Slide bài giảng Vật lí 11 chân trời bài 3: Năng lượng trong dao động điều hoà
Slide điện tử bài 3: Năng lượng trong dao động điều hoà. Trình bày với các hiệu ứng hiện đại, hấp dẫn. Giúp học sinh hứng thú học bài. Học nhanh, nhớ lâu. Có tài liệu này, hiệu quả học tập của học môn Vật lí 11 chân trời sáng tạo sẽ khác biệt
Bạn chưa đủ điều kiện để xem được slide bài này. => Xem slide bài mẫu
Tóm lược nội dung
BÀI 3. NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
I. THẾ NĂNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Thảo luận 1 trang 22 sgk vật lý 11 ctst
Dựa vào công thức (3.2) và Hình 3.2, mô tả sự thay đổi của thế năng trong một chu kì dao động của vật.
Đáp án rút gọn:
Thế năng của vật đạt giá trị lớn nhất ở vị trí biên và nhỏ nhất ở vị trí cân bằng. Khi vật di chuyển từ biên đến cân bằng, thế năng giảm từ giá trị lớn nhất về 0, và ngược lại.
Thảo luận 2 trang 23 sgk vật lý 11 ctst
So sánh chu kì, tần số biến thiên của thế năng với chu kì, tần số dao động của vật.
Đáp án rút gọn:
Thế năng biến thiên theo thời gian với tần số góc gấp hai lần tần số dao động của li độ và với chu kì bằng một nửa chu kì dao động của vật.
Luyện tập trang 23 sgk vật lý 11 ctst
Một số toà nhà cao tầng sử dụng các con lắc nặng trong bộ giảm chấn khối lượng (mass damper) để giảm thiểu sự rung động gây ra bởi gió hay những cơn địa chấn nhỏ. Giả sử vật nặng của con lắc có khối lượng 3,0.105kg, thực hiện dao động điều hoà với với tần số 15 Hz với biên độ dao động là 15 cm. Hãy xác định thế năng cực đại của hệ con lắc trong bộ giảm chấn khối lượng.
Đáp án rút gọn:
Thế năng cực đại của hệ con lắc trong bộ giảm chấn khối lượng:
Wtmax = ½.mω2A2 = ½.3,0.105.(2π.15)2.0,152 = 3037500π2(J)
II. ĐỘNG NĂNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Thảo luận 3 trang 23 sgk vật lý 11 ctst
Dựa vào công thức (3.5) và Hình 3.3, mô tả sự thay đổi của động năng trong một chu kì dao động của vật.
Đáp án rút gọn:
Trong 1 chu kì
.mω2A2 ở vị trí cân bằng
0 ở vị trí hai biên.
Thảo luận 4 trang 24 sgk vật lý 11 ctst
So sánh pha dao động của thế năng và động năng khi vật dao động điều hòa.
Đáp án rút gọn:
Thế năng và động năng khi vật dao động điều hòa ngược pha nhau.
Luyện tập trang 24 sgk vật lý 11 ctst
Một vật có khối lượng 2 kg dao động điều hoà có đồ thị vận tốc – thời gian như Hình 3.4. Xác định tốc độ cực đại và động năng cực đại của vật trong quá trình dao động.
Đáp án rút gọn:
Wđ max = ½.m2 = ½.2.0,42 = 0,16 (J)
III. SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Thảo luận 5 trang 24 sgk vật lý 11 ctst
Quan sát Hình 3.5 và mô tả sự thay đổi của động năng và thế năng khi vật dao động di chuyển từ biên âm đến biên dương.
Đáp án rút gọn:
Khi vật ở biên, còn
=0.
Khi vật di chuyển từ biên âm về vị trí cân bằng, giảm trong khi
tăng.
Khi vật đi qua vị trí cân bằng, bằng 0 và
Khi vật di chuyển từ VTCB ra biên dương, tăng trong khi
giảm.
Thảo luận 6 trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Quan sát Hình 3.5 và 3.6, nhận xét về độ lớn của động năng, thế năng và cơ năng trong quá trình dao động điều hòa của vật.
