Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 1 HỆ THỐNG HOÁ KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 VÀ CÁC CÔNG THỨC TÍNH NHANH TRONG BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM . CHƯƠNG : DAO ĐỘNG CƠ I. DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 1. Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ) r v luôn cùng chiều với chiều chuyển động (vật cđộng theo chiều dương thì v>0, theo chiều âm thì v<0) r a luôn hướng về vị trí cân bằng 4. Vật ở VTCB: x = 0; |v| Max = ωA; |a| Min = 0 Vật ở biên: x = ±A; |v| Min = 0; |a| Max = ω 2 A v ω a = -ω 2 x 6. Cơ năng: W = W đ + W t = 1 2 m ω 2 A 2 Với W đ = 1 1 2 2 W t = 1 1 2 2 2 2 7. Dao động điều hoà có tần số góc là ω, tần số f, chu kỳ T. Thì động năng và thế năng biến thiên với tần số góc 2ω, tần số 2f, chu kỳ T/2 8. Động năng và thế năng trung bình trong thời gian nT/2 ( n∈N * , T là chu kỳ M2 M1 dao động) là: W 1 = ∆ϕ 9. Khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí có li độ x 1 đến x 2 x 1 ∆ ϕ ϕ 2 − ϕ 1 ∆ t = = với và ( 0 ≤ ϕ 1 , ϕ 2 ≤ π ) ω ω 2 -A x2 M'2 O ∆ϕ x1 M'1 A 10. Chiều dài quỹ đạo: 2A 11. Quãng đường đi trong 1 chu kỳ luôn là 4A; trong 1/2 chu kỳ luôn là 2A Quãng đường đi trong l/4 chu kỳ là A khi vật đi từ VTCB đến vị trí biên hoặc ngược lại 12. Quãng đường vật đi được từ thời điểm t 1 đến t 2 . x = Acos( ω t + ϕ ) x = Aco s( ω t + ϕ ) = − ω Asin( ω = − ω Asin( ω và (v 1 và v 2 chỉ cần xác định dấu) Phân tích: t 2 – t 1 = nT + ∆t (n ∈N; 0 ≤ ∆t < T) Quãng đường đi được trong thời gian nT là S 1 = 4nA, trong thời gian ∆t là S 2 . Quãng đường tổng cộng là S = S 1 + S 2 Lưu ý: + Nếu ∆t = T/2 thì S 2 = 2A + Tính S 2 bằng cách định vị trí x 1 , x 2 và chiều chuyển động của vật trên trục Ox 2. Vận tốc tức thời: v = -ωAsin(ωt + ϕ) 3. Gia tốc tức thời: a = -ω2Acos(ωt + ϕ) 5. Hệ thức độc lập: A2 = x2 + ( )2 2 2mv 2 = m ω 2 A 2 sin ( ω t + ϕ ) = Wsin ( ω t m ω 2 x2 = m ω 2 A cos2 ( ω t + ϕ ) = Wco s ( ω t + ϕ ) co s ϕ 1 = A co s ϕ = x2 A Xác định: 1 1 2 2 v1 1t + ϕ ) v2 2t + ϕ ) + Trong một số trường hợp có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều sẽ đơn giản hơn. + Tốc độ trung bình của vật đi từ thời điểm t 1 đến t 2 : v tb = S t 2 − với S là quãng đường tính như trên. 13. Bài toán tính quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất vật đi được trong khoảng thời gian 0 < ∆t < T/2. Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 2 Vật có vận tốc lớn nhất khi qua VTCB, nhỏ nhất khi qua vị trí biên nên trong cùng một khoảng thời gian quãng đường đi được càng lớn khi vật ở càng gần VTCB và càng nhỏ khi càng gần vị trí biên. Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển đường tròn đều. Góc quét ∆ϕ = ω∆t. Quãng đường lớn nhất khi vật đi từ M 1 đến M 2 đối xứng qua trục sin (hình 1) S Max = 2A sin ∆ ϕ 2 Quãng đường nhỏ nhất khi vật đi từ M 1 đến M 2 đối xứng qua trục cos (hình 2) ∆ ϕ S Min = 2A(1− cos ) 2 M 2 P M 1 M 2 Lưu ý: + Trong trường hợp ∆t > T/2 ∆ ϕ 2 Tách ∆t = n T 2 + ∆t ' - A P2 O P 1 A x - A O ∆ ϕ 2 P A x trong đó n ∈ N * ; 0 < ∆t ' < T 2 M 1 Trong thời gian