Bài giảng môn Vật lí Lớp 11 - Bài 2: Con lắc lò xo

Nội dung text: Bài giảng môn Vật lí Lớp 11 - Bài 2: Con lắc lò xo

1. Bµi 2 : Con l¾c lß xo
2. O FF FFF X O X X Xét con lắc lò xo nằm ngang, Gốc O tại vị trí cân bằng( lúc lò xo chưa biến dạng) Khi con lắc dao động ( lệch khỏi vị trí cân bằng O) thì lò xo bị biến dạng và lực đàn hồi xuất hiện chống lại chiều biến dạng
3. I.Thiết lập phương trình động lực học của vật dao động trong con lắc lò xo nằm ngang Xét. Cấu chuyển tạo : Gồmđộng vậtcủa nặng vật nặnggắn trongvào một H1 Xác định lực tác dụng lên conđầu lắc lòvật lòxo nặng cóxo khốinằm khi lượng ngang, vật không ởbỏ vị quađáng trí ma kể,sát LiLựcđầu độ táckia x: dụngKhoảnglò xo lên cố cách vậtđịnh nặng đại sốlà lực từ vị đàn trí hồivật N F đếncủa lò Haivịli tríxo độ lực;cân luôn x? bằng Phướng+ N về= vị 0trí cân bằng được gọiNhận là lực xét kéo F đànvề hay hồi lực có hồi phục: P đặc điểmF= như -kx thế nào? O x x Theo định luật II Niu-tơn: - kx = ma Gốc O tại vị trí cân bằng - kx = m x’’ Hay : x’’ + (k/m) x = 0 H1: Vật nặng ở vị trí O, lò xo Đặt không giãn Vật nặng được kéo ra khỏi vị x'' + 2 x = 0 trí cân bằng và thả ra cho chuyển động Phương trình động lực học của dao động con lắc lò xo
4. Nghiệm của phương trình x’’ +  2 x= 0 có dạng : x = Acos(t+ ) A, là hai hằng số bất kì k m  = T = 2 m k
5. 2 . Lực kéo về hay lực hồi phục : Biểu thức : F = -kx = - m2x Đặc điểm: * Là hợp lực tác dụng lên vật và gây ra gia tốc cho vật dao động * Luôn hướng về VTCB và tỉ lệ với li độ dao động * Biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ Chú ý : Lực đàn hồi là lực đưa vật về vị trí lò xo không biến dạng. Có độ lớn Fđh = k l ( l là độ biến dạng của lò xo) Với con lắc lò xo nằm ngang thì lực kéo về = lực đàn hồi (vì tại VTCB lò xo không biến dạng) N F P O x
6. 3 .Năng lượng của con lắc lò xo 112 2 2 2 2 a . Động năng : Wđ =mv = m A sin (  t + ) = Wsin (  t + ) 22 11 b. Thế năng : W=mx2 2 = mAcost  2 2 2 (  + ) = W co s 2 (  t + ) t 22 1 c . Cơ năng : WWW= + = mA 22 đ t 2 Ta có: 2sin2x = 1 – cos2x và 2cos2x = 1 + cos 2x Nhận xét : + Động năng và thế năng biến thiên cùng tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2 + Thời gian liên tiếp giữa 2 lần động năng bằng thế năng là T/4 +Cơ năng của con lắc lò xo luôn được bảo toàn và tỉ lệ với bình phương biên độ dao động
7. Chú ý : -A Đối với lò xo thẳng đứng nén -A + Độ biến dạng của lò xo l l giãn O thẳng đứng khi vật ở VTCB: O giãn mg l A =l T = 2 k g A x + Chiều dài lò xo tại VTCB: x Hình a (A l) lCB = l0 + l (l0 là chiều dài tự nhiên) + Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): lMin = l0 + l – A + Chiều dài cực đại (khi vật ở vị trí thấp nhất): lMax = l0 + l + A lCB = (lMin + lMax)/2
8. + Lực đàn hồi của lò xo: F = k ( l + x) với x là li độ dao động + Lực đàn hồi cực đại: FMax = k( l + A) (lúc vật ở vị trí thấp nhất) + Lực đàn hồi cực tiểu * Nếu A < l FMin = k( l - A) * Nếu A ≥ l FMin = 0 (lúc vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng) + Lực kéo về ( lực phục hồi) : F = - kx là hợp lực tác dụng lên vật Với x là li độ dao động
9. Bài 4 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Chọn đáp án đúng. Công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo là:
10. Bài 5 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Lò xo có độ cứng k = 40 N/m. Khi vật m của con lắc đi qua vị trí có li độ x = - 2cm thì thế năng của con lắc là bao nhiêu? A. – 0,016 J B. – 0,008 J C. 0,016 J D. 0,008 J
11. Bài 6 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Một con lắc lò xo gồm một khối lượng m = 0,4 kg và một lò xo có độ cứng k = 80 N/m. Con lắc dao động điều hòa với biên độ bằng 0,1 m. Hỏi tốc độ của con lắc khi qua vị trí cân bằng? A. 0 m/s B. 1,4 m/s C. 2,0 m/s D. 3,4 m/s Tốc độ của con lắc qua vị trí cân bằng là cực đại Ta có vmax = ωA với