Slide bài giảng Vật lí 11 cánh diều Chủ đề 1 Bài 3: Năng lượng trong dao động điều hoà

Tóm lược nội dung

BÀI 3: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:Em hãy mô tả sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa?

NỘI DUNG BÀI HỌC GỒM

• SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
• Biểu thức của thế năng trong dao động điều hòa
• Đồ thị năng lượng trong dao động điều hòa

HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

- Động năng trong dao động điều hòa được tính như thế nào?

-  Giải thích các đại lượng và cho biết đơn vị tương ứng?

Nội dung ghi nhớ:

1. Biểu thức của thế năng trong dao động điều hòa

Tại vị trí biên A và B vật có độ cao cực đại so với mốc tính thế năng, nên tại biên vật có thế năng cực đại. Tại VTCB vật có thế năng cực tiểu (bằng 0).

Khi vật đi từ biên A về VTCB thì thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

Khi vật đi từ VTCB lên biên B thì thế năng tăng dần, động năng giảm dần.

- Động năng của con lắc đơn phụ thuộc vào tốc độ của quả cầu; thế năng của con lắc đơn phụ thuộc vào độ cao của quả cầu; động năng và thế năng liên tục thay đổi trong quá trình con lắc dao động.

- Chọn mốc thế năng ở vị trí cân bằng của quả cầu. Cơ năng của con lắc đơn là tổng động năng và thế năng:

W=W_đ+W_t=mv²+mgh

Trong đó, h là độ cao của quả cầu so với vị trí cân bằng.

- Động năng của con lắc đơn là:

Wđ=mv²

- Thế năng của con lắc đơn là:

Wt = mgh

- Trong quá trình con lắc đơn dao động, liên tục có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng nhưng cơ năng của con lắc luôn không đổi.

2. Đồ thị năng lượng trong dao động điều hòa

Tại vị trí biên thế năng cực đại, động năng bằng 0, tại vị trí cân bằng thì thế năng bằng 0, động năng cực đại.

Khi đi từ biên về VTCB thì thế năng giảm dần về 0, động năng tăng dần đến giá trị cực đại.

Khi đi từ VTCB ra biên thì thế năng tăng dần đến giá trị cực đại, động năng giảm dần về 0.

*Kết luận:

- Động năng đạt cực đại khi vật đi qua vị trí cân bằng x = 0.

- Thế năng đạt cực đại khi vật ở hai vị trí biên x = ±A.

- Ở bất kì vị trí nào, tổng của động năng và thế năng không đổi, tức là cơ năng không đổi.

- Trong mỗi chu kì dao động, luôn có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng: Khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại nhưng tổng của chúng luôn không đổi.

 - Các đặc điểm về sự biến đổi năng lượng trong dao động điều hòa của con lắc đơn cũng đúng với các dao động điều hòa khác.

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

- Hoàn thành bài tập trắc nghiệm sau:

Câu 1: Con lắc lò xo nằm ngang có k = 100 N/m, m =1kgk = 100 N/m, m =1kgdao động điều hoà. Khi vật có động năng 10 mJ10 mJ thì cách vị trí cân bằng 1 cm,1 cm,khi có động năng 5 mJ5 mJ thì cách vị trí cân bằng một đoạn là

A. cm

B. 2 cm.

C. cm.

D. 0,5 cm.

Câu 2: Một vật nặng 500 g dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 20 cm và trong khoảng thời gian 3 phút vật thực hiện 540 dao động. Cho π²=10. Cơ năng của vật khi dao động là

A. 2025J.

B. 0,9J.

C. 2,025J.

D. 900J.

Câu 3: Một con lắc lò xo có độ cứng 150 N/m150 N/m và có năng lượng dao động là 0,12 J.0,12 J. Biên độ dao động của nó là

A. 2 cm.

B. 0,4 cm.

C. 0,04 m.

D. 4 m.

Câu 4: Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gồm vật nặng khối lượng 1kg và lò xo khối lượng không đáng kể có độ cứng 100N/m dao động điều hoà. Trong quá trình dao động chiều dài của lò xo biến thiên từ 20cm đến 32cm. Cơ năng của con lắc bằng

A. 3J.

B. 1,5J.

C. 0,36J.

D. 0,18J.

Câu 5: Con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m=400gam và lò xo có độ cứng k.k. Kích thích cho vật dao động điều hoà với cơ năng E=25mJ. Khi vật qua vị trí có li độ x=−1cm thì vật có vật tốc  v=−25cm/s. Độ cứng kk của lò xo bằng

A. 250N/m.

B. 200N/m.

C. 150N/m.

D. 100N/m.

Gợi ý đáp án:

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Em có nhận xét gì về hình dạng đồ thị động năng - thời gian trong dao động điều hòa.

Câu 2: Động năng trong một chu kì dao động của vật thay đổi như thế nào?