Giáo án bài 3: Con lắc đơn - Vật lý 12 - GV.L.V.Linh

Hoạt động của Thầy , Trò

Nội dung bài học

*Hoạt động 1 : THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN

Mục tiêu : Giới thiệu cấu tạo con lắc đơn

+Nêu cấu tạo con lắc đơn?

+Cho biết phương dây treo khi con lắc cân bằng?

+ Khi con lắc dao động thì quỹ đạo của nó là gì và vị trí của nó được xác định bởi đại lượng nào?

*Hoạt động 2 :KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNGLỰC HỌC  :

Mục tiêu :Nắm được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa và lực kéo về tác dụng vào con lắc đơn

Gv phân tích lực  \(\overrightarrow P \)

Gv cho học sinh trã lới câu hỏi C₁

Hs Trả lời câu hỏi C1

( sin 20⁰  =0,3420  ; 20⁰  =0,3490 rad

Nên độ chênh lệch giữa sin\(\alpha \) và \(\alpha \)

Gọi hs so sánh công thức  (3.2) và (2.1)

Suy ra điều kiện dao động điều hòa

Hãy suy luận tìm công thức tính chu kỳ T , tần số f của con lắc đơn ?

Gv gọi học sinh trã lời câu hỏi C2

Trả lời câu hỏi C2

( Chu kì của con lắc đơn chỉ phụ thuộc chiều dài và gia tốc trọng trường, không phụ thuộc vào khối lượng con lắc )

*Hoạt động 3 :KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG :

Mục tiêu :Nắm được công thức tính động năng , thế năng và cơ năng con lắc đơn

- Gọi học sinh viết công thức tính động năng

-Gọi học sinh viết công thức tính thế  năng ?

GV hướng dẫn học sinh viết công thức tính thế năng  với h =l-lcos\(\alpha \)

GV gọi học sinh trã lời câu hỏi C₃

(+Vị trí biên → VTCB : động năng tăng , thế năng giảm .

+VTCB →  Vị trí biên: thế năng tăng , độngnăng  giảm .)

I. THẾ NÀO LÀ CON LẮC ĐƠN

 Hệ vật gồm:

+ Một vật  nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây không dãn có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể.

+ Vị trí cân bằng:

Là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng , con lắc đứng yên

II. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶT ĐỘNGLỰC HỌC  :

Điều kiện khảo sát: Lực cản môi trường và ma sát không đáng kể. Góc lệch \(\alpha \) nhỏ ( \(\alpha  \le {10^0}\) ).

Chọn chiều dương từ trái sang phải, gốc tọa độ cong tại vị trí cân bằng O·

Khi  vật m ở vị trí M thì được xác định bởi li độ góc  \(\widehat {OCM}\) Hay bởi li độ cong \(\widehat {OM} = s\)

\(\alpha \) và S có giá trị dương khi con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng theo chiều dương và ngược lại·

Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực \(\overrightarrow P \), lực căng dây \(\overrightarrow T \).Lực căng  \(\overrightarrow T \) và lực thành phần \(\overrightarrow {{P_n}} \) vuông góc với đường đi nên không làm thay đổi tốc độ của vật.

Hợp lực của chúng là lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động trên cung tròn .Lực thành phần  \(\overrightarrow {{P_t}} \) là lực kéo về và có giá trị đại số như sau :

\({P_t} =  - mg\sin \alpha \)

+Nếu li độ góc \(\alpha \) nhỏ thì sin \(\alpha  \approx \alpha \) . Khi ấy lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ

\({P_t} =  - mg\alpha  =  - mg\frac{s}{l}\)

Vậy :Khi dao động nhỏ (sin \(\alpha  \approx \alpha \) )(rad), con lắc đơn dao động điều hòa theo phương trình :

   S = \({s_0}\cos (\omega t + \varphi )\)

Trong đó S₀ =l.\({\alpha _0}\)

Với chu kì : T = \(2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \)

Tần số : \(f = \frac{1}{T} = \frac{1}{{2\pi }}\sqrt {\frac{g}{l}} \)

III. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VỀ MẶY NĂNG LƯỢNG :

1. Động năng của con lắc đơn

              \({{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

2.Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.

Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc đơn ở li độ góc \(\alpha \) là

                   \({{\rm{W}}_t} = mgl(1 - \cos \alpha )\)

3. Cơ năng của con lắc đơn:

 Nếu bỏ qua ma sát thì cơ năng của con lắc được bảo toàn

\({\rm{W}} = {{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}m{v^2} + mgl(1 - \cos \alpha )\)=hằng số