kiem tra bai tap con lac lo xo vat ly 12 69880 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về t...
Bài tập về con lắc lò xo A. Phần tự luận Bài 1. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng vật có khối lợng 100g, lò xó có độ cứng 100N/m. Kéo vật ra khỏi VTCB một đoạn 2cm và truyền cho vật vận tốc 20 3 cm/s theo phơng của lò xo. Cho g = 2 = 10m/s 2 , trục ox thẳng đứng và chiều dơng hớng xuống dới, pha dao động ban đầu là /6. a. Viết phơng trình dao động của vật m. b. Xác định tính chất chuyển động của vật khi có toạ độ x = A/2 và đang đi theo chiều dơng của trục ox c. Tính chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động, cho chiều dài tự nhiên là 20cm. d. Tính lực đàn hồi cực đại , lực đàn hồi cực tiểu. Bài 2. Một con lắc lò xo thẳng đứng có độ cứng 25N/m, khối lợng m = 100g. Kéo vật xuống dới VTCB 3cm rồi thả nhẹ cho dao động. Cho g = 2 = 10m/s 2 , trục ox thẳng đứng và chiều dơng h- ớng xuống dới, pha dao động ban đầu là /2. a. Viết phơng trình dao động của vật. b. Xác định thời gian vật qua vị trí có toạ độ x = -A/2 lần thứ nhất theo chiều dơng của trục ox. c. Xác định vận tốc trung bình của chuyển động trong khoảng thời gian ở câu b. d. Xác định lực đàn hồi và lực phục hồi cực đại và cực tiểu Bài 3. Con lắc lò xo nằm ngang có chiều dài tự nhiên 20cm, trong qua trình dao động thì chiều dài cực đại và cực tiểu của con lắc lần lợt là 24cm và 16cm, lấy pha dao động ban đầu là , tần só góc 10rad/s, vật có khói lợng 100g. a. Viết phơng trình dao động của vật. b. Xác định quãng đờng vật đi đợc cho đến khi vật có toạ độ x = A 3 /2cm lần thứ 3 theo chiều âm của trục toạ độ. c. Tính lực phục hồi cực đại và lực phục hồi cực tiểu. Bài 4. Con lắc lò xo nằm trên mặt phẳng nghiêng góc 30 0 với phơng ngang, điểm treo ở trên, trục ox hớng xuống, gốc O ở VTCB. Nâng vật lên cách VTCB 4cm rồi thả nhẹ cho vật dao động điều hoà với tần số góc 10rad/s, lấy pha dao động ban đầu là /4. a. Viết phơng trình dao động của con lắc. b. Xác định quãng đờng vật đi đợc cho đến khi vật có toạ độ x = A 3 /2cm lần thứ 3 . c. Xác định độ lớn của lực cực đại mà lò xo tác dụng lên điểm treo. Cho m = 100g Bài 5. Hai lò xo có độ cứng là k 1 = 40N/m, k 2 = 60N/m mắc nối tiếp nằm ngang, vật m có khối lợng 600g. Tại VTCB ngời ta truyền cho vật vận tốc 31,4cm/s, lấy pha dao động ban đầu là -/2. a. Viết phơng trình dao động của vật. b. Xác định thời gian vật qua vị trí có toạ độ x = A 2 /2cm lần thứ nhất theo chiều dơng của trục ox. c. Xác định vận tốc trung bình của chuyển động trong khoảng thời gian ở câu b. d. Xác định lực đàn hồi và lực phục hồi cực đại và cực tiểu. B. Phần trắc nghiệm. Câu 1. Một vật dao động điều hoà với phương trình t 6 x Acos π ω = − ÷ . Gốc toạ được chọn tại vị trí cân bằng của vật. Hỏi gốc thời gian được chọn khi