Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
Mô tả được sự trao đổi giữa thế năng và động năng của hệ bằng công thức và đồ thị.

2. Năng lực

Năng lực chung:

Năng lực tự học: Chủ động tích cực thực hiện các nhiệm vụ được đặt ra cho nhóm; tự điều chỉnh thái độ, hành vi của bản thân, bình tĩnh và có cách cư xử đúng khi giao tiếp trong quá trình làm việc nhóm.
Giao tiếp hợp tác: Thảo luận nhóm để thảo luận về động năng, thế năng và sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa.
Năng lực giải quyết vấn đề: Xác định được và biết tìm hiểu các thông tin liên quan đến động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa, đề xuất giải pháp giải quyết.

Năng lực vật lí:

Nêu được định nghĩa động năng, thế năng và cơ năng trong dao động điều hòa.
Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
Vận dụng được kiến thức để làm bài tập và giải thích được một số vấn đề trong thực tế.

3. Phẩm chất

Chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm trong học tập.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU:

1. Đối với giáo viên:

SGK, SGV, Giáo án.
Các hình vẽ và đồ thị trong SGK: Đồ thị sự biến thiên của động năng W_đ theo li độ x; Đồ thị sự biến thiên của thế năng W_t theo li độ x; Hình con lắc đơn, con lắc lò xo;…
Máy chiếu, máy tính (nếu có).

2. Đối với học sinh:

SGK, SBT Vật lí 11
Tư liệu, tranh ảnh, video,...liên quan đến nội dung bài học và các dụng cụ học tập theo yêu cầu của GV.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

A. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a. Mục tiêu: Trên cơ sở HS đã được học về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng ở lớp 10, nhắc lại một số ví dụ về sự chuyển hóa này trong đời sống và trong kĩ thuật để kết nối kiến thức vốn có của HS vào bài học mới.

b. Nội dung: GV cho HS thảo luận về một vài ví dụ trong đời sống và trong kĩ thuật có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.

c. Sản phẩm học tập: HS trả lời được những câu hỏi mà GV đưa ra để thảo luận về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.

d. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS nêu một vài ví dụ trong đời sống và trong kĩ thuật có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng.

- GV đặt câu hỏi yêu cầu HS thảo luận: Ở lớp 10, khi học về chuyển động của vật, ta đã biết có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật. Vậy trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa tương tự không?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận, đưa ra một vài ví dụ và trả lời câu hỏi.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời 1 – 2 bạn ngẫu nhiên đứng dậy trình bày suy nghĩ của mình.

(HS chưa cần trả lời chính xác và đầy đủ: ví dụ trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng)

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV tiếp nhận câu trả lời dẫn dắt HS vào bài: Để trả lời câu hỏi này chúng ta vào bài học ngày hôm nay: Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa.

B. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1. Tìm hiểu động năng trong dao động điều hòa

a. Mục tiêu: Từ đồ thị động năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của động năng theo li độ trong dao động điều hòa.

b. Nội dung: GV hướng dẫn để HS xây dựng công thức tính động năng.

c. Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về động năng trong dao động điều hòa.

d. Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 2. Tìm hiểu thế năng trong dao động điều hòa

a. Mục tiêu: Từ đồ thị thế năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự biến thiên của thế năng theo li độ trong dao động điều hòa.

b. Nội dung: GV hướng dẫn để HS xây dựng công thức tính thế năng.

c. Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về thế năng trong dao động điều hòa.

d. Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 3. Tìm hiểu cơ năng trong dao động điều hòa

a. Mục tiêu: Từ đồ thị động năng và thế năng theo li độ để tổ chức cho HS phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.

b. Nội dung: GV hướng dẫn để HS thấy trong dao động điều hòa có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của vật, rút ra công thức bảo toàn cơ năng.

c. Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về cơ năng trong dao động điều hòa.

d. Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 4. Tìm hiểu ứng dụng sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng vào con lắc lò xo và con lắc đơn

a. Mục tiêu: Vận dụng sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng vào con lắc lò xo và con lắc đơn là hai hệ dao động cơ đơn giản nhất. Xét xem chúng có phải là hệ dao động điều hòa hay không.

b. Nội dung: GV hướng dẫn HS vận dụng các kiến thức vừa xây dựng được về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng vào hai trường hợp con lắc lò xo và con lắc đơn dao động nhỏ ).

c. Sản phẩm học tập: HS rút ra được kiến thức về cơ năng của con lắc lò xo và con lắc đơn.

d. Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành 6 – 8 nhóm.

