Tải giáo án Powerpoint Vật lí 11 CTST Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI!

KHỞI ĐỘNG

Bộ giảm chấn khối lượng (mass damper) (Hình 4.1) được sử dụng để giảm thiểu sự rung lắc của các toà nhà cao tầng khi có gió mạnh hay địa chấn.

Toà nhà Taipei 101 tầng (cao 508 m) tại thành phố Đài Bắc, Đài Loan cũng được trang bị bộ giảm chấn khối lượng, là một con lắc với vật nặng khoảng 728 tấn được treo tại trung tâm toà nhà từ tầng 92 xuống đến tầng 87.

KHỞI ĐỘNG

Nhờ có bộ giảm chấn này, toà nhà có thể chịu được những cơn bão có sức gió lên tới 216 km/h hay những cơn địa chấn lên đến 7 độ richter.

Các kĩ sư xây dựng đã dựa trên những hiện tượng vật lí nào để xây dựng bộ giảm chấn?

BÀI 4

DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG

NỘI DUNG BÀI HỌC

Dao động tắt dần

Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

1. DAO ĐỘNG TẮT DẦN
2. Quan sát hiện tượng dao động tắt dần

Thảo luận 1 (SGK – tr 26)

Quan sát Hình 4.2 và mô tả chuyển động của xích đu, ván nhảy cầu sau khi ngừng tác dụng lực.

Hình 4.2. Xích đu (a) và ván nhảy cầu (b)

Trả lời

Ngay sau khi ngừng tác dụng lực, xích đu và ván nhảy cầu tiếp tục thực hiện dao động, tuy nhiên biên độ dao động của chúng giảm dần theo thời gian và chúng sẽ dừng chuyển động sau một khoảng thời gian.

Thảo luận 2 (SGK – tr26)

Nêu một số ví dụ thực tế khác về hiện tượng dao động tắt dần.

Trả lời

Một số ví dụ khác về dao động tắt dần trong thực tế:

• Dao động của người chơi sau khi nhảy bungee.
• Dao động của dây dần guitar, vĩ cầm sau khi nhạc công ngừng gẩy đàn.
• Dao động của võng hay nôi sau khi ngừng tác dụng lực.

nhảy bungee

• Dao động của màng nhĩ sau khi sóng âm ngừng truyền đến tai.
• Dao động của lò xo trong bộ phận giảm xóc của xe máy, ô tô.

Dao động của màng nhĩ

KẾT LUẬN

• Trong dao động tắt dần biên độ giảm dần theo thời gian, còn chu kì (hay tần số) không đổi.
• Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần.

2. Giải thích hiện tượng dao động tắt dần

Luyện tập (SGK – tr27)

• Bố trí sơ đồ thí nghiệm như Hình 4.4
• Dự đoán về dao động của con lắc trong các trường hợp vật nặng thực hiện dao động trong các trường hợp như trên hình.
• Tiến hành thí nghiệm:

Kéo vật nặng của con lắc lò xo khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng một đoạn xác định và thả nhẹ để vật dao động không vận tốc đầu.

Luyện tập (SGK – tr27)

• Vật dao động trong chất lỏng khi có gắn thêm vật cản (trường hợp c) ngừng chuyển động sớm nhất.
• Trong trường hợp b, vật cũng dao động tắt dần nhưng thời gian vật dao động sẽ dài hơn so với trường hợp c vì lực cản nhỏ hơn.
• Trong trường hợp a, lực cản của không khí tác dụng lên vật có tồn tại nhưng có độ lớn nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp b và c, do đó vật dao động tắt dần với thời gian dài hơn hai trường hợp còn lại.

KẾT LUẬN

Lực cản của môi trường tác dụng lên vật luôn ngược chiều chuyển động của vật. Do đó, công của lực cản tác dụng lên vật luôn âm làm cho cơ năng giảm. Từ đó biên độ dao động của vật giảm dần theo thời gian.

Vận dụng (SGK – tr28)

Đưa ra một số ví dụ về tác hại và lợi ích của dao động tắt dần. Từ đó tìm hiểu và sưu tầm hình ảnh về một số ứng dụng của dao động tắt dần trong cuộc sống.

• Một số lợi ích của dao động tắt dần: hệ thống đóng/mở cửa tự động; bộ phận giảm xóc của ô tô/xe máy; ứng dụng trong thiết kế nền móng nhà ở Nhật Bản, giảm thiểu sự dao động của các tòa nhà trong các trận động đất.
• Một số tác hại của dao động tắt dần: đồng hồ quả lắc sau một thời gian hoạt động sẽ xảy ra hiện tượng sai lệch thời gian, đưa võng sau một khoảng thời gian thì dao động sẽ tắt dần.

1. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG
2. Dao động cưỡng bức

Thảo luận 3 (SGK – tr28)

Trên thực tế, sau khi được kích thích để dao động, xích đu hoặc võng sẽ dao động tắt dần. Làm cách nào để chúng có thể dao động với biên độ không đổi?

Có hai phương án để giữ cho dao động của xích đu hoặc võng được duy trì với biên độ không đổi:

• Tác dụng lực vào mỗi nửa chu kì dao động của vật.
• Tác dụng lực tuần hoàn vào vật như cơ chế của các xích đu hoặc võng máy tự động sử dụng điện.

NHẬN XÉT

• Thông thường, ta có hai cách bổ sung năng lượng cho vật dao động:
  • Truyền năng lượng bổ sung đúng bằng phần năng lượng tiêu hao ở cuối mỗi chu kì dao động của hệ bằng một lực cùng chiều với chuyển động.

Ví dụ: hệ bù năng lượng cho con lắc trong đồng hồ quả lắc (Hình 4.5)

Hình 4.5. Cơ chế bổ sung năng lượng cho đồng hồ quả lắc

• Thông thường, ta có hai cách bổ sung năng lượng cho vật dao động:

• Sử dụng một ngoại lực biến thiên điều hòa (ngoại lực điều hòa) theo thời gian:

Đồ thị li độ - thời gian của vật được thể hiện trong Hình 4.6 gồm 2 giai đoạn: