Giáo án điện tử Vật lí 11 kết nối Bài 3: Vận tốc, gia tốc trong dao động điều hoà

THÂN MẾN CHÀO CÁC EM HỌC SINH ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI !

KHỞI ĐỘNG

Ta có thể dựa vào đồ thị (x – t) của dao động điều hòa để xác định vận tốc và gia tốc của vật được không?

BÀI 3:

VẬN TỐC, GIA TỐC TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

NỘI DUNG BÀI HỌC

Vận tốc của vật dao động điều hòa

Gia tốc của vật dao động điều hòa

I VẬN TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Phương trình của vận tốc

Dựa vào hình ảnh về đồ thị (x – t) của một vật dao động điều hòa Hình 3.1 SGK. Hãy xây dựng phương trình vận tốc.

• Phương trình của vận tốc là:
• Vận tốc của vật dao động điều hòa cũng biến thiên tuần hoàn theo quy luật hàm sin (cosin) cùng chu kì T của li độ.
• Độ lớn của vận tốc:

Thay , ta được:

• Khi vật ở vị trí cân bằng thì .
• Khi vật ở vị trí biên thì v = 0.

2. Đồ thị của vận tốc

Đồ thị vận tốc của dao động điều hòa có dạng hình gì?

Kết luận: Đồ thị vận tốc của một dao động điều hòa là một đường hình sin.

Hoạt động (SGK – tr14)

Xác định độ dốc của đồ thị trên Hình 3.1 tại các điểm C, D, E, G, H bằng cách đặt một thước kẻ (loại 20cm) cho mép của thước tiếp xúc với đồ thị li độ - thời gian tại các điểm đó. Từ độ dốc của thước, hãy so sánh độ lớn vận tốc của vật tại các điểm C, E, H.

TRẢ LỜI

Độ dốc tại điểm D lớn nhất, độ dốc tại điểm E và H bằng 0, độ dốc tại điểm C bằng độ dốc tại điểm G. Do vậy, ta suy ra vận tốc tại điểm D đạt cực đại, vận tốc tại điểm E và H bằng 0, vận tốc tại C và G bằng nhau.

Câu hỏi (SGK – tr15)

Câu 1. So sánh đồ thị của vận tốc (Hình 3.2) với đồ thị của li độ (Hình 3.1), hãy cho biết vận tốc sớm pha hay trễ pha bao nhiêu so với li độ.

Câu 2. Trong các khoảng thời gian: từ 0 đến  , từ    đến  , từ    đến  , từ    đến  T, vận tốc của dao động điều hòa thay đổi như thế nào?

Câu trả lời 1:

Vận tốc sớm pha  so với li độ

Câu trả lời 2:

Từ 0 đến   : vận tốc có giá trị thay đổi từ 0 đến

Từ    đến   : vận tốc có giá trị thay đổi từ  đến 0

Từ    đến   : vận tốc có giá trị thay đổi 0 đến

Từ    đến  T: vận tốc có giá trị thay đổi  đến 0 theo chiều dương

II GIA TỐC CỦA VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Phương trình của gia tốc

Dựa vào hình ảnh về đồ thị (x – t) của một vật dao động điều hòa Hình 3.2 SGK. Hãy xây dựng phương trình gia tốc.

• Phương trình của gia tốc là:

Thay   ta được:

• Khi vật ở vị trí cân bằng thì a = 0.
• Khi vật ở vị trí biên thì gia tốc có giá trị a

2. Đồ thị của gia tốc

Đồ thị gia tốc của dao động điều hòa có dạng hình gì?

Kết luận: Đồ thị gia tốc của một dao động điều hòa là một đường hình sin.

Hoạt động (SGK – tr15)

1. Dùng thước kẻ (loại 20cm) để xác định xem trên đồ thị (v – t) Hình 3.2, tại thời điểm nào độ dốc của đồ thị bằng 0 và tại thời điểm nào độ dốc của đồ thị cực đại. Từ đó, so sánh độ lớn của gia tốc trên đồ thị (a – t) Hình 3.3 ở các thời điểm tương ứng.
2. Phương trình dao động của một vật là (cm). Hãy viết phương trình vận tốc, gia tốc và vẽ đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian của vật.

Trả lời

1. Độ dốc của đồ thị bằng 0 tại các thời điểm: và .

Độ dốc của đồ thị đạt cực đại tại các thời điểm: t = 0;  và t = T.

Từ đó suy ra:

Gia tốc của dao động bằng 0 tại các thời điểm:  và .

Gia tốc của dao động đạt giá trị cực đại tại các thời điểm: t = 0;  và t = T.

2. (cm/s); (cm/s²).

Câu hỏi (SGK – tr15)