n T 2 quãng đường luôn là 2nA Trong thời gian ∆t’ thì quãng đường lớn nhất, nhỏ nhất tính như trên. + Tốc độ trung bình lớn nhất và nhỏ nhất của trong khoảng thời gian ∆t: S S v tbMax = Max và v tbMin = Min với S Max ; S Min tính như trên. ∆t ∆t 13. Các bước lập phương trình dao động dao động điều hoà: * Tính ω * Tính A x = Acos( ω t 0 + ϕ ) * Tính ϕ dựa vào điều kiện đầu: lúc t = t 0 (thường t 0 = 0) v = − ω Asin( ω t 0 + ϕ ) ⇒ ϕ Lưu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương thì v > 0, ngược lại v < 0 + Trước khi tính ϕ cần xác định rõ ϕ thuộc góc phần tư thứ mấy của đường tròn lượng giác (thường lấy -π < ϕ ≤ π) 14. Các bước giải bài toán tính thời điểm vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, W t , W đ , F) lần thứ n * Giải phương trình lượng giác lấy các nghiệm của t (Với t > 0 ⇒ phạm vi giá trị của k ) * Liệt kê n nghiệm đầu tiên (thường n nhỏ) * Thời điểm thứ n chính là giá trị lớn thứ n Lưu ý:+ Đề ra thường cho giá trị n nhỏ, còn nếu n lớn thì tìm quy luật để suy ra nghiệm thứ n + Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và c động tròn đều 15. Các bước giải bài toán tìm số lần vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, W t , W đ , F) từ thời điểm t 1 đến t 2 . * Giải phương trình lượng giác được các nghiệm * Từ t 1 < t ≤ t 2 ⇒ Phạm vi giá trị của (Với k ∈ Z) * Tổng số giá trị của k chính là số lần vật đi qua vị trí đó. Lưu ý: + Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và c/động tròn đều. + Trong mỗi chu kỳ (mỗi dao động) vật qua mỗi vị trí biên 1 lần còn các vị trí khác 2 lần. 16. Các bước giải bài toán tìm li độ, vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t một khoảng thời gian ∆t. Biết tại thời điểm t vật có li độ x = x 0 . * Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(ωt + ϕ) cho x = x 0 Lấy nghiệm ωt + ϕ = α với 0 ≤ α ≤ π ứng với x đang giảm (vật chuyển động theo chiều âm vì v < 0) hoặc ωt + ϕ = - α ứng với x đang tăng (vật chuyển động theo chiều dương) * Li độ và vận tốc dao động sau (trước) thời điểm đó ∆t giây là t1 x = Acos(± ω ∆t + α ) v = − ω A sin( ± ω ∆ t + α ) x = Acos(± ω ∆t − α ) hoặc v = − ω A sin( ± ω ∆ t − α ) 17. Dao động có phương trình đặc biệt: * x = a ± Acos(ωt + ϕ) với a = const Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 3 Biên độ là A, tần số góc là ω, pha ban đầu ϕ x là toạ độ, x 0 = Acos(ωt + ϕ) là li độ. Toạ độ vị trí cân bằng x = a, toạ độ vị trí biên x = a ± A Vận tốc v = x’ = x 0 ’, gia tốc a = v’ = x” = x 0 ” Hệ thức độc lập: a = -ω 2 x 0 ; v ω * x = a ± Acos 2 (ωt + ϕ) (ta hạ bậc) Biên độ A/2; tần số góc 2ω, pha ban đầu 2ϕ. II. CON LẮC LÒ XO 1. Tần số góc: ω = k m 2 π ; chu kỳ: T = = 2 π ω m k 1 ω 1 k ; tần số: f = = = T m Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và vật dao động trong giới hạn đàn hồi 1 1 2. Cơ năng: W = 3. * Độ biến dạng của lò xo thẳng đứng khi vật ở VTCB: -A nén mg k g * Độ biến dạng của lò xo khi vật ở VTCB với con lắc lò xo ∆l -A O A giãn ∆l O giãn nằm trên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α: mg sin α ∆ l 0 = ⇒ T = 2 π k ∆l 0 