Bài giảng môn Vật lí Lớp 12 - Bài 1: Dao động điều hòa (Bản hay)

Tiết 1_12_CB 
 Bài 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 
BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12_CHUẨN_ NĂM HỌC 2011-2012 
GIÁO VIÊN: TRẦN VIẾT THẮNG 
TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN TN 
	 Chương 1: DAO ĐỘNG CƠ 
BÀI 1 : DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 
Dao động cơ 
Phương trình dao động điều hòa 
Chu Kỳ , tần số , tần số góc trong dao động điều hòa 
Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa 
Đồ thị trong dao động điều hòa 
I – Dao động cơ : 
	* Xét chuyển động 
	 mà vật chỉ chuyển động trong vùng không gian xác định , đi đi lại lại nhiều lần quanh VTCB. 
	* Xét chuyển động mà cứ sau những khoảng thời gian bằng nhau vật lặp lại vị trí như cũ . 
I. DAO ĐỘNG CƠ 
1. Thế nào là dao động cơ ? 
 Là chuyển động có giới hạn trong không gian , 
 lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng . 
2. Dao động tuần hoàn : 
 Là dao động mà sau những khoảng thời gian ( ngắn nhất ) bằng nhau , vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ . 
x 
o 
C 
M 0 
 
M t 
t 
P 
A 
II – Phương trình của dao động điều hòa 
- X ét một chất điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm O bán kính A với vận tốc góc ω 
 V í dụ : 
- G ọi P là hình chiếu của M trên Ox 
- Ban đầu (t = 0) chất điểm ở vị trí M 0 được xác định bởi góc  . 
- Ở thời điểm t chất điểm ở vị trí M được xác định bởi góc (  t +  ). 
1.Mối liên hệ giữa dao động và chuyển động tròn đều : 
To ạ độ x = OP c ủa điểm P có phương trình 
x 
o 
C 
M 0 
 
