Chuyên đề về Dao động tắt dần Vật lí lớp 12

CHUYÊN ĐỀ “DAO ĐỘNG TẮT DẦN”

I, CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ta xét trường hợp CON LẮC LÒ XO, rồi áp dụng kết quả thu được một cách tương tự cho con lắc đơn.

1, Vị trí cân bằng: Những hạn chế thường gặp trước đây: - Học sinh thường nhầm vị trí cân bằng khi chưa có lực cản là vị trí lò xo không biến dạng.

- Học sinh không tưởng tượng được vị trí cân bằng thực sự ở đâu. - Học sinh không nắm được ở vị trí cân bằng mới thì có những lực nào, quan hệ của chúng ra sao.

- Học sinh không liên tưởng được sự thay đổi vị trí cân bằng trong những bài toán thường gặp trước đây.

Hướng giải quyết: - Khi chưa có tác dụng của lực cản thì vị trí cân bằng của vật là O, tại đây thì hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật bằng 0 – ta gọi đây là vị trí cân bằng tĩnh.

- Khi có tác dụng của lực cản, vị trí O sẽ không còn là vị trí cân bằng, do hợp lực tại vị trí này đúng bằng lực cản; ở vị trí cân bằng mới thì lò xo biến dạng thêm để cân bằng với lực cản. Do đó, vị trí cân bằng mới sẽ là O’, lực đàn hồi tạo ra độ biến

dạng OO’ cân bằng với lực cản nên ta thu được = .

- Trong mỗi nửa chu kì, chiều chuyển động của vật thay đổi, chiều của lực cản luôn ngược chiều chuyển động, do vậy đối với dao động tắt dần, vật có 2 vị trí cân bằng ứng với từng nửa chu kì – 2 vị trí này ta gọi là vị trí cân bằng động. Khoảng cách từ vị trí cân bằng động đến vị trí cân bằng tĩnh là x0 = Fc/k.

OO' uuuur

cF k

uur

ThuVienDeThi.com

So sánh con lắc lò xo thẳng đứng với con lắc lò xo nằm ngang

chịu tác dụng của lực cản không đổi

TH1: Con lắc lò xo treo thẳng đứng đầu trên cố định.

TH2: Con lắc lò xo đặt thẳng đứng đầu dưới cố định.

2, Xác định vị trí cân bằng động ở từng nửa chu kì:

v =0 v =0

T t 2 

Vị trí cân bằng

lò xo dãn C 0

F x k 

m

(v=0)

(v=0) l0

Vị trí cân bằng

lò xo dãn P l k 

T t 2 

m

Vị trí cân bằng

lò xo nén P l k 

T t 2 

(v=0)

(v=0)

l0

m

v =0 v =0

l0

Vị trí cân bằng

lò xo nén C 0

F x k 

T t 2  m

ThuVienDeThi.com

Những hạn chế thường gặp trước đây: - Học sinh không xác định được đúng vị trí cân bằng, ví dụ: vật đi từ biên bên trái sang biên bên phải thì học sinh lại chọn vị trí cân bằng là ở bên phải của vị trí cân bằng tĩnh.

- Học sinh không vẽ được hình vì chưa hiểu bản chất của vấn đề. Hướng giải quyết: - Hướng dẫn học sinh ghi nhớ nguyên tắc: Do biên độ của “Dao động tắt dần” luôn bị giảm, nên để đảm bảo tính chất này thì vị trí cân bằng động sẽ gần biên hơn so với vị trí cân bằng tĩnh. Vì dụ: vật đi từ bên trái sang thì vị trí cân bằng động ở bên trái vị trí cân bằng tĩnh; vật đi từ phải sang thì vị trí cân bằng động nằm ở bên phải vị trí cân bằng tĩnh.

3, Độ biến dạng cực đại và biên độ:

Những hạn chế thường gặp trước đây: - Học sinh không phân biệt chính xác khái niệm biên độ và độ biến dạng cực đại - Học sinh không nắm được bản chất, nên sử dụng tùy tiện, đa phần là nhầm lẫn, dẫn đến kết quả sai.

Hướng giải quyết: - Khoảng cách giữa vị trí biên tại một nửa chu kì và vị trí cân bằng tĩnh, là độ biến dạng cực đại trong nửa chu kì đó: Δℓ0 = MO. (được sử dụng để tính cơ năng)

- Khoảng cách từ vị trí biên đến vị trí cân bằng tĩnh tương ứng trong cùng nửa chu kì, là biên độ trong nửa chu kì đó: A = MO1. (được sử dụng để tính vận tốc cực đại)

4, Liên hệ giữa độ biến dạng cực đại và biên độ: OO1 = x0 = MO – MO1  A = |Δℓ0| – x0.

5, Độ giảm độ biến dạng cực đại và biên độ sau mỗi nửa chu kì: Δℓ0’ = ON = NO1 – OO1 = A – x0 = |Δℓ0| – 2x0. A’ = NO2 = NO1 – O1O2 = A – 2x0. Như vậy, sau mỗi nửa chu kì thì độ biến dạng cực đại và biên độ đều giảm đi một lượng 2 x0.

Độ biến dạng cực đại ở nửa chu kì thứ n |Δℓn| = |Δℓ0| – 2(n – 1)x0.

o. . . . . o2 o1 l l A-3l

A-2l

A’ = A - l

A A’

v = 0 v = 0

Sơ đồ chuyển động của vật trong mỗi bán chu kì

M N

ThuVienDeThi.com