Giáo án và PPT Vật lí 11 kết nối Bài 4: Bài tập về dao động điều hoà

BÀI 4: BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA (1 TIẾT)

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV giới thiệu về nội dung đã học bằng sơ đồ tư duy và nêu câu hỏi:

Khi biết phương trình hoặc đồ thị của vật dao động điều hoà, làm thế nào để xác định được biên độ, chu kì, tần số, pha ban đầu, vận tốc, gia tốc… của vật?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động: Giải một số bài toán cụ thể

GV chia nhóm hs và giao nhiệm vụ học tập cho các nhóm.

Yêu cầu các nhóm nghiên cứu sgk, thảo luận nhóm và trả lời câu hỏi:

Viết phương trình dao động điều hòa, giải thích các đại lượng và cho biết đơn vị tương ứng từng đại lượng. Hãy nêu cách xác định pha ban đầu của phương trình dao động điều hòa không đúng dạng cơ bản.

Sản phẩm dự kiến:

I. BÀI TẬP VÍ DỤ

1. Ta phải đưa về phương trình có đúng dạng  sau đó xác định pha ban đầu.

2. Hoàn toàn có thể sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều để xác định pha ban đầu, thời gian để vật đi từ điểm này đến điểm khác trong dao động điều hòa.

- GV trình bày cách giải các câu hỏi ví dụ:

Ví dụ 1 

So sánh phương trình dao động của vật với phương trình dạng cơ bản

Ta có:

- Biên độ A = 5cm

- Tần số  Hz

- Pha ban đầu  (rad)

- Li độ lúc t₁:  cm.

Ví dụ 2 

a) Tần số góc của dao động:  (rad/s).

- Khi t = 0 ta có:

- Biên độ và pha ban đầu của dao động:

(cm)

  rad.

b) Vận tốc cực đại của vật:  cm/s.

Gia tốc cực đại của vật:  cm/s² = 8,75 m/s².

Ta đã biết:

- Vận tốc v sớm pha  so với li độ và trễ pha  so với gia tốc.

- Gia tốc a ngược pha so với li độ và sớm pha  so với vận tốc.

Do đó, trên Hình 4.1 đường 2 là đồ thị li độ x(t), đường 1 là đồ thị vận tốc v(t), đường 3 là đồ thị gia tốc a(t).

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Một vật dao động điều hoà có phương trình là x = 2cos(4πω − ) (cm). Hãy cho biết biên độ, tần số góc, chu kì, tần số, pha ban đầu và pha của dao động ở thời điểm t = 1s.

Câu 2: Một vật dao động điều hoà dọc theo trục Ox, quanh điểm gốc 0, với biên độ A = 10 cm và chu kì T = 2 s. Tại thời điểm t= 0,vật có li độ x = A.

a) Viết phương trình dao động của vật.

b) Xác định thời điểm đầu tiên vật qua vị trí có li độ x = 5 cm.

Câu 3:  Hình 4.3 là đồ thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hoà.

a) Xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc và pha ban đầu của vật dao động.

b) Viết phương trình dao động của vật.

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: Biên độ A = 2 (cm)

Tần số góc ω = 4π (rad/s)

Chu kì T =  = 0,5 (s)

Tần số f =  = 2 (Hz)

Pha ban đầu φ = −  (rad)

Pha của dao động ở thời điểm t = 1s là φ₁=(4πt − ) = (4π − ) = −  (rad)

Câu 2: a) Ta có: T = 2s → ω = = π (rad/s)

Tại thời điểm t = 0, vật có li độ x = A → φ = 0(rad)

Phương trình dao động là: x = 10cosπt (cm)

b) Thời điểm đầu tiên vật qua vị trí có li độ x = 5 cm là  (s)

Câu 3: a) Biên độ A = 15 (cm)

Chu kì T = 120 (ms) = 0,12 (s)

Tần số f = 25/3 (Hz)

Tần số góc ω =  =  =  (rad/s)

Pha ban đầu φ = −

b) Phương trình dao động của vật là: x = 15cos(t − ) (cm)

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

Câu 1: Đồ thị li độ – thời gian của hai vật dao động điều hoà A và B có cùng tần số nhưng lệch pha nhau.

a) Xác định li độ dao động của vật B khi vật A có li độ cực đại và ngược lại.

b) Hãy cho biết vật A hay vật B đạt tới li độ cực đại trước.

c) Xác định độ lệch pha giữa dao động của vật A so với dao động của vật B.

Câu 2: Hình 4.2 là sơ đồ của một bàn xoay hình tròn, có gắn một thành nhỏ cách tâm bàn 15 cm. Bàn xoay được chiếu sáng bằng nguồn sáng rộng, song song, hướng chiếu sáng từ phía trước màn để bóng đổ lên màn hình. Một con lắc đơn dao động điều hoà phía sau bàn xoay với biên độ bằng khoảng cách từ thanh nhỏ đến tâm bàn xoay. Tốc độ quay của bàn quay được điều chỉnh là 2π rad/s. Bóng của thanh nhỏ và quả nặng của con lắc luôn trùng nhau.

a) Tại sao nói dao động của bóng của thanh nhỏ và quả nặng là đồng pha?

b) Viết phương trình dao động của con lắc. Chọn gốc thời gian là lúc con lắc ở vị trí hiển thị trong Hình 4.2

c) Bàn xoay đi một góc 60° tử vị trí ban đầu, tính li độ của con lắc và tốc độ của nó tại thời điểm này.