M t 
t 
P 
A 
1.Mối liên hệ giữa dao động và chuyển động tròn đều : 
- Điểm M chuyển động tròn đều , bán kính OM = A tốc độ góc  
- Điểm P là hình chiếu của M lên trục Ox. 
- Điểm P trùng vị trí vật dao động gắn vào đầu lò xo. 
- Tọa độ x của P là tọa độ của vật dao động 
- Tại thời điểm t = 0, M ở vị trí M 0 . 
- Sau thời gian t: M ở vị trí M t có góc hợp phương Ox 
+ Góc pha :  + t 
 Suy ra tọa độ x = OP = A.cos(t + ) (*) 
Đây là phương trình tọa độ theo thời gian t 
(*) được gọi là PT dao động điều hòa . 
Trong đó A > 0, > 0,  là hằng số 
KL:Hình chiếu của vật chuyển động tròn đều là một dao động điều hòa . 
II – Phương trình của dao động điều hòa 
-A 
A x 
2. Định nghĩa dao động điều hòa : 
	 Dao động điều hòa là dao động mà li độ của vật được mô tả bằng định luật dạng cosin (hay sin) đối với thời gian . 
3. PT dao động điều hòa và các đại lượng đặc trưng : 
 Phương trình dđđh : x = Acos( t + ) 
 Trong đó : 
* x là li độ dao động : tọa độ của vật ở thời điểm t 
* A là biên độ dao động : Độ lệch cực đại so VTCB ( gốc 0) 
* (t+) ( rad ) là pha dao động , cho biết trạng thái dđ của vật ở thời điểm t 
+ ( rad ) pha ban đầu cho biết trạng thái của vật ở thời điểm t = 0 (ban đầu ) ||  
+  ( rad/s ) là tần số góc . 
III. CHU K Ì, TẦN SỐ, TẦN SỐ GÓC C ỦA DĐĐH 
1. Chu kì và tần số 
- Chu kì (T) là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần . Đơn vị là (s) 
- Tần số (f) là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây . Đơn vị là Héc (Hz). 
- Tần số là đại lượng nghịch đảo của chu kì 
2. Tần số góc 
- Trong dao động điều hoà  gọi là tần số góc . Đơn vị là rad/s . 
1.Vận tốc (v) là đạo hàm của li độ x theo thời gian 
 v = x’ = - A sin(t + ) = A c os (t +  + π /2 ) 
Vận tốc đạt các giá trị : 
+ Độ lớn cực đại v max = A khi : |- sin(t + ) | = 1 
 suy ra cos(t + ) = 0 hay x = 0 trùng VTCB. 
+ v min = 0 khi sin(t + ) = 0 
 suy ra cos(t + ) = 1 nên x = A ( vị trí biên ) 
2. Gia tốc (a) là đạo hàm của vận tốc nên : 
 a = x’’ = -  2 x = - ω 2 A cos(t + ) 
Vì vậy 
 Gia tốc có độ lớn cực đại : a max =  2 A khi x = A 
 Gia tốc có độ lớn cực tiểu a min = 0 khi x = 0 
IV. VẬN TỐC VÀ GIA TỐC TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 
V. So sánh dao động điều hòa và dđ tuần hoàn : 
Ta thấy dđ tuần hoàn là dđ có đặc điểm : 
 x t = x t+T 
Nhận xét : 
DĐ điều hòa là DĐ tuần hoàn nhưng dao động tuần hoàn thì không hoàn toàn là dđđh . 
6. Độ lệch pha giữa 2 dao động điều hòa cùng tần số : x 1 = Acos(t +  1 ); x 2 = Acos(t +  2 ); 
  = (t +  2 ) - (t +  1 ) =  2 -  1 
Nếu  =  2 -  1 > 0 ta nói dđ(2) nhanh pha hơn dđ(1) góc  hoặc dđ(1) trễ pha hơn dđ(2) góc . 
Nếu  =2k ( = 0): thì ta nói 2 dđ cùng pha với nhau . 
 = : 2 dđ ngược pha .  = /2: 2 dđ vuông pha . 
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 
t 
0 
x 
T 
t 
0 
x 
T 
t	 0 T/4 T/2 3T/4	 T 
x	 A 0 -A 0	 A 
v	 0 -A  0 A  	 0 
a -A  2 0 A  2 0	 A  2 
v = x’ = - A sin(t +)= A cos(t + + /2) 
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 
x 
v 
 a 
 t 
 t 
 t 
T 
O 
O 
O 
A 
-A 
A  
-A  
-A  2 
A  2 
t 0 T/4 T/2 3T/4 T 
x A 0 -A 0 A 
v	 0 -A  0 A  0 
a -A  2 0 A  2 0 -A  2 
v = x’ = - A sin(t +) = A cos(t + + /2) 
a = x’’ = -  2 x 
T/4 
3T/4 
T/2 
VI. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 
2 
2 
2 
3 
2 
5 
2 
3 
2 
7 
4 
2 
9 
5 
11 
6 
13 
2 
v min = 0 
a max = 
v min = 0 
a max = 
v max =A 
A min =0 
-A O A 
Li độ 
Vận tốc 
Gia tốc 
Gia tốc 
Vận tốc 
Li độ 
 T 
 T 
T 
2 
( rad ) 
cos 
sin 
t(s ) 
j 
w 
+ 
t 
a max 
a max 
v max 
v max 
-A 
A 
O 
Minh họa 
Đồng hồ 
43 
42 
41 
40 
39 
38 
37 
36 
35 
34 
33 
32 
31 
30 
29 
28 
27 
26 
25 
24 
23 
22 
21 
20 
19 
18 
17 
16 
15 
14 
13 
12 
11 
10 
9 
8 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
2 
2 
2 
3 
2 
5 
2 
3 
2 
7 
4 
2 
9 
5 
11 
6 
13 
2 
v min = 0 
a max = 
v min = 0 
a max = 
v max =A 
A min =0 
-A O A 
Li độ 
Vận tốc 
Gia tốc 
Gia tốc 
Vận tốc 
Li độ 
 T 
 T 
T 
2 
( rad ) 
cos 
sin 
t(s ) 
j 
w 
+ 
t 
a max 
a max 
v max 
v max 
-A 
A 
O 
Minh họa