vật ở vị trí nào? A. Ở vị trí A50x , = B. Ở vị trí A50x , −= C. Ở vị trí A350x , = D. Ở vị trí A350x , −= Câu 2. Tần dao động của con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k và vật nặng có onthionline.net 007: Một lắc lò xo nằm ngang gồm vật nặng tích điện q = 20 µC lò xo có độ cứng k = 10 N/m Khi vật nằm cân bằng, cách điện, mặt bàn nhẵn xuất tức thời điện trường không gian bao quanh có hướng dọc theo trục lò xo Sau lắc dao động đoạn thẳng dài cm Độ lớn cường độ điện trường E A 2.104 V/m B 2,5.104 V/m C 1,5.104 V/m D.104 V/m Vì chiều dài đoạn thẳng dao động 4cm suy biên độ A = 2cm Khi vật m dao động hợp lực điện trường lực đàn hồi gây gia tốc a cho vật Tại vị trí biên, vật có gia tốc max Khi ta có: Fđ - Fđh = m.amax k ⇔ qE - kA= m ω A = m .A m ⇔ qE = 2kA Suy E = 2.104 V/m Trang 1 NHẬN DẠNG VÀ GIẢI NHANH BÀI TẬP CON LẮC LÒ XO Câu 1. Một vật thực hiện dao động điều hòa với biên độ A = 10 cm và tân số f = 2 Hz. Chọn gốc thời gian là lúc nó đạt li độ cực đại dương. Kết quả nào sau đây là sai? A. Tần số góc = 4 rad/s B. chu kì: T = 0,5 s C. Pha dao động: = + 2 D. Phương trình x = 10cos(4 t) cm Câu 2. Một con lắc lò xo dao động với tần số 10Hz. Kéo vật theo phương thẳng đứng xuống dưới vị trí cân bằng một đoạn 2 cm rồi thả nhẹ cho vật dao động. Chọn gốc toạ độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống dưới. Phương trình dao động của vật là: A. x = 2cos t.20 (cm,s). B. x = 2cos t.20 (cm,s). C. x = 2cos 2 .20 t (cm,s). D. x = 2 cos 2 .20 t (cm,s). Câu 3. Một vật có khối lượng m = 1 kg dao động điều hoà theo phương ngang với chu kì T = 2 s. Vật qua vị trí cân bằng với v o = 31,4 cm/s = 10π cm/s. Chọn t = 0 lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là biểu thức nào A. x = 5cos( t - /2) (cm) B. x = 10cos( t - /2) (cm) C. x = 5cos t (cm) D. x = 10cos( t + /2) (cm) Câu 4. Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 80 g và lò xo có khối lượng không đáng kể, đầu tiên được giữ cố định. Vật dao động điều hoà theo phương thẳng đứng với tần số 4,5 Hz. Trong quá trình dao động, lò xo ngắn nhất là 40 cm và dài nhất là 56 cm. Lấy g = 9,8 m/s 2 . Chọn gốc toạ độ ở vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống, t = 0 là lúc lò xo ngắn nhất. Phương trình dao động của vật có dạng: A. x = 8cos(9 t + ) cm B. x = 8cos(9 t) cm C. x = 8 2 cos(9 t + ) cm D. x = 8 2 cos(9 t) cm Câu 5. Một vật dao động điều hoà với tần số góc ω=10 5 rad/s. Tại thời điểm t = 0 vật có li độ x = 2 cm và có vận tốc -20 15 cm/s. Phương trình dao động của vật là A. x = 2cos( 6/510 t ) cm B. x = 2cos( 3/510 t ) cm C. x = 22 cos( 3/2510 t ) cm D. x = 4cos( 3/510 t ) cm Trang 2 Câu 6. Một vật dao động điều hoà với chu kì 0,2 s. Khi vật cách vị trí cân bằng 2 2 cm thì nó có vận tốc 20π 2 cm/s. Chọn gốc thời gian lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều âm thì phương trình của vật là A. x = 4cos(10πt + π/2) m. B. x = 0,4 cos(10πt + π/2) cm. C. x = 4cos(10πt + π/2) cm. D. x = 4 cos(10πt - π/2) cm. Câu 7. Con lắc lò xo gồm vật m và lò xo độ cứng k treo thẳng đứng. Ở VTCB lò xo giãn một đoạn 10 cm. Lúc t = 0, vật đứng yên, truyền cho nó vận tốc 40 cm/s theo chiều âm quỹ đạo. Phương trình dao động của hệ vật và lò xo. A. x = 4cos(10t + ) (cm,s) B. x = 2cos(10t + /2) (cm,s). C. x = 4cos10t (cm,s).` D. x = 4cos(10t + /2) (cm,s) Câu 8. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, vật treo có m = 400 g, độ cứng của lò xo K = 100 N/m. Lấy g = 10m/s 2 , 10 2 . Kéo vật xuống dưới VTCB 2 cm rồi truyền cho vật vận tốc 310 v cm/s, hướng lên. Chọn gốc O ở VTCB, Ox hướng lên, t = 0 khi truyền vận tốc. Phương trình dao động của vật là: A. ) 3 2 5cos(4 tx cm B. ) 3 4 5cos(4 tx cm C. ) 3 5cos(4 tx cm D. ) 6 5sin(2 tx cm Câu 9. Một con lắc lò xo gồm vật nặng 200 g, lò xo có độ cứng 50 N/m treo thẳng đứng hướng lên. Ban đầu đưa vật đến vị trí lò xo nén 2 cm rồi thả tay. Chọn gốc toạ độ ở vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống, gốc thời gian (t = 0) là lúc vật ở vị trí x = +1 cm và di chuyển theo chiều dương Ox. Phương trình dao động của vật là: A. x = 2cos 3 .105 t cm. B. x = 2cos 3 .105 t cm. C. x = 2 2 cos 3 .105 t cm. D. x = 4cos 3 .105 t cm. Câu 10. Một con lắc lò xo dao động với biên độ 6 cm. Xác định li độ của vật khi động năng gấp Bài toán : CON LẮC LÒ XO CON LẮC LÒ XO 1. Cấu tạo: - Con lắc lò xo gồm một là xo có độ cứng k (N/m) có khối lượng không đáng kể, một đầu cố định, đầu còn lại gắng vào vật có khối lượng m. - Điều kiện để con lắc lò xo dao động điều hòa là bỏ qua ma sát, lực cản và vật dao động trong giới hạn đàn hồi. 2. Phương trình dao động của con lắc lò xo x = Acos (ωt + φ) (cm) Với: • x: li độ dao động hay độ lệch khỏi vị trí cân bằng. (cm) • A: Biên độ dao động hay li độ cực đại (cm) • ω : tần số góc của dao động (rad/s) • φ : pha ban đầu của dao động (t = 0) • (ωt + φ) : pha dao động tại thời điểm t. (rad) ♦ Tần số góc: -Tần số góc của con lắc lò xo (rad/s) ♦ Chu kì: -Chu kì của con lắc ♦ Tần số: -Tần số dao động của con lắc lò xo 3. Năng lượng dao động của con lắc lò xo ♦ Động năng: Thiên Cường 1 Bài toán : CON LẮC LÒ XO ♦ Thế năng (thế năng đàn hồi của lò xo): ♦ Cơ năng: Đơn vị : k (N.m); m (kg); x (m); A (m) 4. Các dạng dao động của con lắc lò xo 4.1. Con lắc lò xo chuyển động trên mặt phẳng ngang. Đặc điểm: - Tại vị trí cân bằng lò xo không bị biến dạng, . - Lực đàn hồi tác dụng lên lò xo chính là lực hồi phục với 4.2. Con lắc lò xo chuyển động thẳng đứng. Đặc điểm: - Tại vị trí cân bằng lò xo biến dạng (giãn hoặc nén) một đoạn được cho bởi biểu thức . Mà nên . Từ đó ta có công thức tính chu kỳ tần số dao động