Giáo án Vật lí 12 - Trần Nghĩa Hà

Tiết 1 + 2 : Bài 1 – 2 : CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH I / MỤC TIÊU : Hiểu các khái niệm toạ độ góc, vận tốc góc, phương trình động học của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. Biết cách xây dựng và vẽ đồ thị các phương trình chuyển động quay đều và quay biến đổi đều trong hệ tọa độ (j, t) Nắm vững các công thức liên hệ giữa vận tốc góc và vận tốc dài, gia tốc góc và gia tốc dài của một điểm trên vật rắn. Áp dụng giải các bài tập đơn giản. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Hai tiết này là mở đầu cho môn học. Vì thế, GV nên chuẩn bị sao cho ngay từ buổi đầu gây được hứng thú học tập cho HS. ­ Bắt buộc HS phải có SGK trong giờ học. ­ Sử dụng tối đa các hình, chú thích ở các hình. ­ Chuẩn bị thêm các hình vẽ, tranh ảnh có liên quan đến bài học. 2 / Học sinh : ­ Đầy đủ SGK và sách bài tập, vở ghi. ­ Ôn lại phần Động học chất điểm ở SGK lớp 10 về phương trình chuyển động thẳng đều và chuyển động thẳng biến đổi đều. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Nêu hai đặc điểm của chuyển động Hoạt động 2 : HS : + > 0 + < 0 HS : + Giá trị đó là dương nếu góc được thực hiện bằng cách quay trục Ox đến tia ngược chiều kim đồng hồ. + Giá trị đó là âm nếu góc được thực hiện bằng cách quay trục Ox đến tia thuận chiều kim đồng hồ. Hoạt động 3 : HS : Tự hình thành định nghĩa vận tốc trung bình. HS : Khi Dt nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì vận tốc trung bình trở thành vận tốc tức thời. HS : Phát biểu định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. HS : Tự nhìn sách ghi Hoạt động 4 : HS : Tự hình thành định nghĩa gia tốc trung bình. HS : Khi Dt nhỏ dần và tiến tới đến 0 thì gia tốc trung bình trở thành gia tốc tức thời. HS : Phát biểu định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. HS : Tự nhìn sách ghi HS : Tự nhìn sách ghi b = const. w = wo + bt j = jo + wot + b.t2 w2 - = 2b(j - jo) Hoạt động 5 : HS : Thay đổi về hướng , không thay đổi về độ lớn. HS : Thay đổi về hướng và cả độ lớn. HS : + Gia tốc pháp tuyến + Gia tốc tiếp tuyến Xét một vật rắn quay quanh một trục, giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Chuyển động này có đặc điểm gì ? GV : Trong chuyển động thẳng đều tọa độ của điểm M được xác định như thế nào ? ­ Khi nào thì tọa độ dương ? ­ Khi nào thì tọa độ âm ? GV : Trong chuyển động tròn tọa độ của điểm M được xác định như thế nào ? ­ Khi nào thì tọa độ dương ? ­ Khi nào thì tọa độ âm ? Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t1 có toạ độ góc j1 , ở thời điểm t2 có toạ độ góc j2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Vật nào có sự thay đổi toạ độ góc nhanh hơn ? GV : Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa vận tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của tọa độ góc. GV : Khi nào vận tốc góc có giá trị dương và có giá trị âm ? Xét hai vật rắn quay quanh một trục : ở thời điểm t1 có vận tốc góc w1 , ở thời điểm t2 có toạ độ góc w2 giáo viên vẽ hình và đặt câu hỏi : GV : Vật nào có sự thay đổi vận tốc góc nhanh hơn ? GV : Giáo viên nhắc lại định nghĩa đạo hàm để hướng dẫn học sinh định nghĩa gia tốc góc tức thời bằng đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc. GV : Nêu các công thưc cơ bản trong chuyển thẳng biến đổi đều : GV : Tự suy ra các công thưc cơ bản trong chuyển quay biến đổi đều. GV : Trong chuyển động tròn đều có đặc điểm gì ? GV : Trong chuyển động tròn không đều có đặc điểm gì ? GV : Hướng dẫn học sinh phân tích thành hai thành phần : vuông góc và trùng với quỹ đạo ! IV / NỘI DUNG : 1. Đặc điểm của vật rắn quay quanh một trục cố định : + Mọi điểm của vật đều có cùng một góc quay trong cùng một khoảng thời gian. + Vị trí của một vật rắn quay quanh một trục cố định được xác định bằng tọa độ góc j của vật. 2. Vận tốc góc : + Vận tốc góc là một đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi nhanh hay chậm của tọa độ góc và chiều quay của vật quanh trục quay. + Vận tốc góc tức thời (gọi tắt là vận tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục bằng đạo hàm bậc nhất theo thời gian của tọa độ góc của vật rắn. + Đơn vị của vận tốc góc là rad/s. + Vận tốc góc là một đại lượng đại số : w có giá trị dương khi vật rắn quay theo chiều dương quy ước và ngược lại. 3. Gia tốc góc + Gia tốc góc là đại lượng đặc trưng cho độ biến đổi nhanh, chậm của vận tốc góc. + Gia tốc góc tức thời (gọi tắt là gia tốc góc) của vật rắn quay quanh một trục bằng đạo hàm bậc nhất theo thời gian của vận tốc góc của vật rắn. + Đơn vị của gia tốc góc là rad/s2. 4. Các công thức của chuyển động quay biến đổi đều. b = const. w = wo + bt j = jo + wot + b.t2 w2 - = 2b(j - jo) Khi b = 0, ta có phương trình của chuyển động quay đều. 5. Vận tốc và gia tốc của một điểm của vật rắn chuyển động quay : Gia tốc của một điểm chuyển động tròn đều bao gồm gia tốc hướng tâm () và gia tốc tiếp tuyến. Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho biến đổi vận tốc về phương. Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho biến đổi vận tốc về độ lớn. Với : at = r. an = r.w2 = V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm hai câu hỏi trắc nghiệm và các bài tập : 1,2,3,4,5,6,7. Tiết 3 : Bài 3 : MOMEN LỰC MOMEN QUÁN TÍNH CỦA VẬT RẮN I / MỤC TIÊU : Hiểu được khái niệm momen lực là một đại lượng vật lí, đặc trưng cho tác dụng của lực làm quay vật rắn quanh một trục, momen lực là một đại lượng đại số. Nắm vững được công thức tính momen lực đối với một trục, cách xác định dấu của momen lực. Hiểu được cách xây dựng biểu thức định luật II Niu-tơn dưới dạng khác làm xuất hiện biểu thức momen lực và momen quán tính. Hiểu khái niệm momen quán tính đối với một trục của một chất điểm và của vật rắn. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Giáo viên chuẩn bị trước dụng cụ thí nghiệm : ­ Đĩa moment. ­ Hộp quả cân. ­ Thước thẳng. ­ Thanh có tiết diện nhỏ, vành tròn, đĩa tròn, hình cầu đặc. 2 / Học sinh : ­ Đòn bẩy : cánh tay đòn và tác dụng lực trong đòn bẩy. ­ Ôn lại phần các định luật Newton ở SGK lớp 10. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Đĩa quay HS : Đĩa không HS : Tự ghi nhận xét : Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi giá của lực không đi qua trục quay. Hoạt động 2 : HS : Đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. HS : Đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. HS : F1.d1 = F2.d2 HS : Tự ghi khái niệm moment lực. Hoạt động 3 : Momen quán tính của chất điểm đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của chất điểm đó đối với chuyển động quay quanh trục đó. I = m.r2 Đơn vị : m : (kg); r2 : (m2); I : (kg.m2) Momen quán tính của vật rắn đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của vật rắn đối với trục quay đó. Momen quán tính của vật rắn là đại lượng vô hướng, có tính cộng được, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, phân bố khối lượng của vật và tùy thuộc trục quay. I = Hoạt động 4 : HS : Tự ghi các công thức moment quán tính của 1 số vật có dạng hình học đặc biệt trong sách giáo khoa trang 13. GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 1 : GV : Em có nhận xét gì về sự quay của đĩa khi chịu tác dụng của một lực ? GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 2: GV : Em có nhận xét gì về sự quay của đĩa khi chịu tác dụng của một lực ? GV : Đối với vật rắn quay được quanh một trục cố định, lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi nào ? GV : Làm thí nghiệm như hình vẽ 3 : GV : Lực F1 làm đĩa quay theo chiều nào ? GV : Lực F2 làm đĩa quay theo chiều nào ? GV : Em có nhận xét gì về tích số của lực và cánh tay đòn ? GV : Hướng dẫn học sinh hình thành phương chuyển động quay ? GV : Thành phần nào của lực gây ra chuyển quay ? GV : Theo định luật II Newton nó được viết như thế nào ? GV : Gia tốc góc và gia tốc tiếp tuyến có mối quan hệ như thế nào ? GV : Nhân 2 vế cho R, ta có gì ? GV : Ftt có mối quan hệ với lực F như thế nào ? GV : R và d có mối quan hệ với nhau như thế nào ? GV : Đặt I = m . R2 từ đó giáo viên hình thành khái niệm moment quán tính. GV : Hướng dẫn học sinh xem hình 3.5 III / NỘI DUNG : 1. Momen lực đối với trục quay Đối với vật rắn quay quanh trục cố định : lực chỉ có tác dụng làm vật quay khi giá của lực không đi qua trục quay hoặc không song song với trục quay. Tác dụng của 1 lực lên vật rắn có trục quay cố định không chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực mà còn phụ thuộc vào vị trí của điểm đặt và phương tác dụng của lực đối với trục quay. Momen lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của lực. Momen của lực đối với trục quay D có độ lớn bằng : M = F.d Với + F : độ lớn lực tác dụng lên vật (N) + d : cánh tay đòn của lực , là khoảng cách giữa đường tác dụng của lực và trục quay D (m) + M : momen của lực (N.m) Momen lực là một đại lượng đại số (momen còn đặc trưng cho chiều tác động của lực) : momen lực có giá trị dương khi lực có xu hướng làm vật quay theo chiều (+) và ngược lại. 2. Chuyển động tròn của chất điểm. Dạng khác của định luật II Niutơn Đối với vật rắn quay quanh một trục cố định, chỉ có thành phần lực tiếp tuyến với quỹ đạo của điểm đặt mới làm cho vật quay. Dạng khác của định luật II Niutơn hay phương trình động lực học của chất điểm quay quanh 1 trục. M = I.b Với : + I = m.r2 : momen quán tính của chất điểm đối với trục quay (kg.m2) + b : gia tốc góc (rad/s2) + M : momen lực (N.m) 3. Momen quán tính của chất điểm đối với một trục : Momen quán tính của chất điểm đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của chất điểm đó đối với chuyển động quay quanh trục đó. I = m.r2 Đơn vị : m : (kg); r2 : (m2); I : (kg.m2) 4. Momen quán tính của vật rắn đối với một trục : Momen quán tính của vật rắn đối với một trục đặc trưng cho mức quán tính (sức i) của vật rắn đối với trục quay đó. Momen quán tính của vật rắn là đại lượng vô hướng, có tính cộng được, phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, phân bố khối lượng của vật và tùy thuộc trục quay. I = III / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1 và các bài tập 1,2. Xem bài 4Tiết 4 : Bài 4 : PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH. I / MỤC TIÊU : Biết cách xây dựng phương trình động lực học vật rắn. Hiểu được khái niệm momen động lượng là đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay của một vật quanh một trục. Thuộc và hiểu được công thức về momen động lượng của vật rắn và các đại lượng chứa trong công thức đó. Hiểu định luật bảo toàn momen động lượng và áp dụng để giải thích một số hiện tượng trong đời sống. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : ­ Nếu có thể, GV chuẩn bị một số tranh ảnh có liên quan đến momen động lượng như các ảnh trong bài học. ­ Có thể chuẩn bị hình ảnh động về nhào lộn, trượt băng nghệ thuật trên máy tính 2 / Học sinh : Xem lại phương trình động lực học của chất điểm trên vòng tròn. M = I.b III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Học sinh lên bảng viết phương trình động lực học của chất điểm trong chuyển động quay quanh một trục : M = I . b HS : Học sinh lên bảng viết phương trình động lực học của vật rắn trong chuyển động quay quanh một trục : M = I . b HS : Tự nêu ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức : M = I . b Hoạt động 2 : + Ta có : M = I . b + Mà : b = + Ta có : M = I . = + Đặt : L = I . w : moment động lượng. Hoạt động 3 : Học sinh tự ghi định luạt bảo toàn moment đọng lượng ! GV : Cho học sinh nhắc lại phương trình động lực học của chất điểm trong chuyển động quay quanh một trục. GV : Hướng dẫn học sinh thiết lập phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục. GV : Hướng dẫn học sinh nêu ý nghĩa vật lý và đơn vị của từng đại lượng trong công thức trên ? GV : Hãy viết phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục : M = I.b GV : Hãy viết công thức xác định gia tốc góc : b = ? GV : Hướng dẫn học sinh hình khái niệm moment động lượng ? GV : Hướng dẫn học sinh viết dạng khác của phương trình động lực học của vật rắn chuyển động quay quanh một trục. GV : Em hãy cho biết khi M = 0 thì bằng bao nhiêu ? GV : Em hãy cho biết khi = 0 thì moment động lượng có đặc điểm gì ? GV : L = const IV / NỘI DUNG : 1. Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định : M = I.b Với : M : momen của các ngoại lực (N.m) I : momen quán tính của vật rắn (kg.m2) b : gia tốc góc của vật rắn (rad/s2) 2. Momen động lượng của vật rắn : Momen động lượng của vật rắn đối với một trục quay bằng tích số của momen quán tính của vật đối với trục đó và vận tốc góc của vật quay quanh trục đó. L = I. w + I : momen quán tính (kg.m2) + w : vận tốc góc (rad/s) + L : momen động lượng (kg.m2/s) Momen động lượng luôn cùng dấu với vận tốc góc 3. Định lý biến thiên momen động lượng : Độ biến thiên momen động lượng của một vật rắn trong một khoảng thời gian bằng tổng các xung của momen lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. DL = M. Dt. Với DL : độ biến thiên momen động lượng (kg.m2/s) M.Dt : xung của momen lực. 4. Định luật bảo toàn momen động lượng Khi tổng đại số các momen ngoại lực vật lên một vật rắn đối với một trục bằng không (hay các momen ngoại lực triệt tiêu nhau), thì momen động lượng của vật rắn đối với trục đó là không đổi. I1.w1 = I2.w2 Trường hợp đặc biệt : Trong trường hợp vật rắn có momen quán tính đối với trục quay không đổi thì vật rắn không quay hoặc quay đều quanh trục đó. IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 5 Tiết 5 : Bài 5 : BÀI TẬP VỀ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC. I / MỤC TIÊU : Thuộc và sử dụng được các công thức động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục cố định. Nắm bắt được phương pháp giải một bài toán động học và động lực học vật rắn quay quanh một trục. Qua hai bài mẫu, sử dụng được những điều đã học để giải những bài tập khác. II / CHUẨN BỊ : Sau đây là một vài gợi ý khi giải một bài toán cơ học : 1. Việc học kỹ đầu bài là rất quan trọng. Khi đọc đầu bài cần xác định đối tượng xét là vật (hệ vật) nào. Chú ý đến các lực (do đó momen lực) đặt lên vật. Đối với bài toán thứ nhất vật là bánh xe, nhưng các lực tác dụng lại không cố định. Trong giai đoạn đầu có hai lực (hai momen lực) tác dụng lên bánh xe (trong 5s). Sau đó ngoại lực ngừng tác động, bánh xe vẫn còn quay. Do đó vẫn có lực ma sát tác dụng. Vậy ta có hai chuyển động với các điều kiện khác nhau tuy rằng cùng một vật là bánh xe. Bài toán thứ hai đơn giản hơn, chỉ có hai trọng lực tác dụng lên hệ. Tuy nhiên lại là hai hệ khác nhau : khi không kể đến khối lượng của ròng rọc thì hệ vật chỉ gồm hai trọng vật, còn khi kể đến khối lượng của ròng rọc thì hệ vật gồm ba vật, thêm ròng rọc có trục quay cố định. 2. Sau khi đã xác định rõ đối tượng và các lực tác dụng (momen lực tương ứng) thì viết phương trình động lực học cho từng vật (nếu là hệ vật) hoặc vật. Tùy theo vật có trục quay cố định hay không mà ta áp dụng công thức định luật II Niu-tơn hay công thức về momen lực. Nhớ rằng cần quy định chiều dương của chuyển động (tịnh tiến hay quay) để xác định dấu của lực hay của momen lực tác dụng. 3. Từ phương trình động lực học có thể tính được một (vài) đại lượng liên quan (gia tốc, gia tốc góc, khối lượng, momen quán tính, lực, momen lực). 4. Trường hợp đã biết được (tính được) gia tốc thì có thể sử dụng được các công thức động học để tìm các đại lượng chưa biết (phương trình chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều, các công thức liên quan giữa vận tốc, gia tốc, thời gian...). 5. Chú ý rằng các phản lực là các lực thụ động, chỉ xuất hiện khi có lực tác dụng (lực căng của dây, phản lực của mặt đỡ, giá đỡ, lực ma sát tĩnh...) hoặc khi vật chuyển động (lực đàn hồi của lò xo, lực ma sát động...) 6. Giáo viên hướng dẫn học sinh nắm vững các công thức của chuyễn động quay : b = const. w = wo + bt j = jo + wot + b.t2 w2 - = 2b(j - jo) Khi b = 0, ta có phương trình của chuyển động quay đều. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Tiết 6 : BÀI 6 : CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHỐI TÂM VẬT RẮN ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN I / MỤC TIÊU : Hiểu khái niệm khối tâm của một vật rắn và định luật chuyển động của khối tâm của vật rắn. Hiểu rằng trong thực tế, chuyển động của một vật được xét như chuyển động của khối tâm của nó. Nắm vững khái niệm tổng hình học các vectơ biểu diễn các lực đặt lên một vật rắn và phân biệt được khái niệm này với tổng hợp lực đặt lên một chất điểm. Hiểu và thuộc công thức động năng của vật rắn trong chuyển động tịnh tiến. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : ­ Vẽ hình 6.1 trên giấy để dễ giải thích. Nếu có điều kiện nên chuẩn bị hình động. ­ Có thể mở bài bằng ảnh pháo hoa. 2 / Học sinh : Ôn lại công thức động năng của một chất điểm. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát kỹ chuyển động của các điểm khác nhau của hình tam giác. Đặc biệt chuyển động của điểm đánh dấu x ? HS : Điểm x là khối tâm của vật ! HS : Tự ghi định nghĩa khối tâm. HS : Tự ghi các công thức ở trang 24. Hoạt động 2 : HS : Tự ghi định lý HS : Dựa vào H2 để giải thích thế nào là tổng hình học các vectơ biểu diễn các lực. HS : Học sinh trả lời câu hỏi ở hình 3. Hoạt động 3 : HS : Học sinh tự thiết lập công thức xác định động năng của vật rắn chuyển động tịnh tiến GV : Mô tả thí nghiệm GV : Quỹ đạo chuyển động của điểm đánh dấu x có dạng gì ? GV : Giới thiệu điểm x chuyển động với vận tốc không đổi ! GV : Nêu định nghĩa khối tâm. GV : Giới thiệu công thức tọa độ khối tâm của một hệ N chất điểm GV : Vật rắn được coi như một hệ chất điểm liên kết chặt chẽ với nhau. Như trên đã nói, nếu không quan tâm đến chuyển động của từng điểm của vật mà chỉ xét chuyển động của toàn bộ vật rắn, thì có thể xem chuyển động đó là chuyển động của khối tâm của vật tuân theo định lý sau GV : Giáo viên giới thiệu định lý. GV : Hướng dẫn học sinh IV / NỘI DUNG : 1. Khối tâm của vật rắn Ở mỗi vật đều tồn tại một điểm mà nếu lực tác dụng lên vật có giá đi qua điểm đó thì chỉ làm vật chuyển động tịnh tiến mà không quay. Điểm đó được gọi là khối tâm của vật. Khối tâm là một điểm có khối lượng của vật. Khi không có lực tác dụng thì khối tâm chuyển động thẳng đều như chuyển động thẳng đều của một chất điểm chuyển động tự do. Công thức xác định vị trí (tọa độ) khối tâm của một hệ N chất điểm. xc =; yc = ; zc = 2. Chuyển động của khối tâm Chuyển động của khối tâm của vật rắn là chuyển động của một chất điểm mang khối lượng của toàn bộ vật rắn và chịu tác dụng của một lực có giá trị bằng tổng hình học các vectơ ngoại lực. : tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực. m : khối lượng của vật : gia tốc khối tâm. 3. Động năng của vật rắn chuyển động tịnh tiến Động năng của vật rắn bằng tổng động năng của các phần tử của nó. Wđ = Khi vật chuyển động tịnh tiến, mọi điểm của vật chuyển động trên những quỹ đạo giống hệt nhau, với cùng vận tốc và gia tốc. Khi đó khối tâm của vật có cùng vận tốc và cùng gia tốc như các phần tử. Động năng tịnh tiến của vật rắn bằng : Wđ = IV / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3,4,5. Xem bài 7 Tiết 7 : BÀI TẬP Tiết 8 : BÀI 7 : ĐỘNG NĂNG CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC I / MỤC TIÊU : Hiểu và thuộc công thức tính động năng của vật rắn là tổng động năng của các phần tử của nó. Hiểu rằng chuyển động của vật rắn có thể phân tích thành chuyển động tịnh tiến của khối tâm và chuyển động quay của vật quanh khối tâm. Do đó động năng của vật rắn bằng tổng động năng của chuyển động tịnh tiến và động năng quay quanh khối tâm. Biết cách tính động năng toàn phần của một khối trụ lăn trên một mặt phẳng nghiêng. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Nếu có thể, GV chuẩn bị một con quay đồ chơi để làm mẫu chuyển động quay quanh một trục. Khi quay, con quay có một động năng. - Tìm một vài ảnh tuabin thủy lực (trong nhà máy Thủy điện), tuabin khí... 2 / Học sinh : Ôn kĩ bài học trước. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Học sinh xem hình 7.1 HS : Động năng của vật rắn quay quanh một trục bằng tổng động năng của tất cả các phần tử tạo nên vật. HS : Wđ = - Đơn vị của Wđ (J) Với : I = là momen quán tính của vật rắn đối với trục quay. HS : Động năng của vật rắn quay quanh một trục bằng tổng động năng của tất cả các phần tử tạo nên vật; được đo bằng nửa tích số của momen quán tính của vật và bình phương vận tốc góc của vật đối với trục quay đó HS : Trong hệ thống đo lường quốc tế đơn vị của động năng là SI ? Hoạt động 2 : HS : Thiết lập định nghĩa chuyển động song phẳng ? HS : Trả lời câu hỏi được đặt ra trong hình 7.2 . HS : Chuyển động tịnh tiến của vật thể hiện bằng chuyển động của khối tâm C của vật dưới tác dụng của tổng vectơ các ngoại lực đặt lên vật. HS : Chuyển động quay của vật rắn quanh trục đi qua khối tâm và vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo của khối tâm. Hoạt động 3 : HS : W1 = mv2C HS : W2 = I . w2 HS : W = mv2C + I . w2 GV : Giáo viên cho học sinh xem hình 7.1 để giới thiệu cho học sinh thấy rằng mỗi phần tử quay có một động năng ? GV : Động năng của vật rắn quay quanh một trục được xác định như thế nào ? GV : Viết biểu thức xác định động năng của vật rắn quay quanh một trục ? GV : Nêu kết luận ? GV : Trong hệ thống đo lường quốc tế đơn vị của động năng là gì ? GV : Quyển sách xe dịch trên bàn, pittông chuyển động trong xylanh của động cơ, con suốt chạy trên máy dệt … GV : Giáo viên cho học sinh xem hình 4.2 GV : Phân tích chuyển động song phẳng thành các chuyển động đơn giản ! GV : Chuyển động tịnh tiến của vật rắn và chuyển động quay của vật rắn ! GV : Động năng của khối tâm được xác định như thế nào ? GV : Động năng của vật quay quanh trục đi qua khối tâm ? GV : Động năng toàn phần của vật rắn được xác định như thế nào ? IV / NỘI DUNG : 1. Động năng của vật rắn quay quanh một trục : Động năng của vật rắn quay quanh một trục bằng tổng động năng của tất cả các phần tử tạo nên vật; được đo bằng nửa tích số của momen quán tính của vật và bình phương vận tốc góc của vật đối với trục quay đó. Wđ = - Đơn vị của Wđ (J) Với : I = là momen quán tính của vật rắn đối với trục quay 2. Định lý biến thiên động năng : Độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của các lực tác dụng lên vật. DWđ = A. Đối với vật quay quanh một trục : DWđ = V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2,3 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 8 Tiết 9 : BÀI 8 : CÂN BẰNG TĨNH CỦA VẬT RẮN I / MỤC TIÊU : Hiểu được các điều kiện cân bằng tĩnh của một vật rắn về lực và về momen lực. Hiểu được thế nào là tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực đặt lên vật rắn. Nắm vững điều kiện cân bằng của hệ hai lực và của hệ ba lực đồng phẳng và đồng quy. Biết áp dụng hai trường hợp trên cho một số bài tập. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Chuẩn bị một, hai TN về cân bằng của một hình phẳng dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng. 2 / Học sinh : Ôn lại về momen lực. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Mọi phần tử của vật đều đứng yên so với mặt đất. HS : Trọng lực của phiến đá và phản lực của hai trụ. HS : Tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực tác dụng lên vật rắn bằng không. HS : Tổng các momen các ngoại lực đặt lên vật đối với khối tâm bằng không. SM = 0 Hoạt động 2 : HS : Vẽ các vectơ lực đặt lên quả dọi và lên quyển sách. HS : Cân bằng của quả dọi và cân bằng của quyển sách đều dưới tác dụng của hai lực. Khác nhau là hai lực hướng ra xa nhau ( trọng lực của quả dọi và sức căng của sợi dây ) và hướng về nhau ( trọng lực của quyển sách và phản lực của bàn ). HS : Điều kiện thứ nhất : hai lực phải song song, ngược chiều và bằng nhau về độ lớn. hay Điều kiện thứ hai : hai lực có cùng đường tác dụng. Hoạt động 3 : HS : Vẽ hình 4.3 HS : Các đường tác dụng đồng quy. HS : Hợp lực bằng không. GV : Vật rắn nằm ở trạng thái cân bằng tĩnh khi dưới tác dụng của các ngoại lực, mọi phần tử của vật ở trang thái như thế nào ? GV : Phiến đá trong ảnh nằm trên hai trụ đá ở trạng thái cân bằng tĩnh dưới tác dụng của những lực nào ? GV : Ta biết rằng chuyển động của vật rắn được xét như chuyển động tịnh tiến của khối tâm chuyển động quay quanh trục đi qua khối tâm. Như vậy để vật hoàn toàn đứng yên thì khối tâm của vật phải đứng yên và vật không quay quanh bất cứ trục nào đi qua khối tâm. Muốn vậy, hệ các ngoại lực đặt lên vật phải thỏa mãn hai điều kiện sau : GV : Hãy vẽ các vectơ lực đặt lên quả dọi và lên quyển sách ? GV : Điều kiện cân bằng của hai vật đo có gì khác nhau ? GV : Phát biểu điều kiện thứ nhất cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực ? GV : Phát biểu điều kiện thứ hai cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực? GV : Hướng dẫn học sinh vẽ một vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng không song song ? GV : Phát biểu điều kiện thứ nhất cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của ba lực ? GV : Phát biểu điều kiện thứ hai cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của ba lực? IV / NỘI DUNG : 1. Điều kiện cân bằng tĩnh của vật rắn Vật rắn ở trạng thái cân bằng tĩnh khi dưới tác dụng của các ngoại lực, mọi phần tử của vật đều đứng yên so với mặt đất. Điều kiện cân bằng tĩnh của vật rắn : Tổng hình học các vectơ biểu diễn các ngoại lực tác dụng lên vật rắn bằng không. Tổng các momen các ngoại lực đặt lên vật đối với khối tâm bằng không. SM = 0 2. Cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực Điều kiện cân bằng tĩnh của một vật dưới tác dụng của hai lực. Điều kiện thứ nhất : hai lực phải song song, ngược chiều và bằng nhau về độ lớn. hay Điều kiện thứ hai : hai lực có cùng đường tác dụng. 3. Cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng. Điều kiện cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực đồng phẳng là ba lực đó phải có các đường tác dụng đồng quy và có hợp lực bằng không. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Làm câu hỏi trắc nghiệm 1, trả lời câu hỏi 2 và các bài tập 1,2. Xem bài 9. Tiết 10 : BÀI TẬP. Tiết 11 : BÀI 9 : HỢP LỰC CỦA CÁC LỰC SONG SONG – NGẪU LỰC CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN DƯỚI TÁC DỤNG CỦA BA LỰC SONG SONG I / MỤC TIÊU : Hiểu và vận dụng được quy tắc hợp hai lực song song cùng chiều và ngược chiều. Hiểu định nghĩa ngẫu lực, mặt phẳng ngẫu lực và momen của ngẫu lực. Biết cách áp dụng điều kiện cân bằng tổng quát cho trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực song song. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Chuẩn bị TN về hợp hai lực song song gồm một giá đỡ, một thanh, nhiều quả nặng (xem hình 9.1 SGK) - Chuẩn bị các dụng cụ sau (nếu có thể) : cái mở nút chai, các cân cầm tay (hình 9.5 SGK) 2 / Học sinh : Học sinh đọc lại quy tắc tổng hợp và phân tích lực trong sách giáo khoa vật lý lớp 10. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Song song HS : Cùng chiều HS : Tổng độ lớn của hai lực HS : Đường tác dụng của hợp lực chia khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó. HS : Hoàn chỉnh nội dung quy tắc hợp lực của hai lực song song cùng chiều ? Hoạt động 2 : HS : Song song HS : Cùng chiều với lực lớn HS : Hiệu độ lớn của hai lực HS : Đường tác dụng của hợp lực chia ngoài khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó. HS : Hoàn chỉnh nội dung quy tắc hợp lực của hai lực song song cùng chiều ? Hoạt động 3 : HS : Ngẫu lực là hệ hai lực, tác dụng lên một vật, có độ lớn bằng nhau, song song, ngược chiều nhưng không cùng đường tác dụng. HS : Momen ngẫu lực bằng tích số của một lực với khoảng cách giữa hai đường tác dụng của các lực. Hoạt động 4 : HS : Để vật cân bằng thì lực thứ ba phải trực đối với hai lực kia. Hoạt động 5 : HS : Ghi định nghĩa trọng tâm. HS : xG = ; yG = HS : Ở một miền không gian gần mặt đất, trọng tâm của vật thực tế trùng với khối tâm của vật. HS : Lần lượt gắn một đầu dây treo vật ở điểm A và điểm B của vật. Mỗi lần treo vật, ta lấy bút chì vạch một đường thẳng đứng đi qua điểm treo vật. Đó cũng là đường đi qua trọng tâm vật. Giao của hai đường là vị trí trọng tâm của vật. GV : Tiến hành làm thí nghiệm hình 9.1 GV : Hợp lực F có phương như thế nào so với phương các lực thành phần ? GV : Hợp lực F có chiều như thế nào so với chiều các lực thành phần ? GV : Hợp lực F có độ lớn như thế nào so với độ lớn các lực thành phần ? GV : Đường tác dụng của hợp lực có đặc điểm gì ? GV : Phát biểu quy tắc hợp lực của hai lực song song cùng chiều ? GV : Tiến hành làm thí nghiệm hình 9.3 GV : Hợp lực F có phương như thế nào so với phương các lực thành phần ? GV : Hợp lực F có chiều như thế nào so với chiều các lực thành phần ? GV : Hợp lực F có độ lớn như thế nào so với độ lớn các lực thành phần ? GV : Đường tác dụng của hợp lực có đặc điểm gì ? GV : Phát biểu quy tắc hợp lưc của hai lực song song ngược chiều ? GV : Giáo viên mô tả tài xế cầm vôlăng, tay cầm cái mở nút chai. Đó là ngẫu lực. GV : Ngẫu lực là gì ? GV : Moment của ngẫu lực là gì ? GV : Lưu ý học sinh : Ngẫu lực là hệ hai lực song song duy nhát khong có hợp lực mà chỉ cómoment lực ? GV : Tiến hành làm thí nghiệm hình 9.5 GV : Nêu điều kiện cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực song song. GV : Trọng tâm là gì ? GV : Trọng tâm của một vật là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật đó. GV : Thiết lập công thức trọng tâm của hệ gồm hai chất điểm. GV : Thiết lập công thức trọng tâm của một vật . GV : Quan hệ giữa trọng tâm và khối tâm của một vật : GV : Hướng dẫn học sinh cách xác định trọng tâm (hoặc khối tâm) của một vật mỏng bằng thực nghiệm ? IV / NỘI DUNG : 1. Hợp lực của hai lực song song cùng chiều : A O B B B B d2 d1 Hợp lực của hai lực song song cùng chiều tác dụng lên một vật rắn là một lực song song, cùng chiều với hai lực trên, có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực. Đường tác dụng của hợp lực chia khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực thành phần thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực đó. Độ lớn : F = F1 + F2 Điểm đặt : nằm trong AB và thỏa : F1d1 = F2d2. Hay 2. Hợp lực của hai lực song song ngược chiều : O B B B d2 d1 A Hợp lực của hai lực song song ngược chiều là một lực song song cùng chiều với lực lớn hơn, có độ lớn bằng hiệu các độ lớn và có đường tác dụng chia ngoài khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực thành phần thành những đoạn tỉ lệ nghịch với hai lực đó. Độ lớn : F = |F1 - F2| Điểm đặt : nằm trong AB và thỏa : F1d1 = F2d2. 3. Ngẫu lực : Ngẫu lực là hệ hai lực, tác dụng lên một vật, có độ lớn bằng nhau, song song, ngược chiều nhưng không cùng đường tác dụng. Mặt phẳng chứa các lực gọi là mặt phẳng ngẫu lực. Ngẫu lực là hệ hai lực song song duy nhất không có hợp lực, chỉ có momen lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực, vật sẽ thực hiện chuyển động quay. Momen ngẫu lực bằng tích số của một lực với khoảng cách giữa hai đường tác dụng của các lực (còn gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực) d M = F.d 4. Điều kiện cân bằng của một vật dưới tác dụng của ba lực song song : Để vật cân bằng thì lực thứ ba phải trực đối với hai lực kia. 5. Trọng tâm của vật rắn (G) Trọng tâm của một vật là điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật đó. Vị trí trọng tâm được xác định bằng các công thức. xG = ; yG = Quan hệ giữa trọng tâm và khối tâm của một vật : ở một miền không gian gần mặt đất, trọng tâm của vật thực tế trùng với khối tâm của vật. Cách xác định trọng tâm (hoặc khối tâm) của một vật mỏng bằng thực nghiệm. Lần lượt gắn một đầu dây treo vật ở điểm A và điểm B của vật. Mỗi lần treo vật, ta lấy bút chì vạch một đường thẳng đứng đi qua điểm treo vật. Đó cũng là đường đi qua trọng tâm vật. Giao của hai đường là vị trí trọng tâm của vật. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2 và các bài tập 1,2,3 Xem bài 10. Tiết 12 : BÀI 9 : CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. MẶT CHÂN ĐẾ I / MỤC TIÊU : Hiểu được điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định chỉ là điều kiện về momen các ngoại lực và là trường hợp riêng của điều kiện cân bằng tổng quát. Hiểu được thế nào là cân bằng bền, không bền, phiếm định. Hiểu thế nào là mặt chân đế của một vật và giải thích cách làm tăng mức vững vàng của một vật. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Chuẩn bị TN đĩa momen (hình 10.1 SGK). - Nếu có thể, chuẩn bị hộp hình khối chữ nhật và miếng kê như Hình 10.5 SGK. 2 / Học sinh : Ôn lại điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Độ lớn của lực F1 HS : Độ lớn của cánh tay đòn của lực F1 HS : Độ lớn của moment lực của lực F1 HS : Độ lớn của lực F2 HS : Độ lớn của cánh tay đòn của lực F2 HS : Độ lớn của moment lực của lực F2 HS : Moment của 2 lực này là M 1 và M 2 có độ lớn bằng nhau nhưng có dấu ngược nhau. Tổng đại số của hai moment này bằng không ? HS : Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định tổng đại số tất cả các momen lực đặt lên vật đối với trục quay đó bằng không. Mi = M1 + M2 + ... = 0 HS : Quy tắc moment. Hoạt động 2 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Nêu định nghĩa cân bằng bền. HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Nêu định nghĩa cân bằng không bền. HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Nêu định nghĩa cân bằng phiếm định. Hoạt động 3 : HS : Quan sát hình vẽ trong sách giáo khoa HS : Nêu định nghĩa mặt chân đế. HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Nêu điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. HS : Trọng tâm càng cao và diện tích mặt chân đế càng nhỏ thì mức vững vàng của vật càng kém và ngược lại. GV : Làm thí nghiệm hình 10.1 GV : Hãy cho biết độ lớn của lực F1 ? GV : Hãy cho biết độ lớn của cánh tay đòn của lực F1 ? GV : Hãy tính moment lực của lực F1 ? GV : Hãy cho biết độ lớn của lực F2 ? GV : Hãy cho biết độ lớn của cánh tay đòn của lực F2 ? GV : Hãy tính moment lực của lực F2 ? GV : Em có nhận xét gì về moment của hai lực này ? GV : Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định ? GV : Điều kiện này còn gọi là gì ? GV : Làm thí nghiệm 10.2a GV : Cân bằng bền là gì ? GV : Giải thích lý do tại sao xảy ra ? GV : Làm thí nghiệm 10.2b GV : Cân bằng không bền là gì ? GV : Giải thích lý do tại sao xảy ra ? GV : Làm thí nghiệm 10.2c GV : Cân bằng phiếm định là gì ? GV : Giải thích lý do tại sao xảy ra ? GV : Mô tả hình 10.4 GV : Thế nào là mặt chân đế của 1 vật ? GV : Làm thí nghiệm hình 10.5 GV : Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là gì ? GV : Lấy ví dụ về tủ càng cao, càng rộng ? GV : Có nhận xét gì về mức vững vàng của trạng thái cân bằng ? IV / NỘI DUNG : 1. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (còn gọi là qui tắc momen) Điều kiện cân bằng tĩnh của một vật rắn có trục quay cố định là tổng đại số tất cả các momen lực đặt lên vật đối với trục quay đó bằng không. Mi = M1 + M2 + ... = 0 2. Các dạng cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. a. Cân bằng bền : Trạng thái cân bằng của một vật là bền nếu khi vật bị lệch khỏi trạng thái đó thì nó sẽ trở lại vị trí cân bằng ban đầu dưới tác dượng của trọng lực. b. Cân bằng không bền : Trạng thái cân bằng của một vật là không bền, nếu khi vật bị lệch khỏi trạng thái đó thì vật sẽ chuyển sang trạng thái cân bằng mới dưới tác dụng của trọng lực. c. Cân bằng phiếm định : Trạng thái cân bằng của một vật là phiếm định nếu như vật bị lệch khỏi trạng thái đó thì vật năm ở ngay trạng thái cân bằng lúc bị lệch. d. Nguyên nhân của các trạng thái cân bằng khác nhau : Khi vị trí trọng tâm của vật ở trạng thái cân bằng thấp hơn so với vị trí trọng tâm của nó ở các vị trí lân cận, thì vật nằm ở trạng thái cân bằng bền. Khi vị trí trọng tâm của vật ở trạng thái cân bằng cao hơn so với vị trí trọng tâm của nó ở các vị trí lân cận thì vật nằm ở trạng thái cân bằng không bền. Khi vị trí trọng tâm của vật ở trạng thái cân bằng không đổi hoặc ở một độ cao không đổi thì vật nằm ở trạng thái cân bằng phiếm định. 3. Mặt chân đế. Tính vững vàng của một vật có mặt chân đế. a. Mặt chân đế Mặt chân đế của một vật là đa giác lồi nhỏ nhất chứa các điểm tiếp xúc giữa vật và mặt đỡ. b. Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế là đường tác dụng của trọng lực phải đi qua mặt chân đế (hay là trọng tâm “rơi” trên mặt chân đế) c. Mức vững vàng của trạng thái cân bằng. Trọng tâm càng cao và diện tích mặt chân đế càng nhỏ thì mức vững vàng của vật càng kém và ngược lại. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2 và các bài tập 1,2,3,4. Xem bài 11. Tiết 13 : BÀI TẬP Tiết 14 : KIỂM TRA 1 TIẾT Tiết 15 : BÀI 9 : DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I / MỤC TIÊU : Thông qua quan sát có khái niệm về chuyển động dao động. Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc lò xo. Biết rằng biểu thức của dao động là nghiệm của phương trình động lực học. Biết các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Chuẩn bị con lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng, con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí. Cho HS quan sát chuyển động của ba con lắc đó. Chuẩn bị đồng hồ bấm giây để đo chu kì con lắc dây. Nếu có thiết bị đo chu kì của con lắc lò xo nằm ngang có đệm không khí bằng đồng hồ hiệu số thì có thể thay việc đo chu kì con lắc giây bằng việc đo chu kì con lắc lò xo nằm ngang. 2 / Học sinh : Ôn lại về đạo hàm, cách tính đạo hàm, ý nghĩa vật lí của đạo hàm : Trong chuyển động thẳng vận tốc của chất điểm bằng đạo hàm của tọa độ chất điểm theo thời gian, còn gia tốc thì bằng đạo hàm của vận tốc. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Có một vị trí cân bằng. HS : Chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng. HS : Chuyển động là tuần hoàn. HS : Dao động cơ học là chuyển động tuần hoàn qua lại quanh một vị trí cân bằng. Hoạt động 2 : HS : Trọng lực, phản lực, lực đàn hồi. HS : + + = m . ( 1 ) HS : Chiếu ( 1 ) xuống trục xx’ HS : - Fđh = m . a HS : Fđh = k . x HS : a = x’’ HS : x’’ + w2x = 0 Hoạt động 3 : HS : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(wt + j), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. Hoạt động 4 : HS : x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) A : biên độ, hay giá trị cực đại của li độ x ứng với lúc cos(wt + j) = 1. (wt + j) : pha của dao động tại thời điểm t, pha là đối số của hàm cosin. Với một biên độ đã cho thì pha xác định li độ x của dao động. (rad) j : pha ban đầu, tức là pha (wt + j) vào thời điểm t = 0 (rad) w : tần số góc của dao động (rad/s) GV : Cho học sinh quan sát chuyển động của vật nặng trong con lắc dây, con lắc lò xo thẳng đứng và con lắc lò xo nằm ngang trên đệm không khí. GV : Chuyển động của vật nặng trong 3 trường hợp trên có những đặc điểm gì giống nhau ? GV : Chuyển động của vật nặng nói trên gọi là dao động cơ học. GV : Dao động cơ học là gì ? GV : Em hãy cho biết vật nặng chịu tác dụng của những lực nào ? GV : Theo định luật II Newton phương trình chuyển động của vật được viết như thế nào ? GV : Chuyển pt vectơ thành pt đại số ? GV : Lực đàn hồi được xác định như thế nào ? GV : Gia tốc a có độ lớn được xác định như thế nào ? GV : Phương trình - Fđh = m . a được viết lại như thế nào ? GV : Giáo viên giới thiệu đây là phương trình vi phân bậc 2, nghiệm số của phương trình có dạng : x = A cos ( wt + j ). GV : Dao động điều hòa là gì ? GV : Nêu ý nghĩa vật lý của từng đại lượng trong công thức trên ? IV / NỘI DUNG : 1. Dao động cơ học : Dao động cơ học là chuyển động tuần hoàn qua lại trên một đoạn đường xác định, quanh một vị trí cân bằng. Vị trí cân bằng là vị trí đứng yên của vật. 2. Thiết lập phương trình động lực học của dao động : Xét chuyển động của vật nặng trong con lắc lò xo. Lực tác dụng lên vật nặng : lực đàn hồi Fđh = - kx. Theo định luật II Niutơn (bỏ qua ma sát) F = ma = m.x’’ => mx’’ = -k.x => x’’ + = 0 (1) Đặt : w2 = => x’’ + w2x = 0 (2) (1) và (2) gọi là phương trình động lực học của dao động. 3. Nghiệm của phương trình động lực học. Phương trình động lực học của dao động có nghiệm : x = Acos(wt + j) (3) Trong đó A và j là hai hằng số bất kỳ. (3) gọi là phương trình dao động. Dao động điều hòa : Dao động mà phương trình có dạng x = Acos(wt + j), tức là vế phải là hàm cosin hay sin của thời gian, gọi là dao động điều hòa. 4. Các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa : x = Acos(wt + j) x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB) A : biên độ, hay giá trị cực đại của li độ x ứng với lúc cos(wt + j) = 1. (wt + j) : pha của dao động tại thời điểm t, pha là đối số của hàm cosin. Với một biên độ đã cho thì pha xác định li độ x của dao động. (rad) j : pha ban đầu, tức là pha (wt + j) vào thời điểm t = 0 (rad) w : tần số góc của dao động (rad/s) 5. Con lắc lò xo Con lắc lò xo gồm một vật nặng có khối lượng m được gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k và khối lượng không đáng kể. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 12. Tiết 16 : BÀI 12 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I / MỤC TIÊU : Biết tính toán và vẽ đồ thị biến đổi theo thời gian của li độ, vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa (DĐĐH) Hiểu rõ khái niệm chu kì và tần số của DĐĐH. Biết biểu diễn DĐĐH bằng vectơ quay. Biết viết điều kiện sau đây tùy theo cách kích thích dao động, và từ điều kiện ban đầu suy ra biên độ A và pha ban đầu j Củng cố kiến thức về DĐĐH, có kĩ năng giải bài tập về động học dao động. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Phương pháp chung của bài này là suy diễn, dùng toán học làm rõ những nội dung vật lí mô tả bởi phương trình dao động. 2 / Học sinh : - Xuất phát từ biểu thức Acos(wt + j) của DĐĐH suy ra tính tuần hoàn và chu kì dao động, suy ra biểu thức của vận tốc và gia tốc. Vẽ đồ thị li độ, vận tốc theo thời gian và đối chiếu hai đồ thị, suy ra một số hệ quả cần thiết. - Biểu diễn DĐĐH bằng vectơ quay. - Từ điều kiện ban đầu (biết li độ x(0) và vận tốc v(0)) tìm giá trị của biên độ A và pha ban đầu j của DĐĐH. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : x = Acos ( w t + j ) HS : 2p HS : x=Acos(wt+j)=Acos(w (t+2p/w)+j) HS : Chu kỳ (T) là khoảng thời gian thực hiện một dao động toàn phần. HS : giây ( s ) HS : Số dao động được thực hiện trong một giây. HS : Hertz ( Hz ) Hoạt động 2 : HS : v = x’ = -wAsin(wt + j) HS : x = ±A HS : v = 0 HS : x = 0 HS : v = ±wA HS : Người ta nói rằng vận tốc trễ pha p / 2 so với ly độ. Hoạt động 3 : HS : a = v’ = x’’= -w2Acos(wt + j) = -w2x HS : Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. Hoạt động 4 : HS : Học sinh tự vẽ vectơ theo hướng dẫn của giáo viên. Hoạt động 5 : HS : Trong một chuyển động cụ thể thì A và j có giá trị xác định, tùy theo cách kích thích dao động và cách chọn gốc thời gian. GV : Viết phương trình ly độ của dao động điều hòa ? GV : Chu kỳ dao động của hàm số cos là bao nhiêu ? GV : Giáo viên hướng dẫn biến đổi để cho học sinh thấy được ly độ ở thời điểm t và t + 2p/w GV : Chu kỳ là gì ? GV : Đơn vị chu kỳ là gì ? GV : Tần số là gì ? GV : Đơn vị của tần số là gì ? GV : Vận tốc bằng đạo hàm của ly độ theo thời gian. GV : Học sinh tự tìm biểu thức vận tốc. GV : Ở ngay tại vị trí biên, vật nặng có ly độ như thế nào ? GV : Ở ngay tại vị trí biên, vật nặng có vận tốc như thế nào ? GV : Ở ngay tại vị trí cân bằng, vật nặng có ly độ như thế nào ? GV : Ở ngay tại vị trí cân bằng, vật nặng có vận tốc như thế nào ? GV : Pha của vận tốc v như thế nào so với pha của ly độ x GV : Gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc theo thời gian. GV : Học sinh tự tìm biểu thức gia tốc. GV : Gia tốc và ly độ có đặc điểm gì ? GV : Để biểu diễn dao động điều hòa người ta dùng vectơ OM có độ dài A ( biên độ ), quay điều quanh điểm O trong mặt phẳng chứa trục Ox với vận tốc góc là w. Vào thời điểm ban đầu t = 0, góc giữa trục Ox và vectơ OM là j ( pha ban đầu ). GV : Xét một vật dao động, ví dụ vật nặng trong con lắc lò xo. Trong bài trước, ta tìm được phương trình dao động của vật, trong đó có hai hằng số A và j. Trong một chuyển động cụ thể thì A và j có giá trị xác định, tùy theo cách kích thích dao động. IV / NỘI DUNG : 1. Chu kỳ và tần số của dao động điều hòa. a. Chu kỳ Chu kỳ (T) là khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần liên tiếp vật đi qua cùng một vị trí với cùng chiều chuyển động. Hay, chu kỳ (T) là khoảng thời gian thực hiện một dao động toàn phần. T = {T : (s) b. Tần số : Tần số f của dao động là số chu kỳ dao động (còn gọi tắt là số dao động) được thực hiện trong một đơn vị thời gian (1 giây) f = {f : Hz 2. Vận tốc trong dao động điều hòa v = x’ = -wAsin(wt + j) Chú ý : Ở vị trí giới hạn (ở vị trí biên) : x = ±A thì v = 0 Ở VTCB : x = 0 thì v = ±wA 3. Gia tốc trong dao động điều hòa a = v’ = x’’ => a = -w2Acos(wt + j) = -w2x Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. 4. Biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay. Vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa, có hình chiếu trên trục x là li độ của dao động. Vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa được vẽ tại thời điểm ban đầu có : - Gốc tại gốc tọa độ của trục ox. - Độ dài bằng biên độ dao động : OM = A - Hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu (chọn chiều dương là chiều lượng giác) 5. Điều kiện ban đầu : sự kích thích dao động Trong một chuyển động cụ thể thì A và j có giá trị xác định, tùy theo cách kích thích dao động và cách chọn gốc thời gian. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4, 5 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 13. Tiết 17 : BÀI TẬP Tiết 18 : BÀI 13 : CON LẮC ĐƠN I / MỤC TIÊU : Biết cách thiết lập phương trình động lực học của con lắc đơn, có khái niệm về con lắc vật lí. Nắm vững những công thức về con lắc và vận dụng trong các bài toán đơn giản. Củng cố kiến thức về DĐĐH đã học trong bài trước và gặp lại trong bài này. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - Chuẩn bị một con lắc đơn (gần đúng), một con lắc vật lí cho HS quan sát trên lớp. - Nêu chuẩn bị một con lắc vật lí (phẳng) bằng bìa hoặc bằng tấm gỗ. Trên mặt có đánh dấu khối tâm G và khoảng cách OG từ trục quay đến khối tâm. 2 / Học sinh : Ôn lại khái niệm vận tốc và gia tốc trong chuyển động tròn, momen quán tính, momen của lực đối với một trục. Phương trình chuyển động của vật rắn quay quanh một trục. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây mềm không dãn có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể. HS : Nêu định nghĩa vị trí cân bằng. HS : Thấp nhất. HS : Mô tả dao động Hoạt động 2 : Phương trình động lực học của con lắc đơn với dao động nhỏ thì có thể coi gần đúng như phương trình động lực học của con lắc lò xo. Dao động nhỏ tức là khi sina có thể coi gần đúng là a <<1 rad, hay là s << l. HS : Trọng lực và lực căng dây ? HS : + = m . HS : - P sin a = m.at HS : P = m.g HS : at = s’’ HS : s’’ + w2. s = 0 Hoạt động 3 : HS : s = Acos (wt + j) HS : a = aocos(wt + j) Đối với con lắc đơn dao động nhỏ có thể dùng li độ góc a hoặc dùng li động dài s = lsina. HS : Tương tự như son lắc lò xo. HS : T = HS : f = Hoạt động 4 : HS : Nêu định nghĩa hệ dao động ! HS : Nêu định nghĩa dao động tự do ! HS : Nêu hai công thức Con lắc đơn dao động điều hòa chỉ khi li độ nhỏ còn con lắc lò xo dao động điều hòa trong phạm vi giới hạn đàn hồi của lò xo. Tần số góc của con lắc đơn w = không phụ thuộc khối lượng m của con lắc, còn tần số góc của con lắc lò xo thì phụ thuộc m. GV : Quan sát hình vẽ 13.1 GV : Con lắc đơn là gì ? GV : Vị trí cân bằng là gì ? GV : Lúc đó vật nặng ở vị trí nào ? GV : Vật nặng dao động như thế nào ? GV : Con lắc chịu tác dụng của những lực nào ? GV : Theo định luật II Newton phương trình chuyển động của vật được viết như thế nào ? GV : Chuyển pt vectơ thành pt đại số ? GV : Trọng lực xác định như thế nào ? GV : Gia tốc a có độ lớn được xác định như thế nào ? GV : Phương trình - Psin a = m.a được viết lại như thế nào ? GV : Giáo viên giới thiệu đây là phương trình vi phân bậc 2, nghiệm số của phương trình có dạng : s = A cos ( wt + j ). GV : Phương trình góc lệch có dạng ? GV : Nêu ý nghĩa vật lý của từng đại lượng trong công thức trên ? GV : Chu kỳ dao động của con lắc đơn ? GV : Tần số dao động của con lắc đơn ? GV : Hệ dao động là gì ? GV : Thế nào là dao động tự do ? GV : Nêu công thức tần số góc riêng của con lắc lò xo và con lắc đơn ? IV / NỘI DUNG : 1. Con lắc đơn : Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây mềm không dãn có chiều dài l và có khối lượng không đáng kể. 2. Phương trình động lực học * Các lực tác dụng lên vật - Trọng lực - Phản lực của dây * Phương trình chuyển động (theo định luật II Niutơn) (1) Chiếu (1) lên trục Mx tiếp tuyến với quỹ đạo, ta có : - Psina = mat {at = s’’ => -mgsina = ms’’ với a £ 10o thì sin a »a = => s’’ + (2) Pt (2) được gọi là pt động lực học dao động của con lắc đơn với góc lệch a nhỏ. Đặt : w2 = => s’’ + w2s = 0 (3) 3. Nghiệm của phương trình động lực học của con lắc đơn : Phương trình : s’’ + w2s = 0 có nghiệm là phương trình dao động của con lắc đơn. s = Acos (wt + j) hay a = aocos(wt + j) 4. Chu kỳ - tần số * Chu kỳ T = * Tần số f = * Con lắc đơn dao động nhỏ quanh VTCB với tần số góc w, tần số f và chu kỳ T không phụ thuộc khối lượng m của vật nặng. 5. Hệ dao động : * Hệ dao động gồm vật dao động cùng với vận tốc tác dụng lực kéo về (lực hồi phục) gây nên dao động. Ví dụ : Con lắc lò xo : gồm vật nặng gắn vào lò xo có 1 đầu cố định. Con lắc đơn cùng với trái đất là một hệ dao động. * Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực gọi là dao động tự do. Một vật hay hệ dao động tự do theo một tần số góc xác định gọi là tần số góc riêng của vật hay hệ ấy. Ví dụ : Con lắc lò xo : w = Con lắc đơn và trái đất : w = 6. Con lắc vật lý Con lắc vật lý là một vật rắn quay được quanh một trục nằm ngang cố định. w = V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 14. Tiết 19 : BÀI 14 : NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA I / MỤC TIÊU : Biết cách tính toán và tìm ra biểu thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo. Có kĩ năng giải bài tập có liên quan, ví dụ tính động năng, thế năng, cơ năng của con lắc đơn. Củng cố kiến thức về bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động dưới tác dụng của lực thế (học ở lớp 10). II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Kiến thức lượng giác 2 / Học sinh : HS ôn lại khái niệm động năng, thế năng, lực thế, sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng lực thế. IV / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Trọng lực và lực đàn hồi ! HS : Lực thế ! HS : Bảo toàn Hoạt động 2 : HS : x = Acos ( wt + j ) HS : Wt = HS : Khảo sát sự biến đổi thế năng theo thời gian Hoạt động 3 : HS : v = - wAsin (wt + j ) HS : Wđ = A2sin2(wt + j) HS : Khảo sát sự biến đổi động năng theo thời gian Hoạt động 4 : HS : Cơ năng của vật bằng tổng động năng và thế năng. HS : W = Wt + Wđ => W = mw2A2[cos2(wt + j) + sin2(wt + j) => W = mw2A2 = kA2 = const HS : Cơ năng bảo toàn ! HS : Bình phương ! GV : Con lắc lò xo chịu tác dụng của những lực gì ? GV : Các lực này còn được gọi một tên chung là lực gì ? GV : Cơ năng của một vật chuyển động trong trương lực thế như thế nào ? GV : Phương trình ly độ của vật nặng trong con lắc lò xo ? GV : Dưới tác dụng của lực đàn hồi thế năng của vật được xác định như thế nào ? GV : Hướng dẫn học sinh khảo sát sự biến đổi thế năng theo thời gian ? GV : Phương trình vận tốc của vật nặng trong con lắc lò xo ? GV : Khi vật chuyển động, động năng của vật được xác định như thế nào ? GV : Hướng dẫn học sinh khảo sát sự biến đổi động năng theo thời gian ? GV : Cơ năng là gì ? GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi để dẫn tới công thức xác định cơ năng của con lắc lò xo ? GV : Cơ năng của con lắc lò xo có phụ thuộc vào thời gian không ? GV : Cơ năng tỉ lệ như thế nào với biên độ dao động ? Ví dụ : từ công thức (14.5) có thể tính cơ năng theo biên độ A hoặc ngược lại. Gợi ý HS viết công thức liên hệ giữa cơ năng W và vận tốc cực đại vmax của vật nặng. IV / NỘI DUNG : 1. Sự bảo toàn cơ năng Cơ năng của vật dao động được bảo toàn. 2. Biểu thức của thế năng Xét vật nặng trong con lắc lò xo : x = Acos(wt + j) Thế năng : Wt = Với : w2 = => Wt = mw2A2cos2(wt + j) 3. Biểu thức động năng Ta có : v = -wAsin(wt + j) => Động năng Wt = A2sin2(wt + j) 4. Biểu thức cơ năng W = Wt + Wđ => W = mw2A2[cos2(wt + j) + sin2(wt + j) => W = mw2A2 = kA2 = const Vậy : - Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc được bảo toàn. Nó chỉ biến đổi từ dạng thế năng sang dạng động năng và ngược lại. - Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động. Sự biến thiên năng lượng trong dao động điều hòa Khi vật ở vị trí cân bằng nhất : xmax, v = 0, thế năng cực đại, động năng bằng không. Khi vật lại gần vị trí cân bằng : x giảm, v tăng, thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật ở tại vị trí cân bằng x = 0, vmax, thế năng bằng không, động năng cực đại. Khi vật rời xa vị trí cân bằng : x tăng, v giảm, thế năng tăng, động năng giảm. Vậy : Trong quá trình dao động điều hòa, khi thế năng giảm thì động năng tăng và ngược lại. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4, 5 và các bài tập 1,2,3. Xem bài 15. Tiết 20 : BÀI 15 : BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Tiết 21 : BÀI 16 : DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ DAO ĐỘNG DUY TRÌ I / MỤC TIÊU : Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần dao động cơ học là do ma sát nhớt tạo nên lực cản đối với vật dao động. Ma sát nhỏ dẫn đến dao động tắt dần chậm. Ma sát lớn dẫn đến tắt dần nhanh và dẫn đến không dao động. Biết được nguyên tắc làm cho dao động có ma sát được duy trì. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : GV chuẩn bị bốn con lắc lò xo dao động trong các môi trường nhớt khác nhau để HS quan sát trên lớp. Hình 16.2 nên được vẽ trước trên giấy (tranh vẽ). 2 / Học sinh : Quan sát hiện tượng đưa võng, đồng hồ quả lắc, bộ phận giảm xóc. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Nêu nhận xét ? HS : Nêu nhận xét ? HS : Nêu nhận xét ? HS : Nêu nhận xét ? Hoạt động 2 : HS : Nêu nhận xét ? Hoạt động 3 : HS : Nêu nhận xét ? HS : Năng lượng không đổi. HS : Năng lượng giảm dần. HS : W = k . A2 HS : A giảm HS : Nêu kết luận Hoạt động 4 : HS : Cung cấp năng lượng ? HS : Nêu định nghĩa dao động duy trì . HS : Mô tả Hoạt động 5 : HS : Quan sát HS : Kết luận. GV : Quan sát hiện tượng con lắc lò xo dao động trong môi trường không khí. GV : Quan sát hiện tượng con lắc lò xo dao động trong môi trường nước. GV : Quan sát hiện tượng con lắc lò xo dao động trong môi trường dầu. GV : Quan sát hiện tượng con lắc lò xo dao động trong môi trường dầu rất nhớt. GV : Dùng dao động ký ghi lại đồ thị li độ x của các trường hợp dao động tắt dần. GV : Dùng lập luận về bảo toàn năng lượng suy ra sự giảm dần của biên độ. GV : Nếu không có ma sát thì cơ năng của con lắc biến đổi thế nào? GV : Nếu có ma sát nhớt thì cơ năng biến đổi thế nào? GV : Biên độ có liên quan với cơ năng thế nào? GV : Biên độ biến đổi thế nào? GV : Nêu nguyên nhân dao động tắt dần ? GV : Muốn duy trì dao động tắt dần ta phải làm gì ? GV : Nêu cách cung cấp năng lượng ? GV : Cơ chế duy trì dao động của con lắc. GV : Mô tả bộ phận giảm xóc ? GV : Ứng dụng. IV / NỘI DUNG : 1. Dao động tắt dần. * Dao động tắt dần là dao động với biên độ giảm dần theo thời gian. * Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do ma sát ở điểm treo và lực cản của môi trường. Dao động tắt dần càng nhanh nếu môi trường càng nhớt tức lực cản của môi trường càng lớn. 2. Dao động duy trì : Nếu ta cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động có ma sát để bù lại sự tiêu hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kỳ riêng của nó thì dao động kéo dài mãi mãi và gọi là dao động duy trì. 3. Ứng dụng của dao động tắt dần : Các thiết bị đóng cửa tự khép hay giảm xóc ôtô. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1. Xem bài 17. Tiết 22 : BÀI 17 : DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC, CỘNG HƯỞNG. I / MỤC TIÊU : Biết được dao động cưỡng bức khi ổn định có tần số bằng tần số ngoại lực, có biên độ phụ thuộc tần số ngoại lực. Biên độ cực đại khi tần số ngoại lực bằng tần số dao động riêng của hệ. Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức cực đại gọi là cộng hưởng. Cộng hưởng thể hiện rõ khi ma sát nhỏ. Biết được rằng hiện tượng cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong thực tế và kể ra được một vài ứng dụng. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : chuẩn bị TN ở mục 3. TN này tốn nhiều thời gian. Việc xác định chu kỳ T0 (và suy ra tần số góc w0) của con lắc A và chu kì T của con lắc B ứng với một số (có thể là 5) vị trí khác nhau của quả nặng khối lượng M nên làm trước, ngoài giờ học. Cần có một bảng hình bán nguyệt có chia độ, đặt song song với mặt phẳng dao động của con lắc A (ở phía sau) để đo biên độ dao động của con lắc này. Khi làm TN cho con lắc B dao động nhiều lần (mỗi lần ứng với một vị trí khác nhau của quả nặng) thì tất cả mọi lần đều phải có cùng biên độ. Vì vậy cần phải có một mốc để đánh dấu biên độ, đặt cạnh mặt phẳng dao động của con lắc B. Có thể không làm TN ở cột phải mà chỉ thông báo kết quả. 2 / Học sinh : Xem lại khái niệm dao động tắt dần. Quan sát nguyên tắc hoạt động của tần số kế. Quan sát kỹ thuật lên dây đàn. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Biên độ tăng dần. HS : Biên độ không thay đổi HS : Quan sát đồ thị dao động. HS : Dạng sin HS : Bằng tần số góc w của ngoại lực. HS : Tỉ lệ với biên độ F0 của ngoại lực. Hoạt động 2 : HS : Giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng w0 của hệ dao động tắt dần. HS : Định nghĩa hiện cộng hưởng. Hoạt động 3 : HS : Vẽ hình. HS : Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. HS : Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn. Hoạt động 4 : HS : Xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc w bất kỳ. HS : Xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc w bằng với tần số góc w0 của dao động tự do của hệ. HS : Cả hai đều có tần số góc w bằng tần số góc riêng w0 của hệ dao động. HS : Ngoại lực độc lập đối với hệ. HS : Ngoại lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó ? Hoạt động 5 : HS : Tần số kế, lên dây đàn. HS : Chế tạo các máy móc, lắp đặt máy. GV : Bây giờ vật nặng đứng yên ở vị trí cân bằng, ta tác dụng lên vật một ngoại lực F biến đổi điều hòa theo thời gian F = F0 coswt và xét xem vật chuyển động như thế nào. GV : Chuyển động của vật dưới tác dụng của ngoại lực nói trên như thế nào ? GV : Đồ thị ly độ x trong giai đoạn cưỡng bức có đặc điểm gì ? GV : Tần số góc của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì ? GV : Biên độ của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì ? GV : Giới thiệu đường biểu diễn A theo w hình vẽ 17.2 trong sách giáo khoa. GV : Theo dõi đường biểu diễn Em thấy được điều gì ? GV : Hiện tượng cộng hưởng là gì ? GV : Hãy vẽ lại đường biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A của dao động vào tần số góc w của ngoại lực GV : Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ như thế nào ? GV : Hiện tượng cộng hưởng có đặc điểm gì ? GV : Em hãy cho biết khi nào dao động cưỡng bức xảy ra ? GV : Em hãy cho biết khi nào dao động duy trì xảy ra ? GV : Dao động cưỡng bức khi cộng hưởng có điểm giống với dao động duy trì ở chổ nào ? GV : Dao động cưỡng bức gây nên bởi một ngoại lực có đặc điểm gì ? GV : Dao động duy trì gây nên bởi một ngoại lực có đặc điểm gì ? GV : Cộng hưởng có lợi không ? GV : Cộng hưởng có hại không ? IV / NỘI DUNG : 1. Dao động cưỡng bức * Dao động gây ra bởi một ngoại lực biến đổi điều hòa theo thời gian F = Focos(wt + j) được gọi là dao động cưỡng bức * Đặc điểm của dao động cưỡng bức - Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. - Dao động cưỡng bức là điều hòa (có dạng sin) - Biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc cả vào độ chênh lệch giữa tần số cưỡng bức càng gần với tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. Biên độ dao động cưỡng bức có giá trị cực đại khi tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động. 2. Sự cộng hưởng : Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng wo của hệ dao động tắt dần, được gọi là hiện tượng cộng hưởng. Nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn. 3. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì * Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc w bất kỳ. Sau giai đoạn chuyển tiếp thì dao động cưỡng bức có tần số góc bằng tần số góc của ngoại lực. * Dao động cưỡng bức cũng xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực, nhưng ở đây ngoại lực được điều khiển để có tần số góc w bằng tần số góc wo của dao động tự do của hệ. * Dao động cưỡng bức khi cộng hưởng có điểm giống với dao động duy trì : cả hai đều có tần số góc bằng tần số góc riêng wo của hệ dao động. Tuy vậy vẫn có sự khác nhau : dao động cưỡng bức gây nên bởi ngoại lực độc lập đối với hệ, còn dao động duy trì kì dao động riêng của hệ được bù thêm năng lượng do một lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó. 4. Ứng dụng hiện tượng cộng hưởng 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. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1. Xem bài 18. Tiết 23 : BÀI 18 : TỔNG HỢP DAO ĐỘNG I / MỤC TIÊU : 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 « + Có kĩ năng dùng cách vẽ Fre-nen để tổng hợp hai dao động cùng tần số góc. Hiểu được tầm quan trọng của độ lệch pha khi tổng hợp hai dao động. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : - GV nêu rõ cách làm, chia ra từng bước cụ thể và hướng dẫn HS tính toán trên giấy nháp và tìm ra kết luận của từng phần. * Ví dụ : muốn cộng hai hàm x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) ta làm các việc sau : Vẽ hai vectơ quay và biểu diễn x1 và x2 vào lúc t = 0 (HS tự vẽ trên giấy nháp) trả lời câu hỏi : độ dài và góc hợp với trục Ox của từng vectơ) Vẽ = + (HS lập luận dẫn đến kết quả : hình bình hành mà 2 cạnh là và không biến dạng khi 2 vectơ và quay quanh gốc chung O) Chứng minh rằng vectơ là vectơ quan biểu diễn dao động tổng hợp x = x1 + x2 Dựa vào hình vẽ tính độ dài A của vectơ và góc j mà vectơ này hợp với trục Ox lúc t = 0. Đó chính là biên độ A và pha ban đầu j của dao động tổng hợp. 2 / Học sinh : - Ôn tập phương trình dao động điều hòa. - Ôn tập lại kiến thức lượng giác. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) HS : Học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa x1 và biểu diễn dao động điều hòa x2 . HS : Học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp ? HS : Học sinh quan sát và nghe thuyết trình. Hoạt động 2 : HS : A2 = HS : tgj = Hoạt động 3 : HS : x1 và x2 cùng pha HS : x1 và x2 ngược pha GV : Viết hai phương trình dao động điều hòa ? GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa x1 và biểu diễn dao động điều hòa x2 . GV : Hướng dẫn học sinh vẽ vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp ? GV : Hướng dẫn học sinh lập luận để chứng minh rằng vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp ? GV : Theo định lý hàm cos độ dài vectơ quay OM được xác định như thế nào ? GV : Pha ban đầu của dao động điều hòa tổng hợp được xác định như thế nào ? GV : Khi nào biên độ A tổng hợp có giá trị lớn nhất ? GV : Khi nào biên độ A tổng hợp có giá trị nhỏ nhất ? IV / NỘI DUNG : 1. Độ lệch pha giữa hai dao động * Xét 2 dao động điều hòa x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) Độ lệch pha giữa hai dao động : Dj = (wt +j1) - (wt + j2) Dj = j1 - j2 * Các trường hợp Dj > 0 => j1 > j2 : dao động x1 sớm pha hơn dđ x2 hay dao động x2 trễ pha hơn dao động x1 Dj > 0 => j1 < j2 : dao động x1 trễ pha hơn dđ x2 hay dđ x2 sớm pha hơn dđ x1 + Dj = 0; Dj = 2kp : hai dao động cùng pha. + Dj = p; Dj = (2k + 1)p : hai dao động ngược pha. 2. Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số góc. Cách vẽ Frenen : a. Biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay - cách vẽ Frenen 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. Vận tốc góc là w Hướng : hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu của dao động. (chọn chiều dương là chiều lượng giác) Khi đó, vectơ quay biểu diễn dao động điều hòa, có hình chiếu trên trục x là li độ của dao động. b. Tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng tần số góc : Cho hai dao động điều hòa : x1 = A1cos(wt + j1) x2 = A2cos(wt + j2) Tổng hợp hai dao động điều hòa trên : x = x1 + x2 Chúng ta tìm li độ của dao động tổng hợp bằng cách vẽ Frenen (còn gọi là giản đồ vectơ) x = x1 + x2 ¯ ¯ ¯ Vì hai vectơ và có cùng vận tốc góc w nên hình bình hành OM1MM2 không biến dạng và quay với vận tốc góc w. Vectơ biểu diễn dao động tổng hợp x là đường chéo của hình bình hành, vectơ này cũng quay đều quanh O với vận tốc góc w. Vectơ có hình chiếu lên trục x là tổng của x1 và x2, nên là vectơ quay biểu diễn tổng của x1 và x2. Biên độ của dao động tổng hợp : Từ giản đồ vectơ, suy ra : OM2 = + (1) => A2 = hay A2 = Pha ban đầu của dao động tổng hợp : tgj = (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 Dj = 0, tức x1 và x2 cùng pha. + A nhỏ nhất khi Dj = p, tức x1 và x2 ngược pha. |A1 - A2| £ A £ A1 + A2 V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1, 2 Xem bài 19 và 20 Tiết 24 : BÀI TẬP Tiết 25 + 26 : BÀI 19 + 20 : THỰC HÀNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG BẰNG CON LẮC ĐƠN. I / MỤC TIÊU : Sau khi làm bài thực hành này, HS cần biết vận dụng các kiến thức về dao động cơ để thực hiện được hai mục tiêu chính là : Tạo được dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng với các con lắc đơn. Kiểm nghiệm điều kiện xảy ra cộng hưởng trong dao động của nhiều con lắc đơn. Để đạt hai mục tiêu cụ thể này cần rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức mà đặc biệt là kĩ năng giải thích vào các hiện tượng thực tế quan sát được, đồng thời tiếp tục rèn các kỹ năng thao tác TN đã hình thành từ lớp dưới. II / CHUẨN BỊ : Về dụng cụ cho mỗi nhóm HS : - Các quả nặng hình cầu hoặc trụ, trong đó có 1 quả ~ 50g và 4 - 6 quả cỡ 20 - 30g - Một cuộn chỉ, dai, mảnh. - Một đồng hồ bấm dây. - Một tấm bìa và bút đánh dấu. - Một thước đo milimet. - Một giá đỡ có dây căng ngang để treo các con lắc Dây ngang dài khoảng 40 - 50cm, dùng sợi chỉ chập đôi, để hơi chùng. - Một tờ giấy kẻ ô li. Về kiến thức : - Khái niệm về con lắc đơn và các quy luật dao động của nó. - Sự khác nhau giữa dao động tự do và dao động cưỡng bức. - Hiện tượng cộng hưởng và điều kiện xảy ra cộng hưởng. - Tính gần đúng và sai số. Về tổ chức : - Phân chia lớp thành các nhóm thực hành. - Phân công nhiệm vụ trong từng nhóm. - HS chuẩn bị giấy làm báo cáo, giấy kẻ ô li, bút đánh dấu. - Khi chuẩn bị, các con lắc được buộc vào dây ngang bằng nút đơn giản, chặt nhưng dễ tháo để dễ điều chỉnh. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : - Bài TN này sử d5ung các dụng cụ đơn giản nên có thể tổ chức nhiều nhóm thực hành, mỗi nhóm tối đa là 4 HS. - Các nhóm có thể làm thực hành đồng loạt giống nhau như gợi ý trong sách giáo khoa. Hoặc có thể phân công một, ha nhóm tìm cách khảo sát hiện tượng với các biên độ góc, sau đó so sánh và thảo luận về kết quả chung với các nhóm khác. - Lưu ý HS khi ghi số liệu vào bảng sử dụng đơn vị đo thích hợp. Ví dụ chu kì dao động riêng (s), biên độ dài (cm), biên độ góc (rad)… Nếu giá trị nào không thể xác định được thì có thể ghi dấu (?) chứ không nên bịa ra số liệu. - Phân công trong nhóm 4 HS có thể như sau : Một HS thao tác với các con lắc. Một HS đo đạc lấy số liệu. Một HS ghi chép. Một HS theo dõi kiểm tra. Tiết 27 : BÀI 21 + 22 : SÓNG CƠ HỌC I / MỤC TIÊU : Nêu được định nghĩa sóng. Phân biệt được sóng dọc và sóng ngang. Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng. Nêu được ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ (biên độ, chu kì, tần số, bước sóng, vận tốc truyền sóng) Lập được phương trình sóng và nêu được ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình. II / CHUẨN BỊ : - Chậu nước có đường kính 50cm. - Lò xo để làm TN sóng ngang và sóng dọc. - Hình vẽ phóng to các phần tử của sóng ngang ở các thời điểm khác nhau. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Trên mặt nước xuất hiện những vòng tròn đồng tâm lồi. Lõm xen kẽ lan rộng dần tạo thành sóng nước. HS : Khi cột A dao động lên, xuống, dao động đó được truyền cho các phần tử nước từ gần ra xa. HS : Hình sin . HS : Dao động lên xuống tại chổ, còn các đỉnh sóng chuyển động theo phương nằm ngang ngày càng ra xa tâm dao động. Hoạt động 2 : HS : Quan sát và nêu nhận xét. HS : Sóng ngang : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. HS : Quan sát và nêu nhận xét. HS : Sóng dọc : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Hoạt động 3 : HS : Sóng cơ học được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động đi, và các phần tử càng ở xa tâm dao động cùng trễ pha hơn. HS : Mặt nước, sợi dây đàn hồi, tấm kim loại mỏng. HS : Không khí, chất lỏng, dây lò xo bị nén dãn. Hoạt động 4 : HS : Nêu định nghĩa chu kỳ và tần số. HS : Nêu định nghĩa biên độ. HS : Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng có dao động cùng pha. HS : Hay bước sóng là quảng đường sóng truyền được trong một chu kỳ. HS : v = Vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động. Trong khi sóng truyền đi, các phần tử của sóng vẫn dao động tại chỗ. Hoạt động 5 : HS : u0 ( t ) = A sin t HS : uM ( t ) = A sin HS : Học sinh phải nắm vững tại sao trong dao điều hòa ta sử dụng hàm cos trong khi đó bên sóng ta phải sử dụng hàm sin. Hoạt động 6 : HS : uP = A sin w HS : u ( x + l ) = u ( x ) GV : Ném một viên đá xuống mặt nước. GV : Quan sát và nêu nhận xét. GV : Tạo sóng nước trong một thiết bị bằng kính, hình hộp chữ nhật. GV : Mặt cắt của nước có dạng hình gì ? GV : Các hạt mạt cưa nổi trên mặt nước dao động như thế nào ? GV : GV biểu diễn TN sóg trên mặt nước. GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động của mỗi phần tử của môi trường ? GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động lan truyền của sóng. GV : GV biểu diễn TN sóng trên dây lò xo GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động của mỗi phần tử của môi trường ? GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động lan truyền của sóng. GV : Cho học sinh quan sát mô hình biểu diễn vị trí của các phần tử của sóng ngang ở những thời điểm liên tiếp. GV : Nêu nhận xét. GV : Khi nào một môi trường truyền sóng ngang ? Cho ví dụ ? GV : Khi nào một môi trường truyền sóng dọc ? Cho ví dụ ? GV : Chu kỳ sóng là gì ? GV : Tần số sóng là gì ? GV : Biên độ sóng là gì ? GV : Phân tích hình vẽ 21.4 SGK có thể nhận thấy sau một chu kì dao động, sóng truyền đi được một khoảng không đổi gọi là bước sóng. Nêu định nghĩa. GV : Tất cả những điểm cách nhau một bước sóng đều cách vị trí cân bằng một khoảng bằng nhau (Cùng li độ) và chuyển động về cùng một phía, nghĩa là dao động cùng pha. Nêu định nghĩa. GV : Cần nhấn mạnh ( dựa trên phân tích hình 21.3 ) rằng các phần tử của môi trường không chuyển động theo sóng, chỉ có dao động được truyền đi. Bởi vậy khi nói vận tốc sóng là nói vận tốc truyền sóng hay nói chặt chẽ hơn là vận tốc truyền pha dao động. GV : Hướng dẫn học sinh viết phương trình sóng tại O ? GV : Hướng dẫn học sinh viết phương trình sóng tại M ? GV : Lưu ý HS rằng phương trình này có hai biến số x và t, u là một hàm số sin của cả x và t, có nghĩa là li độ u của sóng vừa tuần hoàn theo thời gian, vừa tuần hoàn theo không gian. GV : Hướng dẫn học sinh viết công thức 21.4 GV : Nhận xét tính tuần hoàn theo thời gian. GV : Hướng dẫn học sinh viết công thức 21.6 GV : Nhận xét tính tuần hoàn theo không gian. IV / NỘI DUNG : 1. Hiện tượng sóng : Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền trong một môi trường vật chất liên tục. Có 2 loại : sóng ngang và sóng dọc - Sóng ngang : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. - Sóng dọc : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Giải thích sự tạo thành sóng cơ học : Sóng cơ học được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động đi, và các phần tử càng ở xa tâm dao động cùng trễ pha hơn. 2. Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng. a. Chu kỳ, tần số sóng : Tất cả các phần tử của sóng đều dao động với cùng chu kỳ và tần số, gọi là chu kỳ và tần số của sóng. b. Biên độ sóng : Biên độ sóng tại mỗi điểm trong không gian là biên độ dao động của phần tử môi trường tại điểm đó. Trong thực tế, càng ra xa tâm dao động thì biên độ sóng càng nhỏ vì lực cản, sự lan tỏa năng lượng càng rộng hơn. c. Bước sóng (l) : Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng có dao động cùng pha. Hay bước sóng là quảng đường sóng truyền được trong một chu kỳ. l = v.T = d. Vận tốc truyền sóng : v = Vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động. Trong khi sóng truyền đi, các phần tử của sóng vẫn dao động tại chỗ. e. Năng lượng sóng : Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. 