g sin α A x x Hình a (A < ∆ l) Hình b (A > ∆l) + Chiều dài lò xo tại VTCB: l CB = l 0 + ∆ l 0 (l 0 là chiều dài tự nhiên) + Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): l Min = l 0 + ∆ l 0 – A + Chiều dài cực đại (khi vật ở vị trí thấp nhất): l Max = l 0 + ∆ l 0 + A ⇒ l CB = (l Min + l Max )/2 + Khi A >∆l 0 (Với Ox hướng xuống): - Thời gian lò xo nén 1 lần là thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí x 1 = - ∆ l 0 đến x 2 = -A. - Né ∆ 0 Gi ãn A x - Thời gian lò xo giãn 1 lần là thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí x 1 = - ∆ l 0 đến x 2 = A, Lưu ý: Trong một dao động (một chu kỳ) lò xo nén 2 lần và giãn 2 lần 2 Đặc điểm: * Là lực gây dao động cho vật. Hình vẽ thể hiện thời gian lò xo nén và giãn trong 1 chu kỳ ( Ox hướng xuống ) * Luôn hướng về VTCB * Biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ 5. Lực đàn hồi là lực đưa vật về vị trí lò xo không biến dạng. Có độ lớn F đh = kx * (x * là độ biến dạng của lò xo) * Với con lắc lò xo nằm ngang thì lực kéo về và lực đàn hồi là một (vì tại VTCB lò xo không biến dạng) * Với con lắc lò xo thẳng đứng hoặc đặt trên mặt phẳng nghiêng + Độ lớn lực đàn hồi có biểu thức: * F đh = k|∆l 0 + x| với chiều dương hướng xuống * F đh = k|∆l 0 - x| với chiều dương hướng lên + Lực đàn hồi cực đại (lực kéo): F Max = k(∆l 0 + A) = F Kmax (lúc vật ở vị trí thấp nhất) + Lực đàn hồi cực tiểu: A2 = x02 + ( )2 2 π 2 π 2 2m ω 2 A 2 ∆l0 = ⇒ T = 2 π ∆l0 A −nl 4. Lực kéo về hay lực hồi phục F = -kx = -mω x * Nếu A < ∆l 0 ⇒ F Min = k(∆l 0 - A) = F KMin * Nếu A ≥ ∆l 0 ⇒ F Min = 0 (lúc vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng) Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: F Nmax = k(A - ∆l 0 ) (lúc vật ở vị trí cao nhất) *. Lực đàn hồi, lực hồi phục: Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 4 F ñhM = k( ∆ l + A) a. Lực đàn hồi: F ñh = k( ∆ l + x) ⇒ F ñhm = k( ∆ l − A) neáu ∆ l > A ñhm = 0 neáu ∆ l ≤ A F hpM = kA b. Lực hồi phục: F hp = kx ⇒ F hpm = 0 F hpM = m ω 2 A hay F hp = ma ⇒ F hpm = 0 lực hồi phục luôn hướng vào vị trí cân bằng. Chú ý: Khi hệ dao động theo phương nằm ngang thì lực đàn hồi và lực hồi phục là như nhau F ñh = F hp . 6. Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l được cắt thành các lò xo có độ cứng k 1 , k 2 , … và chiều dài tương ứng là l 1 , l 2 , … thì có: kl = k 1 l 1 = k 2 l 2 = … 7. Ghép lò xo: * Nối tiếp 1 1 1 k k 1 k 2 1 1 1 = + T T 1 T 2 8. Gắn lò xo k vào vật khối lượng m1 được chu kỳ T1, vào vật khối lượng m2 được T2, vào vật khối lượng m 1 +m 2 được chu kỳ T 3 , vào vật khối lượng m 1 – m 2 (m 1 > m 2 ) được chu kỳ T 4 . 2 2 2 2 9. Đo chu kỳ bằng phương pháp trùng phùng Để xác định chu kỳ T của một con lắc lò xo (con lắc đơn) người ta so sánh với chu kỳ T 0 (đã biết) của một con lắc khác (T ≈ T 0 ). Hai con lắc gọi là trùng phùng khi chúng đồng thời đi qua một vị trí xác định theo cùng một chiều. Thời gian giữa hai lần trùng phùng θ = TT 0 T − T 0 Nếu T > T 0 ⇒ θ = (n+1)T = nT 0 . Nếu T < T 0 ⇒ θ = nT = (n+1)T 0 . với n ∈ N* III. CON LẮC ĐƠN 1. Tần số góc: ω = g l 2 π ; chu kỳ: T = = 2 π ω l g 1 ω 1 g ; tần số: f = = = T l Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và α 0 << 1 rad hay S 0 << l 2. Lực hồi phục F = −mg sin α = −mg α = −mg s l = −m ω 2 s Lưu ý: + Với con lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng. + Với con lắc lò xo lực hồi phục không phụ thuộc vào khối lượng. 