của con lắc lò xo trong trường hợp này: - Chiều dài tại vị trí cân bằng, chiều dài cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình vật dao động: Thiên Cường 2 Bài toán : CON LẮC LÒ XO • Chiều dài tại VTCB: • Chiều dài cực đại : • Chiều dài cực tiểu : - Lực đàn hồi tác dụng lên lò xo trong quá trình vật dao động (F dh ): • Phương : cùng phương chuyển động của vật. • Chiều : luôn hướng về phía vị trí cân bằng. • Độ lớn : , với là độ biến dạng của lò xo tại vị trí đang xét (lò xo có thể bị dãn hoặc nén). Gọi x là vị trí đang xét . Chú ý : Việc chọn dấu + hay – trong công thức trên phụ thuộc vào việc lò xo bị dãn hay nén và chiều dương mà ta chọn như thế nào. • Đơn vị : Fdh (N); k(N/m); (m) Các trường hợp đặc biệt: - Lực đàn hồi cực đại : - Lực đàn hồi cực tiểu : Chú ý : Nếu đề bài cho biết tỉ số thì ta hiểu là . 4.3. Con lắc lò xo chuyển động trên mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang. Đặc điểm : - Tại vị trí cân bằng lò xo biến dạng (giãn hoặc nén) một đoạn được cho bởi biểu thức . Mà nên : Thiên Cường 3 Bài toán : CON LẮC LÒ XO - Chiều dài của lò xo tại vị trí cân bằng cũng như chiều dài cực đại và cực tiểu tính tương tự như trường hợp vật chuyển động thẳng đứng. 5. Cắt ghép lò xo 5.1. Lò xo ghép song song: Sơ đồ ghép : Lò xo 1 – vật – lò xo 2. Công thức tính : gọi k là độ cứng tương đương của hệ lò xo, khi đó k = k 1 + k 2 Nếu cùng treo một vật có khối lượng m vào lò xo 1, lò xo 2 và hệ lò xo thì ta có: 5.2. Lò xo ghép nối tiếp: Sơ đồ ghép : Lò xo 1 – lò xo 2 – vật. Công thức tính : Gọi k là độ cứng tương đương của hệ lò xo, khi đó Nếu cùng treo một vật có khối lượng m vào lò xo 1, lò xo 2 và hệ lò xo thì ta có: Thiên Cường 4 Bài toán : CON LẮC LÒ XO 5.3. Cắt lò xo: Một lò xo có độ cứng k, chiều dài được cắt thành các lò xo có độ cứng k 1 , k 2 , … và chiều dài tương ứng là thì có: *Chú ý : Gắn lò xo có độ cứng k vào vật khối lượng m1 được http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com ÔN, LUYN THI I HC VT LÝ - DAO NG C CH 2: CON LC LÒ XO 1 I: KIN THC. * Con lc lò xo + Con lc lò xo gm mt lò xo có cng k, khi lng không áng k, mt u gn c nh, u kia gn vi vt nng khi lng m c t theo phng ngang hoc treo thng ng. + Con lc lò xo là mt h dao ng iu hòa. + Phng trình dao ng: x = Acos(ωt + ϕ). + Vi: ω = m k + Chu kì dao ng ca con lc lò xo: T = 2π k m . + Lc gây ra dao ng iu hòa luôn luôn hng v v trí cân bng và c gi là lc kéo v hay lc hi phc. Lc kéo v có ln t l vi li và là lc gây ra gia tc cho vt dao ng iu hòa. Biu thc i s ca lc kéo v: F = - kx. Lc kéo v ca con lc lò xo không ph thuc vào khi lng vt. * Nng lng ca con lc lò xo + ng nng : W = 2 1 mv 2 = 2 1 mω 2 A 2 sin 2 (ωt+ϕ). + Th nng: W t = 2 1 kx 2 = 2 1 k A 2 cos 2 (ωt + ϕ) ng nng và th nng ca vt dao ng iu hòa bin thiên vi tn s góc ω’=2ω, tn s f’=2f