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm, nghiên cứu SGK và vận dụng các kiến thức vừa xây dựng được về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng vào hai trường hợp con lắc lò xo và con lắc đơn dao động nhỏ.

- GV đặt câu hỏi:

+ Biểu thức tần số góc của con lắc đơn và con lắc lò xo là gì?

+ Chu kì và tần số của con lắc lò xo và con lắc đơn được biểu diễn bởi công thức nào?

- HS làm việc theo nhóm, lắng nghe các câu hỏi, gợi ý của GV.

- GV yêu cầu đại diện các nhóm báo cáo kết quả.

- Sau khi HS phát biểu, GV nhận xét và phát biểu thành kết luận nội dung cơ năng của con lắc lò xo và con lắc đơn, yêu cầu HS ghi vào vở.

- Để củng cố kiến thức vừa xây dựng được cho HS, GV tổ chức để HS thực hiện các hoạt động và trả lời câu hỏi trong SGK.

*Hoạt động (SGK – tr22)

Làm thí nghiệm để xác nhận rằng khi góc lệch thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động.

*Câu hỏi (SGK – tr22)

Hãy chứng minh rằng, khi góc lệch nhỏ thì công thức trở thành công thức

*Hoạt động (SGK – tr22)

Một con lắc lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m.

1. Tính chu kì T.

2. Đo chu kì T bằng đồng hồ. So sánh kết quả thu được với kết quả tính ở câu 1.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung luyện tập.

IV. CƠ NĂNG CỦA CON LẮC LÒ XO VÀ CON LẮC ĐƠN

1. Con lắc lò xo

- Nếu chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc lò xo khi vật ở li độ x là:

Với k là độ cứng của lò xo.

Tần số góc của con lắc lò xo là:

Chu kì của con lắc lò xo là: .

Cơ năng của con lắc lò xo là:

2. Con lắc đơn

- Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc .

- Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.

Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc ở li độ góc là: .

- Khi góc nhỏ thì , thay vào ta được:

- Khi góc lệch nhỏ , con lắc đơn dao động điều hòa với tần số góc hay với chu kì: .

*Hoạt động (SGK – tr22)

1. HS đổi theo đơn vị rad và tính sin để so sánh.

* Câu hỏi (SGK – tr22)

Ta có: với rất nhỏ ( tính theo rad).

Khi đó: với .

Suy ra: .

*Hoạt động (SGK – tr22)

1. Lựa chọn một lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m biết trước, rồi tính chu kì T theo công thức

2. Gắn vật nặng vào lò xo rồi treo theo phương thẳng đứng để tạo được một con lắc lò xo rồi treo theo phương thẳng đứng để tạo được một con lắc lò xo như Hình 1.1a SGK. Dùng đồng hồ bấm giây kết hợp với đếm số chu kì (n) con lắc thực hiện được trong thời gian tương ứng. Xác định chu kì của con lắc , để so sánh với kết quả chu kì T tính ở câu a.

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a. Mục tiêu: HS củng cố lại kiến thức thông qua hệ thống câu hỏi trắc nghiệm.

b. Nội dung: GV trình chiếu câu hỏi, HS suy nghĩ trả lời.

c. Sản phẩm học tập: HS đưa ra được các đáp án đúng.

d. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV trình chiếu lần lượt các câu hỏi trắc nghiệm:

Khoanh tròn vào đáp án đúng:

Câu 1: Đại lượng nào sau đây tăng gấp đôi khi tăng gấp đôi biên độ của dao động điều hòa của con lắc lò xo?