3. Phương trình dao động: s = S 0 cos(ωt + ϕ) hoặc α = α 0 cos(ωt + ϕ) với s = αl, S 0 = α 0 l ⇒ v = s’ = -ωS 0 sin(ωt + ϕ) = -ωlα 0 sin(ωt + ϕ) ⇒ a = v’ = -ω 2 S 0 cos(ωt + ϕ) = -ω 2 lα 0 cos(ωt + ϕ) = -ω 2 s = -ω 2 αl Lưu ý: S 0 đóng vai trò như A còn s đóng vai trò như x 4. Hệ thức độc lập: 5. Cơ năng: W = 2 2 l 2 2 = S = mgl α = m ω l α v ω F = + + ⇒ cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: T 2 = T 12 + T 22 * Song song: k = k1 + k2 + … ⇒ cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: 2 2 2 + Thì ta có: T3 1 22 và T4 1 22 = T + T = T − T 2 π 2 π * a = -ω2s = -ω2αl * S02 = s2 + ( )2 m ω 2S0 0 0 0 1 2 1 mg 2 1 2 1 2 2 2 * α 0 2 = α 2 + v 2 gl 6. Tại cùng một nơi con lắc đơn chiều dài l 1 có chu kỳ T 1 , con lắc đơn chiều dài l 2 có chu kỳ T 2 , con lắc đơn chiều dài l 1 + l 2 có chu kỳ T 2 ,con lắc đơn chiều dài l 1 - l 2 (l 1 >l 2 ) có chu kỳ T 4 . 2 2 2 2 Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 5 7. Khi con lắc đơn dao động với α 0 bất kỳ. Cơ năng, vận tốc và lực căng của sợi dây con lắc đơn W = mgl(1-cosα 0 ); v 2 = 2gl(cosα – cosα 0 ) và T C = mg(3cosα – 2cosα 0 ) Lưu ý: - Các công thức này áp dụng đúng cho cả khi α 0 có giá trị lớn - Khi con lắc đơn dao động điều hoà (α 0 << 1rad) thì: 1 2 T C = mg(1−1, 5 α 2 + α 0 2 ) 8. Con lắc đơn có chu kỳ đúng T ở độ cao h 1 , nhiệt độ t 1 . Khi đưa tới độ cao h 2 , nhiệt độ t 2 thì ta có: ∆ T ∆ h = + T R λ ∆ t 2 Với R = 6400km là bán kính Trái Đât, còn λ là hệ số nở dài của thanh con lắc. 9. Con lắc đơn có chu kỳ đúng T ở độ sâu d 1 , nhiệt độ t 1 . Khi đưa tới độ sâu d 2 , nhiệt độ t 2 thì ta có: ∆ T T ∆ d = + 2R λ ∆ t 2 Lưu ý: * Nếu ∆T > 0 thì đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng con lắc đơn) * Nếu ∆T < 0 thì đồng hồ chạy nhanh * Nếu ∆T = 0 thì đồng hồ chạy đúng * Thời gian chạy sai mỗi ngày (24h = 86400s): θ = ∆T T 86400(s) 10. Khi con lắc đơn chịu thêm tác dụng của lực phụ không đổi: ur r ur r r r r r r ur ur ur ur ur ur * Lực điện trường: F = qE , độ lớn F = |q|E (Nếu q > 0 ⇒ F ↑↑ E ; còn nếu q < 0 ⇒ F ↑↓ E ) ur * Lực đẩy Ácsimét: F = DgV ( F luông thẳng đứng hướng lên) Trong đó: D là khối lượng riêng của chất lỏng hay chất khí. g là gia tốc rơi tự do. uur ur ur ur Khi đó: P ' = P + F gọi là trọng lực hiệu dụng hay trong lực biểu kiến (có vai trò như trọng lực P ) ur uur ur g ' = g + gọi là gia tốc trọng trường hiệu dụng hay gia tốc trọng trường biểu kiến. m Chu kỳ dao động của con lắc đơn khi đó: T ' = 2 π Các trường hợp đặc biệt: l g ' ur * F có phương ngang: + Tại VTCB dây treo lệch với phương thẳng đứng một góc có: tan α = F m F * F có phương thẳng đứng thì g ' = g ± m F + Nếu F hướng xuống thì g ' = g + m F + Nếu F hướng lên thì g ' = g − Thì ta có: T3 1 22 và T4 