và chu kì T’= 2 T . + C nng: W = W t + W = 2 1 k A 2 = 2 1 mω 2 A 2 = hng s. C nng ca con lc t l vi bình phng biên dao ng. C nng ca con lc lò xo không ph thuc vào khi lng vt. C nng ca con lc c bo toàn nu b qua mi ma sát. MT S CÔNG THC VÀ CHÚ Ý 1. Tn s góc: k m ω = ; chu k: 2 2 m T k π π ω = = ; tn s: 1 1 2 2 k f T m ω π π = = = iu kin dao ng iu hoà: B qua ma sát, lc cn và vt dao ng trong gii hn àn hi 2. C nng: 2 2 2 1 1 W 2 2 m A kA ω = = Lu ý: + C nng ca vt dao ng iu hoà luôn t l thun vi bình phng biên + C nng ca con lc n t l thun vi cng ca lò xo, không ph thuc vào khi lng vt. 3. bin dng ca lò xo thng ng khi vt VTCB: CH 2: CON LC LÒ XO k m k m http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com ÔN, LUYN THI I HC VT LÝ - DAO NG C CH 2: CON LC LÒ XO 2 mg l k ∆ = 2 l T g π ∆ = * bin dng ca lò xo khi vt VTCB vi con lc lò xo nm trên mt phng nghiêng có góc nghiêng !: sin mg l k α ∆ = 2 sin l T g π α ∆ = + Chiu dài lò xo ti VTCB: l CB = l 0 + ∆l (l 0 là chiu dài t nhiên) + Chiu dài cc tiu (khi vt v trí cao nh∀t): l Min = l 0 + ∆l – A + Chiu dài cc i (khi vt v trí th∀p nh∀t): l Max = l 0 + ∆l + A l CB = (l Min + l Max )/2 + Khi A >∆l (Vi Ox hng xung): X ét trong mt chu k (mt dao ng) - Th#i gian lò xo nén tng ng i t∃ M 1 n M 2 . - Th#i gian lò xo gin tng ng i t∃ M 2 n M 1 . 4. Lc kéo v hay lc hi phc F = -kx = -mω 2 x c im: * Là lc gây dao ng cho vt. * Luôn hng v VTCB * Bin thiên iu hoà cùng tn s vi li Lu ý: Lc kéo v ca con lc lò xo t l thun vi cng ca lò xo, không ph thuc khi lng vt. 5. Lc àn hi là lc a vt v v trí lò xo không bin dng. Có ln F h = kx * (x * là bin dng ca lò xo) * Vi con lc lò xo nm ngang thì lc kéo v và lc àn hi là mt (vì ti VTCB lò xo không bin dng) * Vi con lc lò xo thng ng hoc t trên mt phng nghiêng + ln lc àn hi có biu thc: * F h = k|∆l + x| vi chiu dng hng xung * F h = k|∆l - x| vi chiu dng hng lên + Lc àn hi cc i (lc kéo): F Max = k(∆l + A) = F Kmax (lúc vt v trí th∀p nh∀t) + Lc àn hi cc tiu: * Nu A < ∆l F Min = k(∆l - A) = F KMin * Nu A % ∆l F Min = 0 (lúc vt i qua v trí lò xo không bin dng) Lc &y (lc nén) àn hi cc i: F Nmax = k(A - ∆l) (lúc vt v trí cao nh∀t). Chú ý:Vì lc &y àn hi nh hn lc kéo àn hi cc i nên trong d BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ MÔN VẬT LÝ 12 I CON LẮC LÒ XO: o VTCB Con lắc lò xo: Gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu lò xo có độ cứng k, đầu lò xo giữ cố định Vị trí cân bằng: Là vị trí lò xo không bị biến dạng (Con lắc lị xo nằm ngang) II KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC: Chọn trục tọa độ Ox trùng với trục lò xo, chiều dương chiều tăng độ dài lò xo Gốc tọa độ vị trí cân o Khi vật li độ x: Lực đàn hồi lò xo F = - kx (1) x x F N o x P Hợp lực tác dụng vào vật: Vì: P N nên: F ma + Từ (1) (2) ta có: F P N ma (2) k a x m k k Đặt: a