Giáo án Vật Lí Lớp 12 nâng cao - Chương II: Dao động cơ - Năm học 2009-2010 - Dương Văn Tính

+ Chế tạo tần số kế. Lên dây đàn + Trong một số trường hợp, hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn tới kết quả làm gẫy, vỡ các vật bị dao động cưỡng bức, do đó khi chế tạo các máy móc, phải làm sao cho tần số riêng của mỗi bộ phận trong máy khác nhiều so với tần số biến đổi của các lực có thể tác dụng lên bộ phận ấy, hoặc làm cho dao động riêng tắt rất nhanh. C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (5/) 1. Thế nào là sự cộng hưởng? Cộng hưởng có lợi hay có hại? 2. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì? Bài tập về nhà: 1,2 /56 SGK. Đọc phần em có biết IV: RÚT KINH NGHIỆM Ngày soạn : 23/8/2009 BÀI 12: TỔNG HỢP DAO ĐỘNG Tiết : 20 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Biết rằng có thể thay thế việc cộng hai hàm dạng sin x1 và x2 cùng tần số góc bằng việc cộng hai vectơ quay tương ứng và ở thời điểm t = 0. Nếu x1 « , x2 « thì x1 + x2 « + - Hiểu được tầm quan trọng của độ lệch pha khi tổng hợp hai dao động. Biết được thế nào là dao động cưỡng bức, cộng hưởng. 2. Kỹ năng: - Có kĩ năng dùng cách vẽ Frenen để tổng hợp hai dao động cùng tần số góc. 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên : 2. Học sinh : ­ Ôn lại cách biểu diễn dao động điều hòa bằng véc tơ quay. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2/) 2. Kiểm tra bài cũ: (5/) 1. Thế nào là sự cộng hưởng? Cộng hưởng có lợi hay có hại? 2. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì? 3. Tạo tình huống học tập: Một máy nổ đặt trên bệ, pittông của máy dao động so với khung máy, khung máy lại dao động so với bệ máy. Dao động của pittông so với bệ máy là dao động tổng hợp hai dao động cơ . Xét trường hợp đơn giản, tổng hợp hai dao động cơ cùng phương, cùng tần số. B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TL Hoạt động của HS Hoạt động của GV Kiến thức HĐ 1: Hình thành khái niệm độ lệch pha, sớm pha, trễ pha, cùng pha, ngược pha. 8 + Dj = (wt +j1) - (wt + j2) = j1 - j2 : không phụ thuộc vào thời gian. + Hs xem sách phát biểu + Xét 2 dao động điều hòa x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) Tìm hiệu số pha của 2 dao động điều hòa cùng tần số và nhận xét đại lượng này có phụ thuộc vào thời gian không? + Nêu khái niệm độ lệch pha, sớm pha, trễ pha, cùng pha, ngược pha, và độ lệch pha được dùng làm đặc trưng cho sự khác nhau giữa hai dao động cùng tần số 1. Độ lệch pha giữa hai dao động + Hiệu số pha của 2 dao động gọi là độ lệch pha của hai dao động: Dj = (wt +j1) - (wt + j2) = j1 - j2 + Các trường hợp * Dj > 0 j1 > j2: dao động x1 sớm pha hơn dao động x2 hay dao động x2 trễ pha hơn dao động x1 * Dj > 0 j1 < j2: dao động x1 trễ pha hơn dao động x2 hay dđ x2 sớm pha hơn dao động x1 * Dj = 0; Dj = 2kp : hai dao động cùng pha. * Dj = p; Dj = (2k + 1)p : hai dao động ngược pha. HĐ 2: Xây dựng cách tổng hợp hai dao động cùng phương cùng tần số góc. 20 Để biểu diễn dao động điều hòa x = Acos(wt + j), người ta dùng một vectơ có : - Gốc tại O (gốc tọa độ của trục Ox) - Độ dài là biên độ A của dao động. - Hướng : hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu của dao động. (chọn chiều dương là chiều lượng giác) - Vận tốc góc là w Khi đó, vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa, có hình chiếu trên trục x là li độ của