3. Phương trình sóng : a. Lập phương trình : Xét trường hợp sóng ngang truyền dọc theo một đường thẳng Ox. Bỏ qua mọi lực cản. Chọn : - Trục tọa độ Ox là đường truyền sóng. - Gốc tọa độ O là điểm bắt đầu truyền dao động. - Chiều dương là chiều truyền sóng. - Gốc thời gian t = 0 là lúc bắt đầu truyền dao động. Gs phương trình sóng tại O : u0 ( t ) = A sin t Gọi : + M là một điểm bất kỳ trên đường truyền sóng + v là vận tốc truyền sóng. + Thời gian sóng truyền từ O đến M : t = Phương trình sóng tại M. uM ( t ) = A sin uM ( t ) = A sin b. Một số tính chất của sóng suy ra từ phương trình sóng : Tính tuần hoàn theo thời gian. Xét điểm M xác định, trạng thái dao động của M ở các thời điểm t, t + T, t + 2T, ... hoàn toàn giống nhau. Tính tuần hoàn theo không gian Xét điểm M có li độ x. Trên đường truyền sóng, những điểm cách nhau một khoảng bằng một bước sóng thì có cùng li độ. (cùng trạng thái dao động). V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1, 2, 3 Xem bài 23 Tiết 28 : BÀI 23 : SỰ PHẢN XẠ SÓNG - SÓNG DỪNG I / MỤC TIÊU : Bố trí được TN để tạo ra sóng dừng trên dây. Nhận biết được hiện tượng sóng dừng. Giải thích được sự tạo thành sóng dừng. Nêu được điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi. Áp dụng hiện tượng sóng dừng để tính vận tốc truyền sóng trên dây đàn hồi. II / CHUẨN BỊ : - Một dây lò xo mềm đường kính vòng lò xo khoảng 5cm, có thể kéo dãn dài 2m. - Một cần rung có tần số ổn định. - Một sợi dây chun tiết diện đều, đường kính khoảng 1mm, dài 1m, một đầu buộc một quả nặng 20g vắt qua một ròng rọc. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Ngược với lúc đầu. HS : Ngược với lúc đầu. HS : Nêu định nghĩa. HS : Nêu định nghĩa. HS : Sóng phản xạ có cùng tần số và bước sóng với sóng tới. Nếu đầu phản xạ cố định thì sóng phản xạ ngược pha với sóng tới. Hoạt động 2 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Những điểm đứng yên. HS : Những điểm dao động với biên độ cực đại. HS : Cách đều nhau. Hoạt động 3 : HS : Phương trình sóng tại nguồn ? HS : Phương trình sóng tới tại M ? HS : Phương trình sóng phản xạ tại M ? HS : d = k . HS : d = Hoạt động 4 : HS : Hai nút. HS : Một nửa bước sóng. HS : Một số nguyên lần nửa bước sóng. HS : = n . Hoạt động 5 : HS : Bụng sóng. HS : Một số bán nguyên nửa bước sóng. HS : = Hoạt động 6 : HS : Giải bài tập ví dụ. HS : Nêu ứng dụng. GV : Ta cầm đầu A của dây đưa lên đưa xuống gây ra một biến dạng trên dây. GV : So sánh chiều biến dạng của dây Nêu nhận xét ? GV : So sánh chiều chuyển động của sóng trước và sau khi gặp đầu cố định ? Nêu nhận xét ? GV : Sóng tới là gì ? GV : Sóng phản xạ là gì ? GV : Nêu nhận xét tổng quát ? GV : GV trình bày thí nghiệm tạo ra sóng dừng. Hình 23.2 hoặc Hình 23.5. GV : Yêu cầu HS mô tả hiện tượng : chỉ ra những điểm nút, điểm bụng và so sánh khoảng cách giữa hai nút, hai bụng liên tiếp. GV :Hướng dẫn HS lập phương trình cho sóng tới và sóng phản xạ ? GV : Hướng dẫn học sinh lập phương trình sóng tổng hợp tại M ? GV : Phân tích phương trình của sóng tổng hợp để xác định những điểm nút ? GV : Phân tích phương trình của sóng tổng hợp để xác định những điểm bụng ? GV : Đối với sợi dây có hai đầu cố định hay một đầu dây cố định và một đầu dây dao động với biên độ nhỏ thì khi có sóng dừng hai đầu dây là nút hay bụng ? GV : Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng bao nhiêu ? GV : Chiều dài của dây bằng bao nhiêu ? GV : Viết biểu thức ? GV : Đối với sợi dây có một đầu tự do thì khi có sóng dừng đầu tự do của dây là nút hay bụng ? GV : Chiều dài của dây bằng bao nhiêu ? GV : Viết biểu thức ? GV : Hướng dẫn HS vận dụng kiến thức về hiện tượng sóng dừng để đo vận tốc truyền sóng trên dây. IV / NỘI DUNG : 1. Sự phản xạ sóng. Sóng đang truyền trong một môi trường mà gặp vật cản thì bị phản xạ. Sóng phản xạ có cùng tần số và bước sóng với sóng tới. Nếu vật cản cố định (đầu phản xạ cố định) thì sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (đổi chiều). 2. Sóng dừng Sóng tới và sóng phản xạ, nếu truyền theo cùng một phương có thể giao thoa với nhau và tạo thành một hệ sóng dừng. Sóng dừng là sóng có các nút và bụng cố định trong không gian. + Những điểm đứng yên gọi là nút. + Những điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. + Những nút và bụng xen kẽ, cách đều nhau. 3. Điều kiện để có sóng dừng : a. Đối với dây có 2 đầu cố định hay một đầu cố định, một đầu dao động. Hai đầu dây là 2 nút. Khoảng cách giữa 2 nút hay 2 bụng liên tiếp là Chiều dài dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng. = n . {n = 1, 2, ... là số bó nguyên. Trên dây có n bó sóng. Số bụng = n Số nút = n + 1 b. Đối với dây có một đầu tự do Đầu tự do là bụng sóng. Khoảng cách giữa 2 nút hay 2 bụng liên tiếp là Chiều dài dây bằng một nửa số bán nguyên nửa bước sóng. = {n = 1, 2, ... số bó nguyên Trên dây có : + n + bó sóng + Số bụng = số nút = n + 1 Ứng dụng : Có thể ứng dụng hiện tượng sóng dừng để đo vận tốc truyền sóng trên dây. Tiết 29 : BÀI TẬP Tiết 30 : BÀI 24 : GIAO THOA SÓNG I / MỤC TIÊU : Áp dụng phương trình sóng và kết quả của việc tìm sóng tổng hợp của hai sóng ngang cùng tần số để dự đoán sự tạo thành vân giao thoa. Bố trí được thí nghiệm kiểm tra với sóng nước. Xác định điều kiện để có vân giao thoa. II / CHUẨN BỊ : - Thiết bị tạo vân giao thoa sóng nước đơn giản cho các nhóm HS. - Thiết bị tạo vân giao thoa sóng nước với nguồn dao động có tần số thay đổi được, dùng cho GV. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : u1 = Asinwt = Asin t HS : u1 = Asinwt = Asin t HS : u1M = A sin 2 p HS : u2M = A sin 2 p HS : Dj = ( d1 - d2 ) HS : d1 - d2 = k . l HS : d1 - d2 = l Hoạt động 2 : HS : Quan sát và mô tả. HS : Điều kiện cần và đủ để hai sóng giao thoa được với nhau tại một điểm là hai sóng đó phải là hai sóng kết hợp, tức được tạo ra từ hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. GV : Phương trình sóng tại nguồn S1 ? GV : Phương trình sóng tại nguồn S2 ? GV : Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn S1 truyền tới ? GV : Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn S2 truyền tới ? GV : Độ lệch pha của dao động tổng hợp tại M ? GV : Hiệu số đường đi của những điểm dao động tổng hợp có biên độ cực đại ? GV : Hiệu số đường đi của những điểm dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu ? GV : Mô tả thí nghiệm hình 24.3 GV : Nêu điều kiện để có hiện tượng giao thoa ? GV : Hai nguồn kết hợp là gì ? GV : Hai sóng kết hợp là gì ? IV / NỘI DUNG : 1. Sự giao nhau của hai sóng Xét trường hợp 2 nguồn dao động S1 và S2 có cùng tần số, cùng pha. Xét điểm M trên mặt nước cách S1 một đoạn S1M = d1 và cách S2 một đoạn S2M = d2 Các nguồn S1 và S2 dao động theo phương trình : u1 = u2 = Asinwt = Asin t Sóng tại M do u1 truyền tới : u1M = A sin 2 p Sóng tại M do u2 truyền tới : u2M = A sin 2 p Dao động tại M là tổng hợp của 2 dao động u1M và u2M u2M = u1M + u2M Biên độ dao động tại M phụ thuộc vào biên độ u1M, u2M và pha ban đầu hay độ lệch pha giữa u1M và u2M Dj = j1 - j2 = 2p = ( d1 - d2 ) Nếu u1M và u2M cùng pha : Dj = 2kp thì biên độ dao động tại M đạt cực đại. ® (d1 – d2) = kl Nếu u1M và u2M ngược pha : Dj = (2k + 1)p ® biên độ dao động tại M đạt cực tiểu. ® (d1 – d2) = d1 - d2 = l Quỹ tích những điểm dao động với biên độ cực đại là 1 hyperbol. Xen kẽ với chúng là quỹ tích của những điểm dao động với biên độ cực tiểu cũng là 1 hyperbol. Các đường hyperbol tạo thành khi có sự giao thoa của hai sóng như trên gọi là vân giao thoa. 2. Điều kiện để có hiện tượng giao thoa a. Nguồn kết hợp : Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. b. Sóng kết hợp : Hai sóng do hai nguồn kết hợp tạo thành gọi là hai sóng kết hợp. c. Điều kiện để có hiện tượng giao thoa sóng : Điều kiện cần và đủ để hai sóng giao thoa được với nhau tại một điểm là hai sóng đó phải là hai sóng kết hợp, tức được tạo ra từ hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. 3. Định nghĩa hiện tượng giao thoa sóng : Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau tại một điểm có thể tăng cường nhau hoặc triệt tiêu nhau. Tiết 31 : BÀI TẬP Tiết 32 : BÀI 25 : SÓNG ÂM I / MỤC TIÊU : Nêu được nguồn gốc của âm và cảm giác về âm. Nêu được mối quan hệ giữa các cảm giác về âm và những đặc điểm của sóng âm. Trình bày được phương pháp khảo sát những đặc điểm của sóng âm dựa trên đồ thị dao động của nguồn âm. II / CHUẨN BỊ : - Âm thoa, đàn giây. - Dao động kí điện tử (nếu có điều kiện). III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Dao động HS : Nguồn âm HS : Dây đàn bị bật, mặt trống bị gõ…… HS :Nguồn phát ra âm có đặc : Dao động HS : Vật dao động làm cho lớp không khí ở bên cạnh lần lượt bị nén rồi bị dãn. Không khí bị nén hay bị dãn thì làm xuất hiện lực đàn hồi khiến cho dao động đó được truyền cho các phần tử không khí ơ xa hơn. Dao động được truyền đi trong không khí, tạo thành sóng gọi là sóng âm có cùng tần số với nguồn âm. Sóng âm truyền qua không khí lọt vào tai ta gặp màng nhĩ, tác dụng lên màng nhĩ một áp suất biến thiên, làm cho màng nhĩ dao động. Dao động của màng nhĩ lại được truyền đến đầu các dây thần kinh thính giác làm cho ta có cảm giác về âm thanh. HS : Nguồn âm và tai người nghe. HS : Vì không có các phần tử vật chất. HS : Từ 16 ( Hz ) đến 20.000 ( Hz ) HS : Siêu âm : f >20.000 ( Hz ) HS : Hạ âm : f < 16 ( Hz ) HS : Rắn, lỏng , khí. HS : Tính đàn hồi và mật độ môi trường. HS : Sóng dọc. HS : Có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc. Hoạt động 2 : HS : Quan sát hình 25.1 HS : Quan sát hình 25.2 HS : Quan sát hình 25.3 HS : Phản ảnh sự biến thiên của li độ dao động âm theo thời gian. Hoạt động 3 : HS : Quan sát hình 25.3 HS : Quan sát hình 25.4 HS : Quan sát hình 25.5 HS : Nêu định nghĩa nhạc âm và tạp âm. HS : Nêu định nghĩa độ cao của âm. HS : Nêu định nghĩa âm sắc của âm. Hoạt động 4 : HS : Học sinh ghi định nghĩa cường độ âm HS : Học sinh ghi định nghĩa mức cường độ âm. HS : Học sinh ghi định nghĩa độ to của âm GV : Các vật phát ra âm có đặc điểm gì ? GV : Các vật đó được gọi là gì ? GV : Nêu ví dụ một số nguồn âm ? GV :GV làm TN biểu diễn cho một âm thoa hay một đàn dây phát ra âm. Em hãy cho biết nguồn phát ra âm có đặc điểm gì chung ? GV : Sau đó yêu cầu HS phân tích xem dao động của nguồn âm phát ra đã truyền đến tai ta như thế nào? GV : Từ đó rút ra nhận xét cảm giác âm phụ thuộc vào những yếu tố nào? GV : Vì sao âm không truyền được trong chân không? GV : Tai con người có thể cảm nhận được những âm có tần số trong khoảng nào ? GV : Thế nào là sóng siêu âm và sóng hạ âm ? GV : Sóng âm truyền được trong những môi trường nào ? GV : Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào những yếu tố nào ? GV : Trong chất khí và trên mặt thoáng chất lỏng sóng âm là sóng gì ? GV : Trong chất rắn sóng âm là sóng gì ? GV : GV giới thiệu cách dùng dao động kí điện tử. Nếu có điều kiện thì biểu diễn cho HS quan sát màn hình của dao động kí điện tử khi đưa tín hiệu âm vào qua micrô. GV : Nếu không có điều kiện, thì giới thiệu bằng hình vẽ một số đường cong ghi được trên dao động kí điện tử và giải thích ý nghĩa của các đường cong đó ? phản ảnh sự biến thiên của li độ dao động âm theo thời gian. GV : GV tạo ra các âm khác nhau để HS cảm nhận trực tiếp sau đó đưa ra đồ thị tương ứng. GV : Dựa trên phân tích đồ thị để nhận biết những đặc tính của dao động âm tương ứng với các dạng đồ thị khác nhau. GV : Với việc phân tích đồ thị rút ra những đặc tính của dao động âm tương ứng với những cảm giác khác nhau về âm : - Nhạc âm, tạp âm. - Độ cao của âm (âm cao, âm thấp) - Âm sắc GV : Riêng đối với mức cường độ âm và độ to của âm, vấn đề khá phức tạp, HS không chỉ tự phát hiện được. GV phải dùng phương pháp thuyết trình, thông báo. IV / NỘI DUNG : 1. Nguồn gốc của âm và cảm giác về âm. Vật dao động làm cho lớp không khí ở bên cạnh lần lượt bị nén, rồi bị dãn, xuất hiện lực đàn hồi khiến cho dao động đó được truyền đi cho các phần tử không khí ở xa hơn ® tạo thành sóng gọi là sóng âm có cùng tần số với nguồn âm. Sóng âm là sóng dọc. Sóng âm truyền qua không khí, lọt vào tai ta qua màng nhĩ, làm nó dao động ® ta có cảm giác về âm thanh (gọi tắt là âm). Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe. Tai con người có thể cảm nhận được những sóng âm có tần số từ 16Hz đến 20000Hz. Những âm có tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm và có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm. Sóng âm truyền đi trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí và không truyền được trong chân không. Vận tốc truyền âm phụ thuộc tính đàn hồi và mật độ của môi trường. Vận tốc truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí. 2. Những đặc tính của sóng âm. a. Nhạc âm và tạp âm. Âm do các nhạc cụ phát ra nghe êm ái, dễ chịu, đồ thị dao động là những đường cong tuần hoàn có tần số xác định. Chúng được gọi là nhạc âm. Tiếng gõ tấm kim loại … ® chói tai, gây cảm giác khó chịu, đồ thị của chúng là những đường cong không tuần hoàn, không có tần số xác định. Chúng được gọi là tạp âm. b. Độ cao của âm. Độ cao của âm là đặc tính sinh lý của âm phụ thuộc vào tần số của âm. Âm có tần số càng lớn thì càng cao (âm bổng). Âm có tần số càng nhỏ thì càng thấp (âm trầm). c. Âm sắc : Âm sắc là tính chất của âm giúp ta phân biệt các âm cùng độ cao, độ to được phát ra bởi các nguồn khác nhau. Âm sắc là đặc tính sinh lý của âm phụ thuộc tần số và biên độ của âm. d. Cường độ, mức cường độ âm. Cường độ âm là năng lượng được sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của cường độ âm là W/m2. Ký hiệu : I. Để so sánh cường của một âm với cường độ âm tiêu chuẩn người ta dùng đại lượng mức cường độ âm (L). L = 10lg I : Giá trị tuyệt đối của cường độ âm. Io : giá trị cường độ âm được chọn. Đơn vị của L : dB (đềxiben) e. Độ to của âm : Độ to của âm là một đặc tính sinh lý phụ thuộc vào cường độ âm và tần số của âm. Do đặc điểm sinh lý của tai nên : ngưỡng nghe £ cường độ âm £ ngưỡng đau. (Miền nghe được) Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số của âm. Ngưỡng đau là cường độ âm lớn tới mức tạo cảm giác đau trong tai. Ngưỡng đau có giá trị là 10W/m2 đối với mọi tần số âm, ứng với mức cường độ âm là 130dB. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3, 4 Xem bài 26 Tiết 33 : BÀI 26 : CỘNG HƯỞNG ÂM - HIỆU ỨNG ĐÔP-PLE I / MỤC TIÊU : Nhận biết được hiện tượng cộng hưởng âm trong ống khí, điều kiện để có cộng hưởng âm. Hiểu tác dụng của hộp cộng hưởng Nhận biết được hiệu ứng Đốp-ple Giải thích nguyên nhân của hiệu ứng Đốp-ple Nêu được một số ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng âm và hiệu ứng Đốp-ple II / CHUẨN BỊ : - Thiết bị tạo sóng dừng trong ống chứa không khí. - Âm thoa có hộp cộng hưởng. - Nguồn phát âm có thể buộc vào đầu một sợi dây dài 1m quay tròn được. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Quan sát hình 26.1a HS : Quan sát hình 26.1b HS : Học sinh nghe âm thanh phát ra từ ống chứa không khí. HS : Độ to lớn nhất, độ to nhỏ nhất. HS : Hiện tượng sóng dừng của cột khí trong ống giống hiện tượng gì ? Hoạt động 2 : HS : Đàn ghi ta và đàn măngđôlin có hộp cộng hưởng khác nhau. HS : Học sinh nhận xét cùng là đàn ghita nhưng hộp cộng hưởng khác nhau thì âm tổng hợp khác nhau. HS : Xem SGK trang 128 và 129 Hoạt động 3 : HS : Quan sát thí nghiệm. HS : Âm từ nguồn phát ra có độ cao không đổi. HS : Âm từ nguồn phát ra có độ cao thay đổi. HS : Khi nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát thì người này nghe thấy âm cao hơn, còn khi nguồn đi ra xa lại nghe thấy một âm thấp hơn. HS : f = HS : f = Hoạt động 4 : HS : Sóng âm, sóng siêu âm, sóng vô tuyến điện, sóng ánh sáng. HS : Súng bắn tốc độ của cảnh sát giao thông, đo vận tốc tàu ngầm bằng sóng siêu âm, phát hiện vận tốc di chuyển của các thiên hà… GV : GV biểu diễn TN cộng hưởng của cột khí. GV : Đặt một âm thoa ở gần miệng của một ống hình học, đầu kia của ống được nhúng trong một bình nước. dùng dùi cao su gõ nhẹ cho âm thoa phát ra âm, nâng dần ống tre lên, ta nghe thấy độ to của âm thay đổi. GV : Có vị trí của ống mà độ to của âm lớn nhất, có vị trí mà âm hầu như tắt hẳn. GV : Rút ra nhận xét khi có sóng dừng thì chiều dài cột khí thỏa mãn công thức : l = n Với n = 1, 3, 5… GV : GV phân tích tác dụng của hộp cộng hưởng của các nhạc cụ tạo ra âm sắc riêng của mỗi nhạc cụ. Hai nhạc cụ cùng phát ra một âm cơ bản nhưng hộp cộng hưởng lại chỉ khuếch đại một số họa âm cho nên âm tổng hợp khác nhau. GV : Nhắc HS đọc bài đọc thêm để biết thêm về ứng dụng của hộp cộng hưởng trong sách khoa. GV : Giáo viên hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm 26.3 GV : Người điều khiển quay nguồn âm tròn đều nghe thấy âm như thế nào ? GV : Ngưới quan sát thứ hai đứng bên ngoài vòng quay của nguồn âm nghe thấy âm như thế nào ? GV : Nguồn phát ra âm có độ cao thay đổi như thế nào ? GV : Giáo viên hướng dẫn học sinh chứng minh công thức tần số của âm khi nguôn âm dịch chuyển ? GV : Tần số của âm mà người quan sát cảm nhận được khi nguồn âm tiến lại gần người đó được xác định như thế nào ? GV : Tần số của âm mà người quan sát cảm nhận được khi nguồn âm tiến ra xa người đó được xác định như thế nào ? GV : Hiệu ứng Đốp-ple xảy ra với những sóng nào ? GV : GV giới thiệu một số ứng dụng quan trọng của hiệu ứng Đốp-ple. IV / NỘI DUNG : 1. Cộng hưởng âm. a. Cộng hưởng của cột khí : đặt một âm thoa ở gần miệng của một ống hình học, đầu kia của ống được nhúng trong một bình nước. dùng dùi cao su gõ nhẹ cho âm thoa phát ra âm, nâng dần ống tre lên, ta nghe thấy độ to của âm thay đổi. Có vị trí của ống mà độ to của âm lớn nhất, có vị trí mà âm hầu như tắt hẳn. Đó là hiện tượng sóng dừng của cột khí trong ống. Khi có sóng dừng, biên độ dao động của sóng âm được tăng lên nhiều lần, ta gọi là có cộng hưởng âm. b. Hợp cộng hưởng : là bầu đàn, thân kèn, sáo, là một hộp rỗng, tùy thuộc vào hình dạng, kích thước và chất liệu mà hộp cộng hưởng có khả năng cộng hưởng với một số họa âm nhất định, khuếch đại những âm đó và tạo ra một âm tổng hợp có âm sách riêng đặc trưng cho mỗi loại nhạc cụ. 2. Hiệu ứng Đốp – ple. Hiệu ứng Đốp – ple là sự thay đổi tần số của âm thanh do một máy thu thu được khi máy thu hoặc nguồn âm hoặc cả hai chuyển động đối với nhau. Khi nguồn âm tiến lại gần người quan sát thì người này nhận biết được sóng âm có tần số lớn hơn so với tần số của nguồn âm : f = Khi nguồn âm chuyển động ra xa người quan sát thì người này nghe được âm có tần số nhỏ hơn tần số của nguồn âm : f = 3. Ứng dụng : Cảnh sát dùng hiệu ứng Đốp – ple để xác định vận tốc của xe. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 27 và 28 Tiết 34 : BÀI TẬP Tiết 35 + 36 : Bài 27 - 28 : THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN ÂM Tiết 37 + 38 : Bài 29 - 30 : DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ I / MỤC TIÊU : Hiểu cấu tạo của mạch dao động LC và khái niệm dao động điện từ. Thiết lập của công thức về dao động điện từ riêng của mạch LC (các biểu thức phụ thuộc thời gian của điện tích, cường độ dòng điện, hiệu điện thế, năng lượng điện từ) Hiểu nguyên nhân làm tắt dần dao động và nguyên tắc tạo ra dao động duy trì. Hiểu sự tương tự điện - cơ. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Vẽ trên giấy khổ lớn Hình 29.1b và hình minh họa dao động điện từ tắt dần (hình 29.5 SGK) 2 / Học sinh : - Ôn lại dao động cơ học ( Dao động cơ học, dao động tắt dần, dao động duy trì ). - Ôn lại định luật Ôm cho các loại mạch điện, năng lượng tụ điện tích điện ( năng lượng điện trường) và năng lượng ống dây có dòng điện (năng lượng từ trường ) III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Điện trường. HS : Từ trường. HS : Là mạch điện khép kín gồm một tụ điện có điện dung C và một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L. HS : Hiệu điện thế HS : Tụ điện sẽ phóng điện và tạo nên dòng điện. HS : Biến thiên tuần hoàn. HS : Biến thiên tuần hoàn. Hoạt động 2 : HS : i = =q’ HS : e = - L HS : uAB = e – r.i = e HS : uAB = HS : q” + .q = 0 HS : q = qocos(wt + j) HS : Nêu định nghia dao động diện từ ? HS : T = và f = Hoạt động 3 : HS : WC = (wt + j) HS : WL = sin2(wt + j) HS : W = WC + WL = =const HS : Trong quá trình dao động điện từ, có sự chuyển đổi từ năng lượng điện trường thành năng lượng từ trường và ngược lại, nhưng tổng của chúng thì không đổi. Hoạt động 4 : HS : Nêu kết luận. HS : Nêu kết luận Hoạt động 5 : HS : Phương trình vi phân HS : Tần số góc HS : Phương trình dao động điều hòa HS : Phương trình vận tốc HS : Năng lượng GV : Khi một tụ điện tích điện thì nó năng lượng gì ? GV : Khi một cuộn cảm mang dòng điện thì nó tích lũy năng lượng gì ? GV : Quan sát hình 29.1a và nêu định nghĩa mạch dao động ? GV : Nếu ban đầu ta tích điện cho tụ điện C thì trong mạch giữa hai bản tụ điện xuất hiện cái gì ? GV : Khi nối tụ điện với cuộn dây L thì xuất hiện tượng gì ? GV : Dòng điện này có đặc điểm gì ? GV : Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây và giữ hai bản tụ điện có đặc điểm gì ? GV : Em hãy cho biết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch ? GV : Em hãy cho biết biểu thức suất điện động tự cảm ? GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch ? GV : Em hãy cho biết biểu thức hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện ? GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi để dẫn tới phương trình vi phân bậc 2 ? GV : Giới thiệu nghiệm của phương trình vi phân bậc 2 ? GV : Dao động diện từ là gì ? GV : Viết công thức chu kỳ và tần số dao động riêng của dao động điện từ tự do của mạch dao động LC ? GV : Em hãy cho biết biểu thức năng lượng điện trường ( WC ) tích lũy trong tụ điện được xác định như thế nào ? GV : Em hãy cho biết biểu thức năng lượng từ trường ( WL ) tích lũy trong cuộn cảm được xác định như thế nào ? GV : Em hãy cho biết biểu thức năng lượng điện từ của mạch dao động ? GV : Nêu nhận xét ? GV : Dao động điện từ tắt dần là gì ? GV : Dao động điện từ duy trì là gì ? GV : GV hướng dẫn cho HS thấy những đặc điểm giống nhau giữa dao động điện từ và dao động cơ học (GV hướng dẫn HS lập bảng so sánh như ở SGK). IV / NỘI DUNG : 1. Dao động điện trong mạch LC. Mạch LC gồm một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp với một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thành một mạch điện kín. Mạch LC còn được gọi là mạch dao động. Muốn cho mạch dao động hoạt động, ta tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện trong mạch, tạo nên dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn trong mạch, hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện và giữa 2 đầu cuộn cảm biến đổi tuần hoàn. Quá trình này gọi là dao động điện. 2. Khảo sát định lượng dao động điện trong mạch dao động C. Chọn chiều dương trong mạch là chiều đi qua cuộn cảm từ B đến A như hình vẽ. Nếu dòng điện chạy theo chiều đó thì cường độ i > 0 , nếu đi theo chiều ngược lại thì i < 0. Ta có : i = q’ Dòng điện i chạy trong cuộn cảm sinh ra suất điện động tự cảm : e = -L (1) Theo định luật Ôm : uAB = e – r.i {r = 0 vì cuộn dây thuần cảm => uAB = e = -L (2) Mặt khác, uAB cũng là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện, nên ta có : uAB = (3) Từ (1), (2) và (3), suy ra : = -L = -Lq” => q” + .q = 0 (4) Pt (4) có nghiệm : q = qocos(wt + j) Vậy điện tích của bản A biến đổi điều hòa theo thời gian với tần số góc w = Cường độ dòng điện chạy trong cuộn cảm và hiệu điện thế uAB giữa hai bản tụ điện cũng biến đổi điều hòa theo thời gian với cùng tần số góc w : i = q’ = -wqosin(wt + j) uAB = cos(wt + j) Nếu trong quá trình xảy ra dao động không có tác dụng điện từ bên ngoài lên mạch LC thì dao động đó là dao động điện tự do (dao động riêng) của mạch dao động LC. Sự biến thiên tuần hoàn của điện trường giữa hai bản tụ và từ trường trong cuộn cảm trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ. Chu kỳ và tần số dao động riêng của dao động điện từ tự do của mạch dao động LC là : T = và f = 3. Năng lượng điện từ của mạch dao động LC Trong quá trình dao động điện từ, năng lượng điện từ (năng lượng toàn phần) của mạch dao động là tổng năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện (WC) và năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn cảm (WL) WC = (wt + j) WL = sin2(wt + j) Năng lượng điện từ : W = WC + WL = =const Vậy : trong quá trình dao động điện từ, có sự chuyển đổi từ năng lượng điện trường thành năng lượng từ trường và ngược lại, nhưng tổng của chúng thì không đổi. 4. Dao động điện từ tắt dần : Dao động điện từ tắt dần trong mạch dao động LC là : dao động điện từ có các biên độ dao động của điện tích, của cường độ dòng điện và của hiệu điện thế giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân là do trong thực tế, các mạch dao động LC đều có điện trở R nên trong mạch luôn có nhiệt lượng tỏa ra làm năng lượng toàn phần bị giảm liên tục. 5. Dao động điện từ duy trì : Dao động điện từ duy trì là dao động điện từ của mạch dao động đã được bù đắp năng lượng để nó không bị tắt dần. Cách phổ biến để tạo ra dao động điện từ duy trì là dùng mạch tranzito. Máy tạo ra dao động duy trì còn gọi là m