x x m m Nghiệm phương trình có dạng : x = Acos(t+) Kết luận : Dao động lắc lò xo dao động điều hòa với tần số góc chu kỳ x’’ +2x= Với A, hai số k m T 2 m k f 1 T 2 k m Lực kéo hay lực hồi phục : Lực hướng vị trí cân gọi lực kéo Vật dao động điều hòa có lực kéo tỉ lệ với li độ x Biểu thức : F = -kx = - m2x Đặc điểm: * Là lực gây gia tốc cho vật dao động * Luôn hướng VTCB tỉ lệ với li độ dao động * Biến thiên điều hoà tần số với li độ Chú ý : Lực đàn hồi lực đưa vật vị trí lò xo không biến dạng Có độ lớn Fđh = kx* (x* độ biến dạng lò xo) Với lắc lò xo nằm ngang lực kéo lực đàn hồi (vì VTCB lò xo không biến dạng) III KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƯỢNG: Động lắc lò xo: 2 2 Wđ mv m A sin (t ) Wsin (t ) 2 Wđ(J); m(kg); v(m/s) Thế lắc lò xo: Wt kx Wt (J); k(N/m); x(m) 1 2 2 2 Wt m x m A cos (t ) Wco s (t ) 2 Cơ lắc lò xo Sự bảo toàn năng: a Cơ lắc lò xo tổng động năng: 1 2 W mv kx 2 W Wđ Wt m A2 W (J) b Khi ma sát: 2 W kA m A const 2 Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Khi ma sát, lắc bảo toàn Nhận xét : + Động biến thiên tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2 + Thời gian liên tiếp lần động T/4 +Cơ lắc lò xo bảo toàn tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Chú ý : Đối với lò xo thẳng đứng + Độ biến dạng lò xo thẳng đứng vật VTCB: mg l k l T 2 g -A nén l -A l giãn O O giãn A A x x Hình a (A < l) Hình b (A > l) + Chiều dài lò xo VTCB: lCB = l0 + l (l0 chiều dài tự nhiên) + Chiều dài cực tiểu (khi vật vị trí cao nhất): lMin = l0 + l – A + Chiều dài cực đại (khi vật vị trí thấp nhất): lMax = l0 + l + A lCB = (lMin + lMax)/2 -A + Khi A >l - Thời gian lò xo nén lần thời gian ngắn để vật đitừ vị trí x1 = -l đến x2 = -A - Thời gian lò xo giãn lần thời gian ngắn để vật đitừ vị trí x1 = -l đến x2 = A, +Lưu ý:Trong dao động (một chu kỳ) lò xo nén lầnvà giãn lần nén l -A l giãn O O giãn A A x Hình a (A < l) x Hình b (A > l) Giãn + Lực đàn hồi cực đại: FMax = k(l +A) Nén A -A l (lúc vật vị trí thấp nhất) x + Lực đàn hồi cực tiểu * Nếu A < l FMin = k(l - A) * Nếu A ≥ l FMin = (lúc vật qua Hình vẽ thể thời gian lò xo nén vị trí lò xo không biến dạng) giãn chu kỳ (Ox hướng xuống) v0 π π v v max / W®=Wt v v max / DẶN DÒ + CÁC BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI+ TÀI LIỆU SBT + HỌC BÀI VÀ LÀM BÀI TẬP, đọc trước BÀI HỌC ĐẾN ĐÂY LÀ HẾT CHÚC CÁC EM HỌC TỐT [...]... m A const 2 2 Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Khi không có ma sát, cơ năng của con lắc được bảo toàn 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 Chú ý : Đối với lò xo thẳng... dạng của lò xo thẳng đứng khi vật ở VTCB: mg l k l T 2 g -A nén l -A l giãn O O giãn A A x x Hình a (A < l) Hình b (A > l) + Chiều dài lò xo tại VTCB: 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