Giáo án Vật Lí 11 Bài 2 (Chân trời sáng tạo 2023): Phương trình dao động điều hoà

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu phương trình li độ của vật dao động

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

– GV yêu cầu HS xem lại nội dung bài 1 về đồ thị của vật dao động điều hoà.

– GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi hình thành kiến thức 1 – trang 14: Quan sát dao động của con lắc lò xo và kết hợp với Hình 1.4, hãy chỉ rõ sự khác nhau giữa hình dạng quỹ đạo chuyển động và đồ thị li độ của vật dao động theo thời gian.

– GV đưa ra kết luận: Vật dao động điều hoà có đồ thị li độ – thời gian dạng hình sin như hình 1.4 sẽ được mô tả bằng phương trình toán học có hàm cosin (hoặc sin)

– GV đưa ra phương trình li độ của vật dao động điều hoà và nêu các đại lượng đặc trưng trong phương trình

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

– HS hoạt động nhóm tìm hiểu phương trình li độ của vật dao động điều hoà.

– HS chú ý lắng nghe GV giảng bài, tìm câu trả lời cho các câu hỏi mà GV yêu cầu.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

– Đại diện các nhóm trình bày phương trình dao động điều hoà, các đại lượng có trong phương trình li độ.

– GV mời đại diện 1 – 2 HS trình bày câu trả lời, mỗi HS trả lời 1 câu.

– GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

– GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu về độ dịch chuyển của vật dao động

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

– GV yêu cầu HS tìm hiểu kiến thức trong SGK và cho biết: Trong đồ thị hình 2.1 đồ thị đường màu xanh dương và đường màu đỏ biểu diễn như thế nào?

– GV yêu cầu HS trình bày công thức độ dịch chuyển của vật trong dao động điều hoà.

– GV đưa ra kết luận về độ dịch chuyển của vật dao động điều hoà.

– GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi luyện tập trang 15: Một vật dao động có đồ thị li độ – thời gian được mô tả trong Hình 2.2. Hãy xác định:

a) Biên độ dao động, chu kì, tần số, tần số góc của dao động.

b) Li độ của vật dao động tại các thời điểm t₁; t₂; t₃ ứng với các điểm A, B, C trên đường đồ thị li độ – thời gian.

c) Độ dịch chuyển so với vị trí ban đầu tại thời điểm t₁; t₂; t₃  trên đường đồ thị.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

– HS hoạt động nhóm tìm hiểu độ dịch chuyển của vật dao động điều hoà.

– HS chú ý lắng nghe GV giảng bài, tìm câu trả lời cho các câu hỏi mà GV yêu cầu.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

– Đại diện các nhóm trình bày công thức độ dịch chuyển và đặc điểm của đồ thị độ dịch chuyển – thời gian.

– GV mời đại diện 1 – 2 HS trình bày câu trả lời, mỗi HS trả lời 1 câu.

– GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

– GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

I. LI ĐỘ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ

1. Phương trình li độ của vật dao động

Câu hỏi – trang 14

Sự khác nhau giữa hình dạng quỹ đạo chuyển động và đồ thị li độ của vật dao động theo thời gian là:

– Dao động của con lắc lò xo chuyển động qua lại quanh một VTCB xác định (vị trí khi treo vật cân bằng) có dạng quỹ đạo là một đoạn thẳng được giới hạn bởi vị trí cao nhất (vị trí nén nhiều nhất) và vị trí thấp nhất (vị trí dãn nhiều nhất).

– Đồ thị li độ – thời gian có dạng hình sin.

Kết luận

Phương trình li độ của vật dao động điều hoà có dạng:

Trong đó:

– x, A lần lượt là li độ, biên độ. Đơn vị là m

– $\mho$là tần số góc của dao động. Đơn vị là rad/s

–  là pha của dao động tại thời điểm t. Đơn vị là rad

–  là pha ban đầu của dao động. Đơn vị là rad.

2. Độ dịch chuyển của vật dao động

– Đồ thị màu xanh dương dịch xuống một đoạn so với đường màu đỏ.

– Công thức độ dịch chuyển:

Kết luận

Độ dịch chuyển so với vị trí ban đầu của vật cũng biến thiên điều hoà theo thời gian cùng biên độ, chu kì và pha với li độ của vật dao động. Tại từng thời điểm, đồ thị độ dịch chuyển – thời gian dịch xuống một đoạn  trên trục tung so với đồ thị li độ – thời gian.

Luyện tập – trang 15

a) Biên độ dao động A = 0,2 cm

Chu kì dao động T = 0,4 s

Tần số dao động $T=\frac{1}{T}=\frac{1 }{0,4}=2,5Hz$

Tần số góc $\mho =2\mathrm{\pi f}=5\mathrm{\pi } (\mathrm{rad}/\mathrm{s})$

b) Li độ của vật dao động tại thời điểm t₁ ứng với điểm A là x_A = – 0,1 cm

Li độ của vật dao động tại thời điểm t₂ ứng với điểm B là x_B = – 0,2 cm

Li độ của vật dao động tại thời điểm t₃ ứng với điểm C là x_C = 0.

c) Tại thời điểm ban đầu vật chuyển động từ VTCB theo chiều dương nên

Đồ thị độ dịch chuyển của vật dịch xuống một đoạn , tức là đồ thị độ dịch chuyển – thời gian và đồ thị li độ – thời gian trùng nhau.

Độ dịch chuyển của vật dao động tại thời điểm t₁ ứng với điểm A là d_A = – 0,1 cm

Độ dịch chuyển của vật dao động tại thời điểm t₂ ứng với điểm B là d_B = – 0,2 cm

Độ dịch chuyển của vật dao động tại thời điểm t₃ ứng với điểm C là d_C = 0.