được hai chu kì.

Thảo luận 3 (SGK – tr23)

Khi vật thực hiện một dao động toàn phần, động năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với giá trị thay đổi từ 0 đến , có hai lần đạt giá trị cực tiểu và hai lần đạt giá trị cực đại.

Tức là động năng của vật dao động điều hòa đã biến thiên tuần hoàn được hai chu kì.

Luyện tập (SGK – tr24)

Một vật có khối lượng 2 kg dao động điều hòa có đồ thị vận tốc – thời gian như Hình 3.4. Xác định tốc độ cực đại và động năng cực đại của vật trong quá trình dao động.