1 22 = T + T = T − T W= mgl α 02 ; v 2 = gl( α 02 − α 2 ) (đã có ở trên) Lực phụ không đổi thường là: * Lực quán tính: F = −ma , độ lớn F = ma ( F ↑↓ a ) Lưu ý: + Chuyển động nhanh dần đều a ↑↑ v ( v có hướng chuyển động) + Chuyển động chậm dần đều a ↑↓ v V là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng hay chất khí đó. F Thì g ' = g 2 + ( )2 ur ur ur F P Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 6 IV. CON LẮC VẬT LÝ 1. Tần số góc: ω = mgd I ; chu kỳ: T = 2 π I mgd ; tần số f = 1 2 π mgd I Trong đó: m (kg) là khối lượng vật rắn d (m) là khoảng cách từ trọng tâm đến trục quay I (kgm 2 ) là mômen quán tính của vật rắn đối với trục quay 2. Phương trình dao động α = α 0 cos(ωt + ϕ) Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và α 0 << 1rad l MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP THƯỜNG GẶP + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua vt cb x 0 = 0 theo chiều dương v 0 > 0 : Pha ban đầu ϕ = − π 2 + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua vị trí cân bằng x 0 = 0 theo chiều âm v 0 < 0 : Pha ban đầu ϕ = + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua biên dương x 0 = A : Pha ban đầu ϕ = 0 + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua biên âm x 0 = − A : Pha ban đầu ϕ = π π 2 + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua vị trí x 0 = A 2 theo chiều dương v 0 > 0 : Pha ban đầu ϕ = − π 3 + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua vị trí x 0 = − A 2 theo chiều dương v 0 > 0 : Pha ban đầu ϕ = − 2 π 3 + Chọn gốc thời gian t 0 = 0 là lúc vật qua vị trí x 0 = A 2 theo chiều âm v 0 < 0 : Pha ban đầu ϕ = π 3 π π + cos α = sin( α + ) ; sin α = cos( α − ) 2 2 V. TỔNG HỢP DAO ĐỘNG 1. Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương cùng tần số x 1 = A 1 cos(ωt + ϕ 1 ) và x 2 = A 2 cos(ωt + ϕ 2 ) được một dao động điều hoà cùng phương cùng tần số x = Acos(ωt + ϕ). 2 2 A sin ϕ + A sin ϕ tan ϕ = 1 1 2 2 A 1 cos ϕ 1 + A 2 cos ϕ 2 với ϕ1 ≤ ϕ ≤ ϕ2 (nếu ϕ1 ≤ ϕ2 ) * Nếu ∆ϕ = 2kπ (x 1 , x 2 cùng pha) ⇒ A Max = A 1 + A 2 ` * Nếu ∆ϕ = (2k+1)π (x 1 , x 2 ngược pha) ⇒ A Min = |A 1 - A 2 | ⇒ |A 1 - A 2 | ≤ A ≤ A 1 + A 2 2. Khi biết một dao động thành phần x 1 = A 1 cos(ωt + ϕ 1 ) và dao động tổng hợp x = Acos(ωt + ϕ) thì dao động thành phần còn lại là x 2 = A 2 cos(ωt + ϕ 2 ). 2 2 2 tan ϕ 2 = A sin ϕ − A 1 sin ϕ 1 Acos ϕ − A 1 cos ϕ 1 với ϕ 1 ≤ ϕ ≤ ϕ 2 ( nếu ϕ 1 ≤ ϕ 2 ) 3. Nếu một vật tham gia đồng thời nhiều dđộng điều hoà cùng phương cùng tần số x 1 = A 1 cos(ωt + ϕ 1 ; x 2 = A 2 cos(ωt + ϕ 2 ) … thì dao động tổng hợp cũng là dao động điều hoà cùng phương cùng tần số x = Acos(ωt + ϕ). Chiếu lên trục Ox và trục Oy ⊥ Ox . Ta được: A x = Acos ϕ = A 1 cos ϕ 1 + A 2 cos ϕ 2 + A y = Asin ϕ = A sin ϕ 1 + A 2 sin ϕ 2 + ⇒ A = A x 2 + A y 2 và tan ϕ = A y A x Trong đó: A 2 = A 1 2 1 2 2 1 ) + A + 2 A A cos( ϕ − ϕ Trong đó: A2 1 1 1) = A + A − 2AA cos( ϕ − ϕ 1 với ϕ ∈[ϕ Min ;ϕ Max ] Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 7 VI. DAO ĐỘNG TẮT DẦN – DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC - CỘNG HƯỞNG 1. Một con lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ. * Qng đường vật đi được đến lúc dừng lại là: x 2 2 2 S = = 2 µ mg 2 µ g 4 µ mg * Độ giảm biên độ sau mỗi chu kỳ là: ∆A = = k 4 µ g ω 2 O ∆ Α t A Ak * Số dao động thực hiện được: N = = = ∆A 4 µ mg * Thời gian vật dao động đến lúc dừng lại: ω 2 A 4 µ g T AkT πω A ∆t = N.T = = (Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hồn với chu kỳ T = 4 µ mg 2 µ g 2 π ω ) 3. