Giáo án và PPT Vật lí 11 cánh diều Bài 1: Dao động điều hoà

BÀI 1: MÔ TẢ DAO ĐỘNG 

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

Nêu khái niệm dao động điều hòa?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. DAO ĐỘNG 

Hoạt động 1.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

Kể tên một số ví dụ về dao động mà em quan sát được trong thực tế.

Nêu khái niệm dao động tự do? 

Nêu các khái niệm li độ, biên độ, chu kì, tần số của dao động 

Sản phẩm dự kiến:

1. Dao động tự do

* Thảo luận 2 (SGK – tr7)

a) Ví dụ về dao động mà em quan sát được trong thực tế:

- Dao động của xích đu.

- Dao động của pít tông trong động cơ.

- Dao động của cành cây trước gió.

* Thảo luận 3 (SGK – tr8)

Bố trí thí nghiệm như hình trên:

- Một đầu thước đặt trên mặt bàn, dùng một tay giữ chặt đầu thước đó lại.

- Dùng tay còn lại gẩy mạnh đầu còn lại của thước.

Ta thấy đầu thước tự do dao động quay vị trí cân bằng. Gẩy càng mạnh thì thước dao động càng mạnh và ngược lại.

b) Mô tả chuyển động: con lắc lò xo và con lắc đơn dao động xung quanh một vị trí xác định.

- Điểm giống nhau về chuyển động của chúng:

+ Chuyển động có tính lặp lại

+ Chuyển động có giới hạn trong không gian

* Kết luận

Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực được gọi là dao động tự do (dao động riêng)

* Thảo luận 2 (SGK – tr6)

2. Biên độ, chu kì, tần số của dao động

* Thảo luận 4 (SGK – tr9)

Li độ của xe thay đổi theo thời gian dưới dạng đồ thị có đường hình sin.

* Kết luận

- Trong quá trình dao động, ta gọi độ dịch chuyển của xe so với vị trí cân bằng là li độ. Li độ cho biết độ lệch và chiều lệch của xe so với vị trí cân bằng.

- Độ lớn cực đại của độ dịch chuyển (độ lớn cực đại của li độ) được gọi là biên độ dao động, kí hiệu là A.

- Khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động được gọi là chu kì của dao động, kí hiệu là T. Đơn vị của chu kì là giây.

- Số dao động vật thực hiện được trong một giây được gọi là tần số của dao động, kí hiệu là f. Đơn vị của tần số là hertz (kí hiệu là Hz).

II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 

Hoạt động 2.

GV đưa ra câu hỏi:

Thế nào là dao động điều hòa?

Nhận xét về hình dạng đồ thị tọa độ - thời gian của vật dao động điều hòa?

Sản phẩm dự kiến:

1. Định nghĩa

Thảo luận 6 (SGK – tr11)

- Phương trình của dao động điều hòa:

x=Acos(ωt+φ)

Trong đó A,  và  là các hằng số. 

- Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hoặc sin) của thời gian.

- Dao động điều hòa cũng có các đại lượng biên độ A, chu kì T, tần số f như đã được định nghĩa ở phần trước.

* Kết luận:

Dao động điều hòa là dao động tuần hoàn mà li độ của vật dao động là một hàm cosin (hoặc sin) theo thời gian. 

2. Tần số góc 

Đại lượng ω được gọi là tần số góc của dao động và có đơn vị là radian trên giây (rad/s).

3. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa 

Các đồ thị biểu diễn li độ, vận tốc và gia tốc theo thời gian là đồ thị hình sin.

4. Pha dao động và độ lệch pha

a) Pha của dao động

- Pha của dao động tại một thời điểm được tính bằng số phần đã thực hiện của một chu kì, kể từ khi bắt đầu chu kì đó. Vì một dao động tương ứng với góc 2π rad nên pha của dao động cũng được đo bằng đơn vị radian.

- Tại thời điểm t = 0, pha của dao động là φ. Do đó, φ được gọi là pha ban đầu của dao động.

- Tại thời điểm ban đầu, vật xuất phát ở biên dương đi về VTCB.

- Từ vị trí 1 đến vị trí 5 vật thực hiện được 1 dao động toàn phần.

- Pha của dao động tại một thời điểm được tính bằng số phần đã thực hiện của một chu kì, kể từ khi bắt đầu chu kì đó. Một dao động tương ứng với góc 2π.

- Tại vị trí số 3, vật thực hiện được một nửa chu kì nên pha dao động: 

2π.12=π rad.

- Tại vị trí số 4, vật đã thực hiện được 34

 chu kì nên pha của dao động khi đó là: 2π.34=3π2 rad.

Pha của dao động tại thời điểm 1/30s là: 10πt+2=10π.130+2=5π6(rad).

b) Dao động cùng pha

- Tại thời điểm t3 cả 2 vật dao động đều có li độ bằng 0 (ở VTCB) và di chuyển theo chiều âm (đi ra biên âm).

- Tại thời điểm t4 cả 2 vật dao động đều ở biên âm (tương ứng với dao động của chúng) và đang chuyển động hướng về VTCB.

Nhận xét: hai dao động trên cùng pha.

- Tại mỗi thời điểm, hai vật dao động đều có trạng thái giống nhau, ta nói hai dao động này cùng pha.

c) Dao động lệch pha

- Độ lệch pha giữa hai dao động có thể được đo bằng số phần của chu kì dao động hoặc bằng đơn vị độ hay radian. Trong thực tế, độ lệch pha được đo bằng đơn vị radian.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Từ nội dung bài học,GV yêu cầu HS luyện tập làm bài

Câu 1: Nêu khái niệm dao động điều hòa? 

Câu 2: Nêu công thức tính độ lệch pha giữa hai dao động điều hòa có cùng chu kì (tần số)?

Câu 3: Hãy cho biết mối liên hệ giữa chu kì, tần số, tần số góc của một vật dao động điều hòa.

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

Câu 1: Cho đồ thị x – t của hai vật dao động điều hòa. Hãy xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc của mỗi dao động, độ lệch pha giữa hai dao động.

Câu 2: Hãy cho biết một ứng dụng của dao động tuần hoàn trong cuộc sống.