Giáo án Vật lí 11 chân trời bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1: Quan sát hiện tượng dao động tắt dần

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành nhóm 4 – 5 HS.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm, tìm hiểu về dao động tắt dần và trả lời nội dung Thảo luận (SGK – tr26).

Thảo luận 1 (SGK – tr 26)

Quan sát Hình 4.2 và mô tả chuyển động của xích đu, ván nhảy cầu sau khi ngừng tác dụng lực.

Thảo luận 2 (SGK – tr26)

Nêu một số ví dụ thực tế khác về hiện tượng dao động tắt dần.

- Sau khi HS phát biểu, GV nhận xét và kết luận về dao động tắt dần, yêu cầu HS ghi vào vở.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát thí nghiệm, hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 2: Giải thích hiện tượng dao động tắt dần

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm 4 – 5 HS, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Luyện tập (SGK – tr27)

+ Bố trí sơ đồ thí nghiệm như Hình 4.4

+ Dự đoán về dao động của con lắc trong các trường hợp vật nặng thực hiện dao động trong các trường hợp như trên hình.

+ Tiến hành thí nghiệm:

Kéo vật nặng của con lắc lò xo khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng một đoạn xác định và thả nhẹ để vật dao động không vận tốc đầu.

- GV theo dõi các nhóm, gợi ý và hướng dẫn các nhóm.

- GV yêu cầu đại diện các nhóm báo cáo, nhận xét kết quả thí nghiệm.

- GV nêu câu hỏi: Hãy giải thích tại sao dao động lại tắt dần?

+ Gợi ý: Do lực ma sát và lực cản không khí,…

- GV hướng dẫn HS tìm hiểu nguyên nhân gây ra dao động tắt dần.

- GV đặt câu hỏi yêu cầu HS thảo luận: Khi con lắc dao động, nó chịu những lực ma sát và lực cản nào?

+ Gợi ý: Khi con lắc dao động, nó chịu lực ma sát, lực cản của không khí…

- GV nhận xét và phát biểu thành kết luận về giải thích hiện tượng dao động tắt dần.

- Để củng cố kiến thức, GV tổ chức để HS trả lời nội dung Vận dụng (SGK – tr28)

Đưa ra một số ví dụ về tác hại và lợi ích của dao động tắt dần. Từ đó tìm hiểu và sưu tầm hình ảnh về một số ứng dụng của dao động tắt dần trong cuộc sống.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát thí nghiệm, hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

1. Quan sát hiện tượng dao động tắt dần

*Thảo luận 1 (SGK – tr26)

Ngay sau khi ngừng tác dụng lực, xích đu và ván nhảy cầu tiếp tục thực hiện dao động, tuy nhiên biên độ dao động của chúng giảm dần theo thời gian và chúng sẽ dừng chuyển động sau một khoảng thời gian.

*Thảo luận 2 (SGK – tr26)

Một số ví dụ khác về dao động tắt dần trong thực tế:

+ Dao động của người chơi sau khi nhảy bungee.

+ Dao động của dây dần guitar, vĩ cầm sau khi nhạc công ngừng gẩy đàn.

+ Dao động của võng hay nôi sau khi ngừng tác dụng lực.

+ Dao động của màng nhĩ sau khi sóng âm ngừng truyền đến tai.

+ Dao động của lò xo trong bộ phận giảm xóc của xe máy, ô tô.

*Kết luận:

+ 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.

2. Giải thích hiện tượng dao động tắt dần

*Luyện tập (SGK – tr27)

- Vật dao động trong chất lỏng khi có gắn thêm vật cản (trường hợp c) ngừng chuyển động sớm nhất. Trong trường hợp b, vật cũng dao động tắt dần nhưng thời gian vật dao động sẽ dài hơn so với trường hợp c vì lực cản nhỏ hơn. Đối với trường hợp a, lực cản của không khí tác dụng lên vật có tồn tại nhưng có độ lớn nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp b và c, do đó vật dao động tắt dần với thời gian dài hơn hai trường hợp còn lại.

