Giáo án và PPT Vật lí 11 cánh diều Bài 4: Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

BÀI 4: DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC  VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

Em hãy mô tả chuyển động của xích đu khi ngừng lực tác dụng.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

Hoạt động 1.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Hãy cho ví dụ về dao động tắt dần.

• Phân biệt các loại dao động tắt dần dựa theo lực cản tác dụng lên vật và cho ví dụ tương ứng.

Sản phẩm dự kiến:

1. Quan sát hiện tượng dao động tắt dần

*Thảo luận 1 (SGK – tr29)

Trong môi trường có lực cản, sẽ sinh ra ma sát từ đó phát sinh năng lượng hao phí dẫn đến năng lượng ban đầu của dao động chuyển hoá dần thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, âm thanh,…). Từ đó biên độ dao động giảm dần và tắt hẳn dẫn đến dao động của các vật sẽ tắt dần theo thời gian. 

*Thảo luận 2 (SGK – tr29)

Vì trong quá trình dao động, xích đu chịu tác dụng của ngoại lực tác dụng (lực cản không khí, lực ma sát, …) dẫn đến năng lượng bị chuyển hoá thành năng lượng hao phí, biên độ giảm dần và cuối cùng xích đu sẽ dừng lại sau một vài chu kì. 

*Kết luận:

- Trong môi trường không có lực cản, cơ năng của vật dao động được bảo toàn và dao động của nó được duy trì mãi mãi.

- Trong thực tế, dao động của các vật sẽ giảm dần biên độ, dao động như vậy được gọi là dao động tắt dần. Kí hiệu A0 để chỉ biên độ dao động của vật trong chu kì đầu. Sau mỗi chu kì, biên độ dao động của vật sẽ giảm dần.

*Luyện tập 1 (SGK – tr29)

Ví dụ về dao động tắt dần:

- Bộ phận đóng khép cửa tự động

 Dao động của xe máy khi qua đoạn đường bị xóc (bộ phận giảm xóc của xe máy)

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

Hoạt động 2.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

Dao động duy trì là gì?

Dao động cưỡng bức là gì?

Sản phẩm dự kiến:

1. Dao động cưỡng bức

*Thảo luận 3 (SGK – tr30)

Trong trò chơi xích đu bạn nam tác dụng lực vào bạn nữ để xích đu chuyển động. Xích đu sẽ dao động tắt dần, bạn nam tiếp tục tác dụng một lực lên xích đu, làm cho xích đu dao động theo tần số của lực do tay tạo nên. Lúc này dao động của xích đu được gọi là dao động cưỡng bức.

*Kết luận:

- Để một vật dao động không tắt dần, người ta thường tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn. Khi đó, dao động của vật được gọi là dao động cưỡng bức. Lúc này, vật dao động với tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

2. Hiện tượng cộng hưởng

- Mỗi hệ dao động đều có một tần số dao động riêng đặc trưng. Nếu để cho hệ tự dao động sau một kích thích ban đầu, hệ sẽ dao động với tần số riêng của nó. Tần số dao động riêng này chỉ phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của hệ mà không phụ thuộc vào cách kích thích dao động.

- Trong trường hợp dao động cưỡng bức, ta đã tác động một ngoại lực vào hệ và bắt hệ dao động theo tần số của ngoại lực.

3. Lợi ích và tác hại của hiện tượng cộng hưởng

Hộp cộng hưởng có vai trò giúp cho không khí trong hộp có thể dao động cộng hưởng với những tần số dao động khác nhau của dây đàn. Trường hợp cộng hưởng này có lợi.

- Ví dụ 2: Chiếc cầu bị rung lắc do hiện tượng cộng hưởng. Trường hợp này cộng hưởng có hại.

- Ví dụ 3: Chiếc li thuỷ tinh đặt gần một chiếc loa công suất lớn, li thuỷ tinh bị vỡ khi loa phát ra âm thanh tương đối lớn. Trường hợp này cộng hưởng có hại.

*Kết luận

- Cộng hưởng là một hiện tượng vật lí quan trọng có thể xuất hiện trong nhiều tình huống khác nhau.

- Tùy từng trường hợp mà hiện tượng cộng hưởng có thể có lợi hoặc có thể có hại.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

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

Câu 1: Nêu ví dụ về dao động cưỡng bức trong thực tế?

Câu 2: Hãy cho biết các tính chất của dao động cưỡng bức.

Câu 3: Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Câu 4: Nêu khái niệm hiện tượng cộng hưởng?

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

Câu 1: Hãy cho biết điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng và giải thích tại sao biên độ dao động đạt tới giá trị cực đại.

Câu 2: Nêu một số ví dụ về hiện tượng cộng hưởng có lợi và có hại trong thực tế. Hãy chỉ rõ hệ dao động và nguồn gốc gây ra sự cộng hưởng.

Câu 3: Trình bày về nguyên lý hoạt động của máy đo địa chấn.