CHỦ ĐỀ 1. DAO ĐỘNG. BÀI 3. NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 1. DAO ĐỘNG. BÀI 3. NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
MỞ ĐẦU Học xong bài này, các bạn có thể: sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để mô tả được sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa.
CÂU HỎI: Một con lắc đơn lớn được treo ở sảnh của toà nhà Liên Hợp Quốc tại thành phố New York, Mỹ. Quả cầu có khối lượng 91 kg và sợi dây treo dài 22,9 m. Con lắc liên tục dao động với chu kì 9,6 s. Khi con lắc đơn dao động, nó có những dạng năng lượng nào?
Ảnh
I. SỰ CHUYỂN HOÁ NĂNG LUỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ.
+ Định nghĩa 1
- Khi con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ, nó thực hiện dao động điều hòa. Trong quá trình dao động luôn có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng - Trong Hình 3.2, 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=Wđ+Wt=1/2 mv^2+mgh. Trong đó, h là độ cao của quả cầu so với vị trí cân bằng.
Ảnh
+ Định nghĩa 2
+ Động năng của con lắc đơn là: Wđ = 1/2 mv^2 + Thế năng của con lắc đơn là: Wt = mgh - Trong quá trình dao động, tốc độ và độ cao của quả cầu thay đổi liên tục theo thời gian, do đó động năng và thế năng của con lắc đơn cũng thay đổi liên tục. - Ở vị trí biên B, vật bắt đầu dao động: v = 0, vật có độ cao cực đại so với mốc thế năng, h = hmax. - Do đó: Wđ = 1/2 mv^2 = 0; Wt = mgh max ⁡= Wt max. - Cơ năng của con lắc khi đó: W = Wt max - Khi con lắc di chuyển từ bị trí biên B vào vị trí cân bằng O, tốc độ của vật tang dần làm cho động năng của nó tăng dần. Trong khi đó, độ cao của vật giảm dần làm cho thế năng của nó giảm dần.
+ Định nghĩa 3
- Tại vị trí cân bằng, vật có tốc độ cực đại và độ cao bằng 0, do đó: Wđ = 1/2 mv^2 max = Wđ max; Wt=0. Cơ năng của con lắc khi đó: W = Wđ max. - Khi con lắc tiếp tục di chuyển từ vị trí cân bằng sang vị trí biên A, tốc độ của nó giảm dần làm cho động năng giảm dần. Đồng thời, độ cao của vật tang dần làm cho thế năng của nó tăng dần. - Như vậy, trong quá trình con lắc đơn dao động, liên tục sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng. Nếu như con lắc dao động trong môi trường không có lực cản, không có sự hao phí năng lượng, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Do đó, cơ năng của con lắc luôn không thay đổi.
+ Câu hỏi 1:
Câu hỏi 1: Mô tả sự biến đổi động năng và thế năng của con lắc đơn khi quả cầu đi từ vị trí biên A, qua vị trí cân bằng O rồi sang vị trí biên B.
+ Câu hỏi 2
Câu hỏi 2: Chứng minh rằng cơ năng dao động của con lắc đơn tỉ lệ thuận với bình phương của biên độ dao động.
II. ĐỒ THỊ NĂNG LUỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
+ Định nghĩa 1
- Có thể biểu diễn sự biến đổi năng lượng của con lắc đơn dao động điều hòa theo li độ và theo thời gian - Hình 3.3 biễu diễn sự thay đổi của động năng và thế năng của con lắc theo li độ của vật. Từ đồ thị ta thấy: - Động năng đạt cực đại khi vật qua vị trí cân bằng x = 0 - Thế năng đạt cực đại khi vật ở hai vị trí biên x = A; x = -A - Ở bất kì vị trí nào, tổng của động năng và thế năng không đổi, tức là cơ năng không đổi.
Ảnh
+ Định nghĩa 2
- Hình 3.4 biễu diễn sự thay đổi của động năng và thế năng của con lắc đơn theo thời gian .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.
Ảnh
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.
+ Câu hỏi 3
Câu hỏi 3: Dựa vào đồ thị Hình 3.3, mô tả sự thay đổi của động năng và thế năng của con lắc đơn khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng và từ vị trí cân bằng đến vị trí biên.
III. BÀI TẬP
Bài tập 1
Bài tập 1: Dựa vào đồ thị Hình 3.4, tìm số lần vật có động năng bằng thế năng trong mỗi chu kì dao động của vật.
Bài tập 2
Bài tập 2: So sánh chu kì biến đổi của động năng và thế năng với chu kì dao động của vật.
Bài tập 3
Bài tập 3: Cho đồ thị vận tốc – thời gian của một con lắc đơn dao động như Hình 3.5. Biết rằng khối lượng của vật treo vào sợi dây là 0,2 kg. Xác định: a) Chu kì và tần số góc của con lắc. b) Vận tốc cực đại của vật. c) Cơ năng của con lắc. d) Biên độ của vật.
Ảnh
Dặn dò
Dặn dò
DẶN DÒ
+ Đọc lại các lý thuyết vừa học. + Ôn thêm bài tập trong sách bài tập. + Đọc và chuẩn bị truớc bài 4: Dao động tắt dần, dao động cuỡng bức và hiện tuợng cộng huởng
Cảm ơn
Cảm ơn các bạn đã tập trung nghe bài giảng