Giáo án và PPT Vật lí 11 kết nối Bài 6: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

BÀI 6: DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG (2 TIẾT)

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

Từ một hoạt động tương đối quen thuộc nhưng sẽ được mô tả bằng thuật ngữ vật lý, không bằng ngôn ngữ hằng ngày, tạo cho HS sự hào hứng trong việc tìm hiểu nội dung bài học: Một em bé đang chơi xích đu trong sân. Tại sao để xích đu tiếp tục dao động, người mẹ thỉnh thoảng lại đẩy nhẹ vào ghế xích đu?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

Hoạt động 1: Tìm hiểu dao động tắt dần

GV cho HS đọc phần đọc hiểu trong mục I, GV đưa ra câu hỏi và yêu cầu HS trả lời:

Nêu nhận xét của em về biên độ, chu kì (tần số) dao động của con lắc trong thí nghiệm khảo sát dao động tắt dần của con lắc đơn. 

Trong dao động tắt dần của con lắc đơn, tại sao biên độ dao động giảm dần và cuối cùng con lắc dừng lại? 

Nêu ví dụ thực tế và dao động tắt dần và cho biết dao động tắt dần là có lợi hay hại trong mỗi trường hợp đó.

Sản phẩm dự kiến:

1. Dao động tự do

Trong các bài trước, ta đã giả thiết không có lực ma sát tác dụng vào con lắc.Con lắc dao động với biên độ và tần số riêng (kí hiệu là f₀) không đổi. Dao động như vậy gọi là dao động tự do vì nó chỉ phụ thuộc vào đặc tính của con lắc.

2. Dao động tắt dần

+ Trong dao động tắt dần biên độ giảm dần theo thời gian, còn chu kì (hay tần số) không đổi.

+ Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần.

+ Nguyên nhân làm dao động tắt dần là do lực ma sát và lực cản của môi trường.

3. Ứng dụng

- Bộ phận giảm xóc của xe máy là ứng dụng của dao động tắt dần…

Ví dụ về dao động tắt dần:

- Lò xo giảm xóc của mô tô, một số xe đạp sau khi đi qua đoạn đường mấp mô dao động tắt dần thì dao động tắt dần có lợi.

- Dao động của xích đu ở đầu bài là tắt dần, trong trường hợp này dao động tắt dần là có hại vì muốn duy trì dao động thì lại cần phải bù năng lượng cho nó.

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC

Hoạt động 2: Tìm hiểu dao động cưỡng bức

GV cho HS tự đọc SGK phần II, hướng dẫn HS thảo luận để từ đó học sinh hiểu được khái niệm và nêu được đặc điểm của dao động cưỡng bức.

- Yêu cầu HS thực hiện thí nghiệm:

+ dự đoán kết quả.

+ giải thích kết quả thu được.

- Em hãy nêu đặc điểm của biên độ và tần số khi dao động cưỡng bức ổn định. Hãy cho biết biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Sản phẩm dự kiến:

1. Khái niệm dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số f bất kì. Khi dao động ổn định, tần số dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực.

2. Đặc điểm:

Dao động cưỡng bức khi ổn định có những đặc điểm sau đây:

- Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

- Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ ngoại lực, độ lớn lực cản của môi trường, độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số riêng của hệ dao động.

III. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng 

GV cho HS tự đọc SGK phần III, hướng dẫn HS thảo luận để từ đó trả lời các câu hỏi:

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. Em hãy nêu một số ví dụ về hiện tượng cộng hưởng có lợi và có hại trong thực tế.

Sản phẩm dự kiến:

1. Định nghĩa

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f₀ của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

- Điều kiện f = f₀ gọi là điều kiện cộng hưởng.

2. Giải thích

Khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động thì hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng, đúng lúc, do đó biên độ dao động của hệ tăng lên. Biên độ dao động đạt tới giá trị cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ.

3. Hiện tượng cộng hưởng trong đời sống

- 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

Câu 1: Tìm phát biểu sai.

Dao động tắt dần là dao động có

A. tần số giảm dần theo thời gian.

B. cơ năng giảm dần theo thời gian.

C. biên độ dao động giảm dần theo thời gian.

D. ma sát và lực cản càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh.

Câu 2: Một con lắc lò xo đang dao động tắt dần, sau ba chu kì đầu tiên, biên độ của nó giảm đi 10%. Phần trăm cơ năng còn lại sau khoảng thời gian đó là

A. 81%.

B. 6,3%.

C. 19%.

D. 27%.

Câu 3: Một người xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước đi dài L = 50 cm thì nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất. Tốc độ đi của người đó là v = 2,5 km/h. Chu kì dao động riêng của nước trong xô là

A. 1,44 s.

B. 0,35 s.

C. 0,45 s.

D. 0,52 s.

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: A

Câu 2: A

Câu 3: A

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

Câu 1: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m = 0,2kg lò xo nhẹ có độ cứng k = 20 N/m dao động trên mặt phẳng nằm ngang. Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng nằm ngang là μ = 0,01. Từ vị trí lò xo không bị biến dạng, truyền cho vật vận tốc ban đầu có độ lớn v₀=1 m/s dọc theo trục lò xo (lấy g = 10 m/s²). Tính độ lớn lực đàn hồi cực đại của lò xo trong quá trình dao động.

Câu 2: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m = 0,03 kg và lò xo có độ cứng k = 1,5 N/m. Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục của lò xo. Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là μ = 0,2. Ban đầu, giữ vật ở vị trí lò xo bị dãn một đoạn Δl₀=15 cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần. Lấy g = 10 m/s². Tính tốc độ lớn nhất mà vật nhỏ đạt được trong quá trình dao động.