A. Cơ năng của con lắc. B. Động năng của con lắc.

C. Vận tốc cực đại. D. Thế năng của con lắc.

Câu 2: Cơ năng của một chất điểm dao động điều hòa tỉ lệ thuận với

A. chu kì dao động. B. biên độ dao động

C. bình phương biên độ dao động. D. bình phương chu kì dao động.

Câu 3: Trong dao động điều hòa của một vật thì tập hợp 3 đại lượng nào sau đây là không đổi theo thời gian?

A. Lực kéo về; vận tốc; năng lượng toàn phần.

B. Biên độ; tần số góc; gia tốc.

C. Động năng; tần số; lực kéo về.

D. Biên độ; tần số góc; năng lượng toàn phần.

Câu 4: Một chất điểm dao động điều hòa. Biết khoảng thời gian giữa năm lần liên tiếp động năng của chất điểm bằng thế năng của hệ là 0,4 s. Tần số của dao động là

A. 2,5 Hz. B. 3,125 Hz. C. 5 Hz. D. 6,25 Hz.

Câu 5: Một chất điểm có khối lượng m, dao động điều hòa với biên độ A, tần số góc . Động năng cực đại của chất điểm là

A. . B. . C. . D. .

- GV cho HS thực hiện Câu hỏi (SGK – tr23) theo nhóm đôi.

Câu 1 (SGK – tr23):

Một con lắc lò xo có vật nặng khối lượng 0,4 kg, dao động điều hòa. Đồ thị vận tốc v theo thời gian t như Hình 5.7. Tính:

BÀI MẪU

a) Vận tốc cực đại của vật.

b) Động năng cực đại của vật.

c) Thế năng cực đại của con lắc.

d) Độ cứng k của lò xo.

Câu 2 (SGK – tr23):

Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100 N/m, vật nặng có khối lượng m = 200 g, dao động điều hòa với biên độ A = 5cm. Xác định:

a) Li độ của vật tại thời điểm động năng của vật bằng ba lần thế năng của con lắc.

b) Tốc độ của vật khi vật qua vị trí cân bằng.

c) Thế năng của con lắc khi vật có li độ x = 2,5 cm.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tiếp nhận câu hỏi, nhớ lại kiến thức đã học, tìm đáp án đúng.

Bước 3: HS báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS lần lượt đưa ra đáp án cho các bài tập:

1 - C

2 – C

3 - D

4 - A

5 - A

* Trả lời Câu hỏi (SGK – tr23)

Câu 1 (SGK – tr23):

a) v_max = 0,3 cm/s.

b) = J.

c) J.

d) Từ đồ thị xác định được T = 1,2 s, suy ra rad/s.

Độ cứng N/m.

Câu 2 (SGK – tr23):

a) Khi W_đ = 3W_t ta có: W = W_t + 3W_t = 4W_t

b) cm/s.

c) J.

Bước 4:

- GV đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập.

- GV nhận xét, đánh giá và chuyển sang nội dung vận dụng.

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a. Mục tiêu: Vận dụng kiến thức đã học để giải một số bài tập vận dụng liên quan.

b. Nội dung: GV chiếu câu hỏi, yêu cầu HS suy nghĩ trả lời .

c. Sản phẩm học tập: HS vận dụng kiến thức về năng lượng trong dao động điều hòa để trả lời câu hỏi GV đưa ra.

d. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

GV chiếu câu hỏi bài tập:

Câu 1: Một vật có khối lượng m = 1 kg, dao động điều hòa với chu kì T = 0,2 (s), biên độ dao động bằng 2 cm. Tính cơ năng của dao động.

Câu 2: Con lắc lò xo treo thẳng đứng vào điểm I cố định, quả cầu có khối lượng 100 g. Con lắc dao động điều hòa theo phương trình: (cm) với t tính theo giây. Lấy g = 10 m/s². Tính lực đàn hồi cực đại và cực tiểu do lò xo tác dụng lên điểm I.