Đáp án rút gọn:
Khi thế năng của vật tăng thì động năng của vật giảm, cơ năng được bảo toàn và luôn bằng tổng giá trị của động năng và thế năng
Thảo luận 7 trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Dựa vào biểu thức (3.2) và (3.5), hãy thiết lập biểu thức (3.7).
Đáp án rút gọn:
Ta có: Wt = ½.mω2A2cos2(ωt+φ0)
Wđ = ½.mv2 = ½.mω2A2sin2(ωt+φ0)
⇒W = Wt + Wđ = ½.mω2A2cos2(ωt+φ0) + ½.mω2A2sin2(ωt+φ0)
⇒W = ½.mω2A2cos2(ωt+φ0)+sin2(ωt+φ0)
Mà cos2(ωt+φ0) + sin2(ωt+φ0) = 1 nên
W = Wt + Wđ = ½.mω2A2
Luyện tập trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Xét một vật bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng, hãy chỉ ra những khoảng thời gian trong một chu kì dao động mà:
a) Thế năng tăng dần trong khi động năng giảm dần.
b) Thế năng giảm dần trong khi động năng tăng dần.
Đáp án rút gọn:
a) Thế năng tăng dần trong khi động năng giảm tương ứng với khoảng thời gian từ đến T/4 và T/2 đến3T/4
b) Thế năng giảm dần trong khi động năng tăng dần tương ứng với khoảng thời gian từ T/4 đến T/2 và 3T/4 đến T
Vận dụng trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Biết phương trình li độ của một vật có khối lượng 0,2 kg dao động điều hoà là x = 5cos(20t) (cm).
a) Tính cơ năng trong quá trình dao động.
b) Viết biểu thức thế năng và động năng.
Đáp án rút gọn:
a) Cơ năng trong quá trình dao động là:
W = ½.mω2A2 = ½.0,2.202.0,052 = 0,11(J)
b) Biểu thức thế năng là:
Wt = ½.mω2A2cos2(ωt+φ0) = ½.0,2.202.0,052cos2(20t) = 0,1cos2(20t)
Biểu thức động năng là:
Wd = ½.mω2A2sin2(ωt+φ0) = ½.0,2.202.0,052sin2(20t) = 0,1sin2(20t)
Bài tập 1 trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Một hệ dao động điều hoà với chu kì 2 s. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng của vật. Thời điểm hệ bắt đầu dao động thì động năng và thế năng bằng nhau lần thứ nhất. Hỏi sau bao lâu kể từ khi hệ bắt đầu dao động, động năng và thế năng bằng nhau lần thứ hai?
Đáp án rút gọn:
ω = π(rad/s)
Wt = Wđ
⇒ ½.mω2A2cos2(ωt+) = ½.mω2A2sin2(ωt+
)
⇒ cos2(πt+) = sin2(πt+
)
⇒ πt + = π/4+ kπ/2
k = 1, t = 0 nên ta có:
= 3π/4
Động năng và thế năng bằng nhau lần thứ hai sau khoảng thời gian:
Πt + 3π/4 = π/4 + 2π/2 ⇒ t = 0,5s
Bài tập 2 trang 25 sgk vật lý 11 ctst
Xét một vật bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng theo chiều âm của trục toạ độ. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng của vật. Hãy vẽ phác đồ thị thể hiện sự phụ thuộc vào thời gian của động năng và thế năng trong hai chu kì dao động trên cùng một hệ trục toạ độ. Chỉ ra trên đồ thị những thời điểm mà động năng và thế năng có độ lớn bằng nhau.
Đáp án rút gọn:
Phương trình dao động của vật là: x = Acos(ωt−π/2)
Thế năng của dao động là: Wt = ½.mω2A2cos2(ωt−π2)
Động năng của dao động là: Wd= ½.mω2A2sin2(ωt−π2)
Đường màu xanh lá cây là thế năng, đường màu xanh nước biển là động năng
Những điểm 2 đường cắt nahu tại đó động năng bằng thế năng
T/8 + k.T/4 (k=0;1;2;3;...)