Giáo án Vật lý 12 cơ bản - Tiết 1+2: Dao động điều hòa - Nguyễn Đức Hồng

Ngày soạn 18 - 8 -2008
Tiết: 1-2	DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức: 
- Nêu được:
+ Định nghĩa dao động điều hoà.
+ Li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì?
- Viết được:
+ Phương trình của dao động điều hoà và giải thích được cá đại lượng trong phương trình.
+ Công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số.
+ Công thức vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà.
- Vẽ được đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng 0.
- Làm được các bài tập tương tự như Sgk.
2. Kĩ năng: Rèn luyện kỹ năng tính toán, tư duy logic.
3. Thái độ: Nghiêm túc, hăng hái xây dựng bài
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên: Hình vẽ mô tả dao động của hình chiếu P của điểm M trên đường kính P1P2 và thí nghiệm minh hoạ.
2. Học sinh: Ôn lại chuyển động tròn đều (chu kì, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kì hoặc tần số).
III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1 : Tìm hiểu về dao động cơ
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
- Lấy các ví dụ về các vật dao động trong đời sống: chiếc thuyền nhấp nhô tại chỗ neo, dây đàn ghita rung động, màng trống rung động ® ta nói những vật này đang dao động cơ ® Như thế nào là dao động cơ?
- Khảo sát các dao động trên, ta nhận thấy chúng chuyển động qua lại không mang tính tuần hoàn ® xét quả lắc đồng hồ thì sao?
- Dao động cơ có thể tuần hoàn hoặc không. Nhưng nếu sau những khoảng thời gian bằng nhau (T) vật trở lại vị trí như cũ với vật tốc như cũ ® dao động tuần hoàn.
- Là chuyển động qua lại của một vật trên một đoạn đường xác định quanh một vị trí cân bằng.
- Sau một khoảng thời gian nhất định nó trở lại vị trí cũ với vận tốc cũ ® dao động của quả lắc đồng hồ tuần hoàn.
I. Dao động cơ
1. Thế nào là dao động cơ
- Là chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng.
- VTCB: thường là vị trí của vật khi đứng yên.
2. Dao động tuần hoàn
- Là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí như cũ với vật tốc như cũ.
Hoạt động 2 : Tìm hiểu phương trình của dao động điều hoà
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
M
M0
P1
x
P
O
wt
j
+
- Minh hoạ chuyển động tròn đều của một điểm M 
- Nhận xét gì về dao động của P khi M chuyển động?
- Khi đó toạ độ x của điểm P có phương trình như thế nào?
- Có nhận xét gì về dao động của điểm P? (Biến thiên theo thời gian theo định luật dạng cos)
- Y/c HS hoàn thành C1
- Hình dung P không phải là một điểm hình học mà là chất điểm P ® ta nói vật dao động quanh VTCB O, còn toạ độ x chính là li độ của vật.
- Gọi tên và đơn vị của các đại lượng có mặt trong phương trình.
- Lưu ý: 
+ A, w và j trong phương trình là những hằng số, trong đó A > 0 và w > 0.
+ Để xác định j cần đưa phương trình về dạng tổng quát x = Acos(wt + j) để xác định.
- Với A đã cho và nếu biết pha ta sẽ xác định được gì? ((wt + j) là đại lượng cho phép ta xác định được gì?)
- Tương tự nếu biết j?
- Qua ví dụ minh hoạ ta thấy giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà có mối liên hệ gì?
- Trong phương trình: x = Acos(wt + j) ta quy ước chọn trục x làm gốc để tính pha của dao động và chiều tăng của pha tương ứng với chiều tăng của góc trong chuyển động tròn đều.
- Trong quá trình M chuyển động tròn đều, P dao động trên trục x quanh gốc toạ độ O.
x = OMcos(wt + j)
- Vì hàm sin hay cosin là một hàm điều hoà ® dao động của điểm P là dao động điều hoà.
- Tương tự: x = Asin(wt + j)
- HS ghi nhận định nghĩa dao động điều hoà.
- Ghi nhận các đại lượng trong phương trình.
- Chúng ta sẽ xác định được x ở thời điểm t.
- Xác định được x tại thời điểm ban đầu t0.
- Một điểm dao động điều hoà trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó.
II. Phương trình của dao động điều hoà
1. Ví dụ
- Giả sử một điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn theo chiều dương với tốc độ góc w.
- P là hình chiếu của M lên Ox.
- Giả sử lúc t = 0, M ở vị trí M0 với (rad)
- Sau t giây, vật chuyển động đến vị trí M, vớirad
- Toạ độ x = của điểm P có phương trình:
x = OMcos(wt + j)
Đặt OM = A
x = Acos(wt + j)
Vậy: Dao động của điểm P là dao động điều hoà.
2. Định nghĩa
- Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) của thời gian.
3. Phương trình
- Phương trình dao động điều hoà:
x = Acos(wt + j)
+ x: li độ của dao động.
+ A: biên độ dao động, là xmax. (A > 0)
+ w: tần số góc của dao động, đơn vị là rad/s.
+ (wt + j): pha của dao động tại thời điểm t, đơn vị là rad.
+ j: pha ban đầu của dao động, có thể dương hoặc âm.
4. Chú ý (Sgk)
Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
- Dao động điều hoà có tính tuần hoàn ® từ đó ta có các định nghĩa
- Trong chuyển động tròn đều giữa tốc độ góc w, chu kì T và tần số có mối liên hệ như thế nào?
- HS ghi nhận các định nghĩa về chu kì và tần số.
III. Chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hoà 
1. Chu kì và tần số
- Chu kì (kí hiệu và T) của dao động điều hoà là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần.
+ Đơn vị của T là giây (s).
- Tần số (kí hiệu là f) của dao động điều hoà là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây.
+ Đơn vị của f là 1/s gọi là Héc (Hz).
2. Tần số góc
- Trong dao động điều hoà w gọi là tần số góc. Đơn vị là rad/s.
Hoạt động 4 : Tìm hiểu về vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà 
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
- Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian ® biểu thức?
® Có nhận xét gì về v?
- Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc theo thời gian ® biểu thức?
- Dấu (-) trong biểu thức cho biết điều gì?
x = Acos(wt + j)
® v = x’ = - wAsin(wt + j)
- Vận tốc là đại lượng biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ.
® a = v’ = - w2Acos(wt + j)
- Gia tốc luôn ngược dấu với li độ (vectơ gia tốc luôn luôn hướng về VTCB)
IV. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà 
1. Vận tốc
v = x’ = - wAsin(wt + j)
- Ở vị trí biên (x = ±A): 
® v = 0.
- Ở VTCB (x = 0):
® |vmax| = wA
2. Gia tốc
a = v’ = - w2Acos(wt + j)
= - w2x
- Ở vị trí biên (x = ±A): 
® |amax| = - w2A
- Ở VTCB (x = 0):
® a = 0
Hoạt động 5 : Vẽ đồ thị của dao động điều hoà
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Nội dung
- Hướng dẫn HS vẽ đồ thị của dao động điều hoà x = Acoswt (j = 0)
- Dựa vào đồ thị ta nhận thấy nó là một đường hình sin, vì thế người ta gọi dao động điều hoà là dao động hình sin.
- HS vẽ đồ thị theo hướng dẫn của GV.
V. Đồ thị trong dao động điều hoà
t
0
x
T
Hoạt động 6 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Nêu câu hỏi và bài tập về nhà.
- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà.
-Ghi những chuẩn bị cho bài sau.