dao động. + Hs biểu diễn 2 vec tơ và ở thời điểm t = 0 + Theo dõi chứng minh + Hs thảo luận nhóm trả lời. + Dựa vào (1) ta có: A phụ thuộc vào A1, A2 và j độ lệch pha giữa x1 và x2. + Hs thảo luận nhóm trả lời. + Hãy nêu cách biểu diễn véc tơ quay của dao động điều hòa x = Acos(wt + j) ở thời điểm t=0. Hướng dẫn: + Hãy biểu diễn véc tơ quay của 2 dao động điều hòa ở thời điểm t=0. +Chứng minh: là véc tơ quay của dao động tổng hợp - Hình chiếu của vectơ lên trục x = x1 + x2 - Khi 2 vec tơ và quay với w. Ta có 2 vectơ và có độ lớn không đổi và góc giữa hai véc tơ Dj = j1 - j2 không đổi nên hình bình hành OM1MM2 không biến dạng. Do đó vec tơ có độ dài không đổi và quay với vận tốc góc w. + Dựa vào hình vẽ xác định biên độ và pha ban đầu của dao động . từ đó viết phương trình của dao động tổng hợp. + Hãy nhận xét biên độ dao động tổng hợp phụ thuộc vào các đại lượng nào? + Với A1, A2 không đổi thì với độ lệch pha của x1 và x2 như thế nào thì A có giá trị cực đại, cực tiểu? 2. Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số góc. Phương pháp giản đồ Fre-nen : Xét 2 dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số góc x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) a. Tổng hợp 2 dao động điều hòa bằng phương pháp giản đồ vectơ quay. Tổng hợp bằng cách vẽ Fre-nen (còn gọi là giản đồ vectơ) x = x1 + x2 ¯ ¯ ¯ Vectơ là vectơ quay của dao động tổng hợp x và cũng quay đều quanh O với vận tốc góc w. b. Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp : + Biên độ của dao động tổng hợp: (1) A2= = (1) + Pha ban đầu của dao động tổng hợp: tanj= (2) Vậy biểu thức của dao động tổng hợp là : x = Acos(wt + j) Trong đó : A và j cho bởi (1) và (2) Nhận xét : A phụ thuộc vào A1, A2 và độ lệch pha giữa x1 và x2. + A lớn nhất khi j = 0, tức x1 và x2 cùng pha. + A nhỏ nhất khi j = p, tức x1 và x2 ngược pha. + Độ lệch pha bất kỳ: |A1 - A2| £ A £ A1 + A2 C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: (10/) Ví dụ SGK Hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số f = 50Hz có A1 = 2a, A2 = a và j1 = , j2 = . Tìm biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp. Bài tập về nhà: 1,3 /60 SGK. Đọc bài thực hành IV: RÚT KINH NGHIỆM BÀI 13: THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG Ngày soạn : 25/8/2009 Tiết : 21 & 22 I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức: - Củng cố kiến thức về dao động cơ chu kỳ dao động của con lắc không phụ thuộc khối lượng con lắc và không phụ thuộc vào biên độ khi con lắc dao động với độ lệch a nhỏ. - Hiểu được phương án thí nghiệm để xác định chu kỳ của con lắc đơn - Thực hiện được thí nghiệm để xác chu kỳ dao động của con lắc. - Tính được gia tốc trọng trường từ kết quả thí nghiệm trên. 2. Kỹ năng: - Sử dụng thước đo độ dài và đồng hồ đo thời gian. - Bước đầu làm quen với việc sử dụng dao động ký ảo để vẽ đồ thị 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ : 1. Giáo viên : - Dụng cụ: + Giá đỡ cao 1m để treo con lắc, tấm chỉ thị nằm ngang có các vạch chia đối xứng. + Một cuộn chỉ. + Một đồng hồ bấm giây + Một thước đo độ dài có độ chia mm + Hai quả nặng 20g và 50g có móc treo + Giấy kẻ ô mm để vẽ đồ thị 2. Học sinh : Ôn kiến thức con lắc đơn. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: A. HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU 1. Ổn định tổ chức (2/) 2. Kiểm tra bài cũ: (8/) 1. Mô tả cách làm thí nghiệm để kiểm nghiệm rằng chu kỳ T tỉ lệ với ? 