*Kết luận:

- Ta đã biết, lực cản của môi trường tác dụng lên vật luôn ngược chiều chuyển động của vật. Do đó, công của lực cản tác dụng lên vật luôn âm làm cho cơ năng giảm. Từ đó biên độ dao động của vật giảm dần theo thời gian.

*Vận dụng (SGK – tr28)

+ Một số lợi ích của dao động tắt dần: hệ thống đóng/mở cửa tự động; bộ phận giảm xóc của ô tô/xe máy; ứng dụng trong thiết kế nền móng nhà ở Nhật Bản, giảm thiểu sự dao động của các tòa nhà trong các trận động đất.

+ Một số tác hại của dao động tắt dần: đồng hồ quả lắc sau một thời gian hoạt động sẽ xảy ra hiện tượng sai lệch thời gian, đưa võng sau một khoảng thời gian thì dao động sẽ tắt dần.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1: Dao động cưỡng bức

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm 4 – 5 HS, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Thảo luận 3 (SGK – tr28)

Trên thực tế, sau khi được kích thích để dao động, xích đu hoặc võng sẽ dao động tắt dần. Làm cách nào để chúng có thể dao động với biên độ không đổi?

- GV đặt câu hỏi: Tần số và biên độ của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì?

- Sau khi HS phát biểu, GV nhận xét và kết luận về khái niệm và đặc điểm của dao động cưỡng bức, yêu cầu HS ghi vào vở.

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi hoàn thành nội dung Luyện tập (SGK – tr29)

Nếu một số ví dụ về dao động cưỡng bức trong thực tế.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 2: Hiện tượng cộng hưởng

- GV chiếu hình ảnh sự phụ thuộc của biên độ dao động cưỡng bức vào tần số góc của lực cưỡng bức (Hình 4.8) và sự phụ thuộc của biên độ dao động cưỡng bức vào tần số góc của ngoại lực trong trường hợp lực cản lớn và nhỏ (Hình 4.9) cho HS quan sát.

- GV cho HS thảo luận nhóm đôi, nghiên cứu SGK, tìm hiểu về hiện tượng cộng hưởng.

- GV đặt câu hỏi:

II. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

1. Dao động cưỡng bức

*Thảo luận 3 (SGK – tr28)

Có hai phương án để giữ cho dao động của xích đu hoặc võng được duy trì với biên độ không đổi:

+ Tác dụng lực vào mỗi nửa chu kì dao động của vật.

+ Tác dụng lực tuần hoàn vào vật như cơ chế của các xích đu hoặc võng máy tự động sử dụng điện.

*Kết luận:

- Trên thực tế, để một vật dao động không bị tắt, ta cần bổ sung năng lượng để bù lại sự tiêu hao năng lượng do lực cản môi trường.

- Thông thường, ta có hai cách bổ sung năng lượng cho vật dao động:

+ Truyền năng lượng bổ sung đúng bằng phần năng lượng tiêu hao ở cuối mỗi chu kì dao động của hệ bằng một lực cùng chiều với chuyển động. Ví dụ: hệ bù năng lượng cho con lắc trong đồng hồ quả lắc (Hình 4.5)

+ Sử dụng một ngoại lực biến thiên điều hào (ngoại lực điều hòa) theo thời gian:

- Đồ thị li độ - thời gian của vật được thể hiện trong Hình 4.6 gồm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn chuyển tiếp, trong đó dao động của hệ chưa ổn định, biên độ và chu kì dao động biến thiên phức tạp theo thời gian.

+ Giai đoạn ổn định, trong đó biên độ và chu kì dao động của vật không thay đổi. Giai đoạn ổn định kéo dài cho đến khi ngoại lực không còn tác dụng.

*Luyện tập (SGK – T29)