Giáo án và PPT Vật lí 11 kết nối Bài 7: Bài tập về sự chuyển hoá năng lượng trong dao động điều hoà

BÀI 7: BÀI TẬP VỀ SỰ CHUYỂN HÓA. NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA (1 TIẾT)

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

- GV cho học sinh hoặc đại diện nhóm viết các công thức về: 

Chu kì, tần số của dao động điều hòa, của con lắc lò xo và con lắc đơn.

Công thức tính động năng, thế năng, cơ năng của dao động điều hòa, của con lắc lò xo và con lắc đơn.

Mối liên hệ giữa động năng và thế năng theo li độ và vận tốc của vật dao động điều hòa.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. CÁC VÍ DỤ

Hoạt động: Giải một số bài toán cụ thể

GV cho HS đọc ví dụ 1; 2; 3 trong mục I, GV đưa ra câu hỏi và yêu cầu HS trả lời.

GV yêu cầu HS chọn mốc tính thế năng sao cho thuận tiện nhất, xác định độ cao của các vị trí so với mốc thế năng. Phân tích sự biến đổi giữa động năng và thế năng tại các vị trí.

GV yêu cầu HS tìm mối liên hệ giữa thế năng, động năng và cơ năng khi biết hai trong ba yếu tố trên.

Sản phẩm dự kiến:

Ví dụ 1 

a) Chọn mốc để tính thế năng của vật là vị trí cân bằng O thì:

- Thế năng và động năng của vật tại các vị trí A và B là:

W_đ = 0.

- Thế năng và động năng của vật tại vị trí O là: W_t = 0.

- Thế năng và động năng của vật tại vị trí bất kì là:

b) Khi W_đ = W_t, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

Vậy, ở các vị trí có li độ góc thì động năng bằng thế năng.

Ví dụ 2 

Ta đã biết trong dao động điều hòa cơ năng được bảo toàn .

Suy ra thế năng:

J.

Ví dụ 3 

Từ đồ thị, ta xác định được:

Khi (cm) m thì W_đ = W_t.

Mặt khác, vì  nên khi W_đ = W_t ta có:

J.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1: Một con lắc lò xo có độ cứng  và có năng lượng dao động là 0,12J. Biên độ dao động của con lắc có giá trị là

A. 0,4m                 B. 4mm                 C. 0,04m               D. 2cm

Câu 2: Một vật dao động điều hòa với biên độ A. Tại li độ nào thì thế năng bằng 3 lần động năng?

A.            B.          

C.              D.

Câu 3: Một vật dao động điều hòa với tần số góc ω và biên độ A. Khi thế năng bằng 3 lần động năng thì tốc độ v của vật có biểu thức

A.              B.             

C.               D.

Sản phẩm dự kiến:

Câu 1: C

Câu 2: B

Câu 3: B

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

Câu 1: Hãy phân tích sự chuyển hóa năng lượng giữa động năng và thế năng trong hệ gồm hai lò xo và vật nặng m được mắc như hình vẽ bên. Khi quả nặng được thả cho dao động. 

Câu 2: Một vật có khối lượng m dao động điều hoà với tần số góc ở và biên độ A.

a) Khi vật có li độ bằng một nửa biên độ thì động năng và thế năng chiếm bao nhiêu phần trăm so với cơ năng?

b) Tại li độ nào thì thế năng bằng động năng?