Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Tiết 3, Bài 3: Con lắc đơn - Tạ Trường Giang

Nội dung text: Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Tiết 3, Bài 3: Con lắc đơn - Tạ Trường Giang

1. KIỂM TRA BÀI CŨ Câu 1: Định nghĩa dao động điều hồ ? Viết phương trình dđđh, cho ví dụ. Câu 2: Viết cơng thức tính chu kì, tần số gĩc, tần số của con lắc lị xo. Câu 3: Viết cơng thức tính thế năng, động năng, cơ năng của con lắc lị xo.
2. Bài 3 CON LẮC ĐƠN I. Thế nào là con lắc đơn ? II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học. III. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng IV. Ứng dụng: xác định gia tốc rơi tự do
3. I. Thế nào là con lắc đơn ? 1. Con lắc đơn là một hệ gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo ở đầu một sợi dây khơng dãn, khối lượng không đáng kể, chiều dài l.  Các em hãy quan sát hình sau.
4. 2. Vị trí cân bằng của con lắc :  VTCB của con lắc là vị trí mà dây treo cĩ phương thẳng đứng, vật nặng ở vị trí O thấp nhất ? Em hiểu như thế nào về vị trí cân bằng ? Dao động của con lắc của con lắc đơn ? đơn cĩ phải là dao động điều hồ khơng ?
5. II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lưc học : Xét dao động của một con lắc đơn cĩ chiều dài l, vật nhỏ khối lượng m, treo tại một nơi cĩ gia tốc trọng trường g. C Chọn : ▪ Gốc toạ độ: O là vị trí cân bằng. 0 0 ▪ Chiều dương: như hình vẽ. ▪ Gốc thời gian (t = 0): lúc vật l bắt đầu dao động. M s = l O
6. - Tại thời điểm t vật ở vị trí M, xác định bởi li độ gĩc . C - Các lực tác dụng lên vật : Con lắc chịu tác ●Trọng lực : P 0 0 dụng của những ● Lực căng của dây : T T lực nào? l - Theo định luật II Niutơn M s = l (1) O T + P = ma Pt - Chiếu phương trình (1) lên Pn phương tiếp tuyến quỹ đạo : P
7. C T + P = ma (1) − PSin = mat 0 0 Trong trường hợp rất nhỏ ( <100) l s M sin Ta cĩ : s = l O l s '' '' g − mg = ms Hay s + s = O Pt P l l n g '' 2 P Đặt  2 = Ta cĩ s + s = O (2) l Phương trình vi phân (2) có nghiệm là : s = socos(t+ ) Vậy với các dao động nhỏ dao động của con lắc đơn là một dao động điều hòa .
8. 2 l  1 g Chu kì : T = = 2 Tần số : f = =  g 2 2 l NHẬN XÉT: Vậy đối với các dao động nhỏ ( <100) chu kì con lắc đơn chỉ phụ thuộc vào l và g mà không phụ thuộc vào biên độ A và khối lượng vật nặng m. Tại một điểm treo (g không đổi) dao động con lắc đơn là dao động tự do
9. LƯU Ý 1. Xác định vận tốc của con lắc đơn ở vị trí bất kì. 2 v = 2gl(cos − cos m ) Với : + : là li độ gĩc bất kì + m : là biên độ gĩc 2. Xác định sức căng dây treo con lắc.  = mg(3cos − 2cos m )
10.    III/Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng 1 1. Động năng : W = mv 2 đ 2 2. Thế năng : Chọn mốc thế năng tại vị trí cân bằng  Wt = mgl(1− cos ) ? Viết biểu thức tính động năng, thế năng, 3. Cơ năng : cơ năng con lắc đơn.  Nếu bỏ qua mọi masát thì cơ năng của con lắc(bao gồm động năng và thế năng  của vật) được bảo tồn. 1 W = mv 2 + mgl(1− cos ) = hằng số 2
11.     IV. ỨNG DỤNG : XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO l 4 2l Ta cĩ : T = 2 =g g T 2  
12. TRẮC NGHIỆM Câu 1 : Hãy chọn câu đúng. Một con lắc đơn dao động với biên độ gĩc nhỏ. Chu kì của con lắc khơng thay đổi khi : A. Thay đổi chiều dài của con lắc B. Thay đổi gia tốc trọng trường C. Tăng biên độ gĩc đến 300 D. Thay đổi khối lượng của con lắc
13. TRẮC NGHIỆM Câu 2 : Chọn câu đúng : A. Dao động của con lắc đơn là một dao động điều hoà . B. Trong các dao động nhỏ chu kỳ của con lắc đơn tăng theo biên độ của dao động . C. Trong các dao động nhỏ tần số của con lắc đơn tỷ lệ với căn bậc hai của chiều dài của nó. D. Trong các dao động nhỏ chu kỳ của con lắc đơn tỷ lệ với căn bậc hai của chiều dài của nó.
14. TRẮC NGHIỆM Câu 3 : Chọn câu trả lời đúng Một con lắc đơn cĩ chiều dài dây bằng 1m, dao động với biên độ gĩc nhỏ cĩ chu kỳ 2s. Cho = 3 ,14 . Con lắc dao động tại nơi cĩ gia tốc trọng trường là: A. 9,7 m/s2 B. 10 m/s2 C. 9,86 m/s2 D. 10,27 m/s2