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi: f = f 0 hay ω = ω 0 hay T = T 0 Với f, ω, T và f 0 , ω 0 , T 0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của hệ dao động. 2. Dao động cưỡng bức : f cưỡng bức = f ngoại lực . Có biên độ phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực cưỡng bức, lực cản của hệ, và sự chênh lệch tần số giữa dao động cưỡng bức và dao động riêng. 3. Dao động duy trì: Có tần số bằng tần số dao động riêng, có biên độ khơng đổi. CHƯƠNG : SĨNG CƠ I. SĨNG CƠ HỌC 1. Bước sóng: λ = vT = v/f Trong đó: λ: Bước sóng; T (s): Chu kỳ của sóng; f (Hz): Tần số của sóng v: Tốc độ truyền sóng (có đơn vị tương ứng với đơn vị của λ) 2. Phương trình sóng Tại điểm O: u O = Acos(ωt + ϕ) O x M x Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng. x * Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì u M = A M cos(ωt + ϕ - ω ) = A M cos(ωt + ϕ - 2 π v x λ ) x * Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì u M = A M cos(ωt + ϕ + ω ) = A M cos(ωt + ϕ + 2 π v x − x x − x 3. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng x 1 , x 2 : ∆ ϕ = ω 1 2 = 2 π 1 2 v λ Nếu 2 điểm đó nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng x thì: x λ ) ∆ ϕ = ω x x = 2 π v λ Lưu ý: Đơn vị của x, x 1 , x 2 , λ và v phải tương ứng với nhau 4. Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f. II. SĨNG DỪNG 1. Một số chú ý * Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. * Đầu tự do là bụng sóng * Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng ln dao động ngược pha. * Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng ln dao động cùng pha. * Các điểm trên dây đều dao động với biên độ khơng đổi ⇒ năng lượng khơng truyền đi * Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ. ω A kA 2. Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l: Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 8 * Hai đầu là nút sóng: l = k λ 2 (k ∈ N * ) Số bụng sóng = số bó sóng = k Số nút sóng = k + 1 * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: l = (2k + 1) λ 4 (k ∈ N ) Số bó sóng nguyên = k Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1 3. Phương trình sóng dừng trên sợi dây CB (với đầu C cố định hoặc dao động nhỏ là nút sóng) * Đầu B cố định (nút sóng): Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B: u B = Acos2 π ft và u ' B = − Acos2 π ft = Acos(2 π ft − π ) Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách B một khoảng d là: u M = Acos(2 π ft + 2 π d λ ) và u ' M = Acos(2 π ft − 2 π d λ − π ) Phương trình sóng dừng tại M: u M = u M + u ' M u M = 2Acos(2 π d λ π π π + )cos(2 π ft − ) = 2 Asin(2 π )cos(2 π ft + ) 2 2 λ 2 Biên độ dao động của phần tử tại M: A M = 2A cos(2 π d λ π + ) = 2 A sin(2 π 2 d λ ) * Đầu B tự do (bụng sóng): Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B: u B = u ' B = Acos2 π ft Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách B một khoảng d là: u M = Acos(2 π ft + 2 π d λ ) và u ' M = Acos(2 π ft − 2 π d λ ) Phương trình sóng dừng tại M: u M = u M + u ' M Biên độ dao động của phần tử tại M: A M = 2 A cos(2 π d λ ; ) u M = 2 Acos(2 π d λ )cos(2 π ft) Lưu ý: * Với x là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ: A M = 2 A sin(2 π x λ ) * Với x là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ: A M = 2 A cos(2 π d λ ) III. GIAO THOA SÓNG Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S 1 , S 2 cách nhau một khoảng l: Xét điểm M cách hai nguồn lần lượt d 1 , d 2 Phương trình sóng tại 2 nguồn u 1 = Acos(2 π ft + ϕ 1 ) và u 2 = Acos(2 π ft + ϕ 2 ) Phương trình sóng tại M do hai sóng từ hai nguồn truyền tới: d d u 1M = Acos(2 π ft − 2 π 1 + ϕ 1 ) và u 2M = Acos(2 π ft − 2 π 2 + ϕ 2 ) λ λ Phương trình giao thoa sóng tại M: u M = u 1M + u 2M π + cos 2 π ft − π 1 2 + 1 2 λ 2 λ 2 d − d λ ∆ ϕ với ∆ ϕ = ϕ 1 − ϕ 2 2 l ∆ ϕ l Chú ý: * Số cực đại: − + < k < + + λ 2 π λ ∆ ϕ 2 π (k ∈ Z) l 1 ∆ ϕ l 1 ∆ ϕ * Số cực tiểu: − − + < k < + − + λ 2 2 π λ 2 2 π d d1 − d2 ∆ ϕ d + d ϕ + ϕ uM = 2Acos Biên độ dao động tại M: AM = 2 A cos π 1 2 + 1. Hai nguồn dao động cùng pha ( ∆ ϕ = ϕ 1 − ϕ 2 = 0 ) (k ∈ Z) Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 9 * Điểm dao động cực đại: d 1 – d 2 = kλ (k∈Z) l l λ λ * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d 1 – d 2 = (2k+1) λ 2 (k∈Z) 2. Hai nguồn dao động ngược pha:( ∆ ϕ = ϕ 1 − ϕ 2 = π ) l l λ λ 1 2 * Điểm dao động cực đại: d 1 – d 2 = (2k+1) λ 2 (k∈Z) l l λ λ 1 2 * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d 1 – d 2 = kλ (k∈Z) l l λ λ Chú ý: Với bài toán tìm số đường dao động cực đại và không dao động giữa hai điểm M, N cách hai nguồn lần lượt là d 1M , d 2M , d 1N , d 2N . Đặt ∆d M = d 1M - d 2M ; ∆d N = d 1N - d 2N và giả sử ∆d M < ∆d N . + Hai nguồn dao động cùng pha: • Cực đại: ∆d M < kλ < ∆d N • Cực tiểu: ∆d M < (k+0,5)λ < ∆d N + Hai nguồn dao động ngược pha: • Cực đại:∆d M < (k+0,5)λ < ∆d N * Cực tiểu: ∆d M < kλ < ∆d N . Số giá trị nguyên của k thoả mãn các biểu thức trên là số đường cần tìm. IV. SÓNG ÂM W P 1. Cường độ âm: I= = tS S Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn; S (m 2 ) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR 2 ) 2. Mức cường độ âm L(B) = lg I I 0 Hoặc L(dB) = 10.lg I I 0 Với I 0 = 10 -12 W/m 2 ở f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn. 3. * Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định ⇒ hai đầu là nút sóng) f = k v 2l ( k ∈ N*) Ứng với k = 1 ⇒ âm phát ra âm cơ bản có tần số f 1 = v 2l k = 2,3,4… có các hoạ âm bậc 2 (tần số 2f 1 ), bậc 3 (tần số 3f 1 )… * Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở ⇒ một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng) v f = (2k + 1) ( k ∈ N) ; Ứng với k = 0 ⇒ âm phát ra âm cơ bản có tần số f 1 = 4l v 4l k = 1,2,3… có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f 1 ), bậc 5 (tần số 5f 1 )… IV. ĐẶC ĐIỂM CỦA SÓNG ÂM 1. Sóng âm, dao động âm: a. Dao động âm: Dao động âm là những dao động cơ học có tần số từ 16Hz đến 20KHz mà tai người có thể cảm nhận được. Sóng âm có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm; sóng âm có tần số lớn hơn 20KHz gọi là sóng siêu âm. Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): − < k < Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): − − < k < − 1 2 Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): − − < k < − 1 2 Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): − < k < Trường THPT Tây Tiền Hải Giáo viên : Nguyễn Thị Yến Trang 10 b. Sóng âm là các sóng cơ học dọc lan truyền trong các môi trường vật chất đàn hồi: rắn, lỏng, khí. Không truyền được trong chân không. Chú ý: Dao động âm là dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của nguồn phát. 2. Vận tốc truyền âm: Vận tốc truyền âm trong môi trường rắn lớn hơn môi trường lỏng, môi trường lỏng lớn hơn môi trường khí. Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trường. Trong một môi trường, vận tốc truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ và khối lượng riêng của môi trường đó. 3. Đặc trưng sinh lí của âm: a. Nhạc âm: Nhạc âm là những âm có tần số hoàn toàn xác định; nghe êm tai như tiếng đàn, tiếng hát, … b. Tạp âm: Tạp âm là những âm không có tần số nhất định; nghe khó chịu như tiếng máy nổ, tiếng chân đi, c. Độ cao của âm: Độ cao của âm là đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vào đặc trưng vật lí của âm là tần số. Âm cao có tần số lớn, âm trầm có tần số nhỏ. d. Âm sắc: Âm sắc là đặc trưng sinh lí phân biệt hai âm có cùng độ cao, nó phụ thuộc vào biên độ và tần số của âm hoặc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm. e. Độ to: Độ to là đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vào đặc trưng vật lí là mức cường độ âm và tần số. Ngưỡng nghe: Âm có cường độ bé nhất mà tai người nghe được, thay đổi theo tần số của âm. Ngưỡng đau: Âm có cường độ lớn đến mức tai người có cảm giác đau ( I > 10W/m 2 ứng với L = 130dB với mọi tần số). Miền nghe được là giới hạn từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau. Chú ý: Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động, các phần tử vật chất dao động tại chỗ. V. HIỆU ỨNG ĐỐP-PLE 1. Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc v M . * Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thì thu được âm Đặc trưng sinh lí Đặc trưng vật lí Độ cao f Âm sắc A, f Độ to L, f . viên : Nguyễn Thị Yến Trang 1 HỆ THỐNG HOÁ KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 VÀ CÁC CÔNG THỨC TÍNH NHANH TRONG BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM . CHƯƠNG : DAO ĐỘNG CƠ I trên. ∆t ∆t 13. Các bước lập phương trình dao động dao động điều hoà: * Tính ω * Tính A x = Acos( ω t 0 + ϕ ) * Tính ϕ dựa vào điều kiện . để suy ra nghiệm thứ n + Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và c động tròn đều 15. Các bước giải bài