2. Khi xác định gia tốc rơi tự do g bằng con lắc đơn dựa vào công thức ta phạm sai số tương đối là (Dg/g) = 2 (Dp/p) + (Dl/l) + 2(DT/T) để kết quả g không sai quá 5%, ta cần phải lực chọn những điều kiện thí nghiệm như thế nào? 3. Tạo tình huống học tập: B. TIẾN TRÌNH BÀI HỌC TIẾT 1: GV HƯỚNG DẪN HỌC SINH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: TL Hoạt động của thầy và trò Nội dung 20/ 10/ I. * Giáo viên hướng dẫn hs làm thí nghiệm và ghi kết quả, tính toán số liệu theo từng bước. Lần 1: Treo con lắc đơn có l1 = 8 cm vào giá thí nghiệm đo lại l1 (tính từ vị trí treo tới tâm viên bi) với sai số Dl1 = 1mm Ghi giá trị l1 sau khi đo. Cho con lắc dao động với góc lệch a1 = 70. Đo thời gian t1 khi nó thực hiện được 50 dao động, cho phép sai số Dt1 = 1s. Sau đó tính T1 và sai số tuyệt đối DT1 = ? b. Cho con lắc dao động trở lại với a1’ < 70 và số lần dao động n' = 40. Sau đó tính được chu kỳ dao động T1’ và sai số DT1’ = ? c. So sánh T1 với T1’. Rút ra kết luận gì? Lần 2: Tương tự lần 1, nhưng thay l2 = 60cm. Lần 3: l3 = 40cm. Lần 4: l4 là chiều dài bất kfy * Hs lập các tỉ số từ các dữ liệu đo và tính được ; ; => Hs rút ra kết luận về chu kỳ dao động của con lắc? Nhận xét về sai số của phép đo? * GV nhận xét chung về kết quả thí nghiệm? - Ta thấy ~ dù con lắc dao động với độ lệch a1, a2 là khác nhau. - Để kết quả thí nghiệm chính xác, cần phải đo chính xác thời gian dao động. Và để thì dao động của con lắc , nghĩa là: dao động. II. Dựa vào kết quả đo l1, T1; l2, T2; Hs hãy tính theo biểu thức các giá trị: - Gia tốc rơi tự do g1 = ? - Sai số tương đối: - Sai số tuyệt đối: Dg1 = ? à Ghi kết quả: g1 = ? Chú ý: khi tính có giá trị quá bé à có thể bỏ qua, không tính. * Tính tương tự cho lần 2 => Hs chọn và cho biết lý do vì sao khi chọn 1 trong 2 giá trị g1 và g2 ? * Hs trả lời và cho biết để hạn chế sai số, ta nên làm cách nào? I. Kiểm nghiệm công thức xác định chu kỳ của con lắc đơn ứng với dao động nhỏ. Lần 1: l1 = 80cm. a. Với n = 50 dao động; a1 = 70, ta xác định được: l1 Dl1= l1 0,1 (cm) t1 Dt1= t1 1 (s) Tính (s) Sai số tuyệt đối: => T1 DT1 = ? b. Với n = 40 dao động, a2 = 70, ta xác định được: t1’ + Dt1 = t1’1 = ? (cm) Tính: T1’ = Và (s) à T1’ DT1’=? c. So sánh T1 với T1’ => Kết luận: ? Xác định và tính toán tương tự cho các lần thí nghiệm: Lần 2: l2 = 60cm à T2 Lần 3: l3 = 40cm à T3 Lần 4: l4 là chiều dài bất kỳ à T4 Nhận xét: lập tỉ số và so sánh. ; ; => Rút ra kết luận thí nghiệm. II. Xác định gia tốc rơi tự do tại nơi làm thí nghiệm: a. Dựa vào kết quả đo được l1 và T1. Tính: Ghi kết quả: g1 = (m/s2) b. Tương tự tính cho kết quả lần 2 => g2 = ? c. So sánh, và chọn một giá trị g nào đó, nêu lý do chọn? d. Để hạn chế sai số ta nên làm thế nào? TIẾT 2: HỌC SINH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ LẬP BẢNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM * GV nhận xét chung: Để đo g được chính xác, ít sai số, nghĩa là thì giá trị sai số => thí nghiệm cần làm với số lần dao động là: dao động. C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC 4. Củng cố kiến thức: - Từ thí nghiệm, ta thấy T ~ , T ~ ()-1. T không phụ thuộc a, - Học sinh có thể làm và chứng m inh tương tự nếu thay từng quả nặng với m khác nhau => T không phụ thuộc m. Bài tập về nhà: - Xem bài mới IV: RÚT KINH NGHIỆM