Giáo án Vật lý 12 - DAO ĐỘNG VÀ SÓNG CƠ HỌC

Nêu được định nghĩa dao động điều hòa. Nhận biết được dao động điều hòa dựa trên đồ thị dao động và phương trình dao động. Nêu được ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình dao động (biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, pha). Vẽ được đồ thị dao động, đồ thị của hai dao động lệch pha trên cùng một trục tọa độ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo án Vật lý 12 - DAO ĐỘNG VÀ SÓNG CƠ HỌC DAO ĐỘNG VÀ SÓNG CƠ HỌCI MỤC TIÊU Nêu được định nghĩa dao động điều hòa. Nhận biết được dao động điều hòa dựa trên đồ thị dao động và phương trình dao động. Nêu được ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình dao động (biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, pha). Vẽ được đồ thị dao động, đồ thị của hai dao động lệch pha trên cùng một trục tọa độ.II CHUẨN BỊGiáo viên  Một con lắc đơn có giá đỡ.  Một đồng hồ đếm giây.  Một thanh chắn thẳng đứng.  Một bộ thiết bị ghi đồ thị dao động của con lắc đơn, như ở hình 1.2SGK.III GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC 1. HS tự làm thí nghiệm để nhận biết một số đặc tính của chuyển động của con lắc đơn. GV hướng dẫn HS làm thí nghiệm để nhận biết tính tuần hoàn của con lắc đơn.  Đánh dấu vị trí xa nhất của quả cầu để xem sau 10 dao động thìkhoảng cách đến vị trí cân bằng có thay đổi không.  Dùng đồng hồ đeo tay để đếm thời gian của 10, 20, 30 dao động rồitính thời gian trung bình thực hiện một dao động xem có thay đổi không. Từ kết quả TN đưa ra khái niệm dao động tuần hoàn.2. Khảo sát quy luật biến thiên của li độ theo thời gian của con lắc đơn. Đưa ra định nghĩa dao động điều hòa.a) GV biểu diễn TN ghi đồ thị dao động của con lắc đơn như ở Hình 1.2SGK.  Phân tích ý nghĩa của đồ thì dao động là cho biết sự biến thiên của liđộ x theo thời gian t.  Đồ thị có dạng hình sin như dạng đường biểu diễn của hàm số sinhay côsin. x = Acos(t + ) (1)b) GV nêu ra định nghĩa dao động điều hòa. Dao động có li độ x là một hàmsố côsin của thời gian t, biểu diễn bằng công thức (1).c) GV thông báo phương trình (1) gọi là phương trình của dao động điềuhòa, cho phép ta xác định được vị trí của vật theo thời gian.3. Tìm hiểu ý nghĩa các đại lượng có mặt trong phương trình dao động, gọi là các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà. GV hướng dẫn HS phân tích phương trình (1) để làm rõ ý nghĩa củacác đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa. Trước hết cần thông báorằng trong phương trình (1) các đại lượng A, ,  đều là các hằng số ứng vớimỗi dao động, biểu thị những đặc trưng riêng của dao động đó.a) Biên độ dao động : A là giá trị cực đại của li độ x khi t biến thiên, gọi làbiên độ dao động, ứng với hai vị trí của vật dao động ở xa vị trí cân bằngnhất (x = A và x = A). Đây cũng là vị trí ban đầu mà ta đặt vật trước khi thảcho vật dao động.b) Pha của dao động : Đây là một đại lượng hơi phức tạp, khó hiểu đối vớiHS vì lúc đầu nó chỉ mang một ý nghĩa toán học. Trong phương trình x =Acos(t + ) gọi là pha của dao động. Sau đó mới nói rõ nếu biết (t + )thì xác định được x, nghĩa là xác định được vị trí của dao động. Bởi vậy, cóthể nói pha của dao động cho phép ta xác định được vị trí của dao động. Tuynhiên muốn xác định được pha của dao động còn phải biết , t. Khi t = 0 thìpha có giá trị là , gọi là pha ban đầu.c) Chu kì và tần số : Hai đại lượng này chưa có mặt trực tiếp trong phươngtrình dao động (1). Cần phải thực hiện một số phép biến đổi toán học để làmxuất hiện hai đại lượng này.  Vì hàm số côsin là một hàm điều hòa nên khi pha (t + ) tăng lênmột giá trị 2 thì x lại có giá trị như cũ x = Acos(t + ) = Acos(t +  + 2) (2)  2   = Acos   t     (3)      2 So sánh (2) và (3) ta thấy khi thời gian t tăng lên một lượng T = thì x có giá trị như cũ, chuyển động lặp lại như cũ. Nói cách khác, T làkhoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần vật đi qua cùng một vị trí về cùngmột phía và gọi là một chu kì dao động. Như vậy, phương trình dao động (1) có thể viết dưới dạng tươngđương : 2 x = Acos    t    (4)  T  Khái niệm tần số của dao động được định nghĩa tương tự như tần sốcủa chuyển động tròn đều. Đó là số dao động thực hiện được trong 1s. Dễ 1dàng suy ra f = . Suy ra một dạng tương đương nữa của phương trình dao Tđộng là x = Acos(2ft + ) (6) Ngoài khái niệm tần số theo ý nghĩa thông thường trên còn có một đạilượng nữa gọi là “tần số góc”. Đối với chuyển động dao động trên mộtđường thẳng thì không có một góc cụ thể nào cho nên tần số góc chỉ có ýnghĩa toán học. Trong phương trình x = Acos(t + ) thì pha (t + ) có ýnghĩa tương đương với góc  trong hàm số x = Acos, bởi vậy khi  được 2viết dưới dạng  = = 2f thì  có ý nghĩa như số lần góc 2 thực hiện Tđược trong thời gian một giây (có ý nghĩa như vận tốc góc trong chuyểnđộng tròn đều). Tìm hiểu cách vẽ đồ thị của một dao động điều hòa.4. Đầu tiên GV yêu cầu HS nhắc lại cách vẽ đồ thị của hàm số côsin (x = 2Acos) để nhận biết dạng hình sin. Sau đó thay  = t+  và biểu diễn li Tđộ x theo thời gian, với trục thời gian chia độ theo chu kì T (cho t lần lượt T T 3T Tcác giá trị bằng , , , 2T ...k ). 4 2 4 4 Sau đó vẽ đồ thị của hai dao động có cùng chu kì (hay tần số) nhưnglệch pha nhau trên cùng một hệ trục tọa độ. Chú ý rằng hai dao động cùng ...