Bài 12: Đối với dao động cơ điều hoà của một chất điểm thì khi chất điểm đi qua vị trí biên thì nó có vận tốc.. cực đại và gia tốc cực đại.[r]
(1)Trang 1 Chu kì, tần số, tần số góc:
2
2 f ;T t
T n
(t thời gian để vật thực n dao động) 2 Dao động
A Dao động cơ: Chuyển động qua lại quanh vị trí đặc biệt, gọi vị trí cân
B Dao động tuần hoàn: Sau khoảng thời gian gọi chu kỳ, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ
C Dao động điều hòa: dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) theo thời gian
3 Phương trình dao động điều hịa (li độ): x A.cos t + x: Li độ, đo đơn vị độ dài cm m
+ Axmax:Biên độ (ln có giá trị dương)
+ Quỹ đạo dao động đoạn thẳng dài L = 2A
+ rad / s : tần số góc; rad: pha ban đầu; : pha dao động t + max
min
x A, x
4 Phương trình vận tốc: vx A sin t
+ v chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v0, theo chiều
âm v ) + v ln sớm pha
2
so với x Tốc độ: độ lớn vận tốc v v
+ Tốc độ cực đại vmax A vật vị trí cân x0 + Tốc độ cực tiểu vmin vật vị trí biên x A 5 Phương trình gia tốc
2
av A cos t x
+ a có độ lớn tỉ lệ với li độ hướng vị trí cân + a ln sớm pha
2
so với v; a x ngược pha + Vật VTCB:
max
x0; v A ; a
+ Vật biên:
min max
x A; v 0; v A 6 Hợp lực tác dụng lên vật (lực hồi phục)
+ F
(2)Trang
+
hp max
F kAm A :tại vị trí biên + Fhp min0 :tại vị trí cân 7 Các hệ thức độc lập
2 2
2
x v v
a) A x
a A
a) đồ thị (v, x) đường elip
2
b)a x b) đồ thị (a, x) đoạn thẳng qua gốc
tọa độ
2 2 2
2
2
a v a v
c) A
A A
c) đồ thị (a, v) đường eỉip
d)F k.x d) đồ thị (F, x) đoạn thẳng qua gốc tọa độ
2 2 2
2
2
F v F v
e) A
kA A m
e) đồ thị (F, v) đường elip
Chú ý:
Với hai thời điểm t , t1 2 vật có cặp giá trị x , v1 1và x , v2 2 ta có hệ thức tính A & T sau:
2 2
2 1
2 2
2 2 2 2
1 2
1 2 2
2 2 2
2 2
2 1 2
1 2
2
v v x x
T
x x v v
x v x v x x v v
A A A A A A v x v x v
A x
v v
Sự đổi chiều đại lượng:
Các vectơ a, F đổi chiều qua VTCB Vectơ v đổi chiều qua vị trí biên Khi từ vị trí cân O vị trí biên: Nếu a↑↓v chuyển động chậm dần
Vận tốc giảm, ly độ tăng động giảm, tăng độ lớn gia tốc, lực kéo tăng Khi từ vị trí biên vị trí cân O
Nếu a v
↑
↑ chuyển động nhanh dần
Vận tốc tăng, ly độ giảm động tăng, giảm độ lớn gia tốc, lực kéo giảm Ở khơng thể nói vật dao động nhanh dần “đều” hay chậm dần “đều” dao động loại chuyển động có gia tốc a biến thiên điều hịa khơng phải gia tốc a số
CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH
Ví dụ 1: Một vật dao động với phương trình x 5cos t cm
Tại thời điểm t = ls xác định li
(3)Trang
A 2,5cm B 5cm C 2,5 3cm D 2,5 2cm
Giải
Tại t= 1s ta có t rad
3
x 5cos 5cos 2,5 3cm
6
Chọn đáp án C
Ví dụ 2: Chuyển phương trình sau dạng cos
A x 5cos t cm x 5cos t 5cos t cm
3 3
B x 5sin t cm
6
2
x 5cos t cm 5cos t 5cos t cm
6
Ví dụ 3: Một vật dao động điều hịa với tần số góc 10rad / s, vật có li độ cm tốc độ 40cm / s Hãy xác định biên độ dao động?
A 4cm B 5cm C 6cm D 3cm
Giải
Ta có:
2
2
2
v 40
A x 5cm
10
Chọn đáp án B
Ví dụ 4: Một vật dao động điều hòa với biên độ A5cm, vật có li độ 2,5cm tốc độ vật
5 3cm / s Hãy xác định vận tốc cực đại dao động?
A 10m / s B 8m / s C 10cm / s D 8cm / s
Giải
Ta có:
2
max max
x v
1 v 10cm / s
A v
Chọn đáp án C II BÀI TẬP
A KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT
Bài 1: Đối với dao động điều hòa chất điểm chất điểm đến vị trí biên có A tốc độ không gia tốc cực đại
B tốc độ không gia tốc không C tốc độ cực đại gia tốc cực đại
D tốc độ cực đại gia tốc không
Bài 2: Đồ thị biểu diễn biến thiên vận tốc theo li độ dao động điều hồ có dạng A đường hyperbol B đường parabol C đường thẳng D đường elip Bài 3: Vận tốc gia tốc dao động điều hòa thỏa mãn mệnh đề sau đây?
(4)Trang B Ở vị trí biên vận tốc cực đại, gia tốc triệt tiêu
C Ở vị trí cân vận tốc cực đại, gia tốc cực đại D Ở vị trí cân vận tốc cực đại, gia tốc triệt tiêu
Bài 4: Khi vật dao động điều hoà, đại lượng sau thay đổi?
A Thế B Vận tốc C Gia tốc D Cả đại lượng
Bài 5: Một chất điểm dao động điều hịa với phương trình x 2sin t cm
Pha ban đầu dao
động
A rad B
2
rad C
2
rad D
Bài 6: Chọn hệ thức sai mối liên hệ x,A, v, dao động điều hòa
A 2 2
v x A B
2
2
2
v
x A
C
2
2
2
v A x
D
2 2
v A x
Bài 7: Một vật dao động điều hòa chuyển động từ vị trí cân đến vị trí biên âm A vận tốc ngược chiều với gia tốc
B độ lớn vận tốc gia tốc tăng C vận tốc gia tốc có giá trị âm D độ lớn vận tốc gia tốc giảm
Bài 8: Cho chất điểm dao động điều hịa với phương trình: x 3sin t cm
Phaban đầu dao động nhận giá trị sau
A 2 rad
B rad
C rad
D Không thể xác định
Bài 9: Gia tốc vật dao động điều hoà A hợp lực tác dụng vào vật
B khơng có vị trí có gia tốc C vật hai biên
D vật vị trí có vận tốc
Bài 10: Đồ thị biểu diễn biến thiên gia tốc theo li độ dao động điều hoà có dạng A đoạn thẳng B đường hình sin C đường thẳng D đường elip Bài 11: Trong phương trình dao động điều hồ xA cos t Chọn đáp án phát biểu sai A Biên độ A không phụ thuộc vào gốc thời gian
B Pha ban đầu không phụ thuộc vào gốc thời gian C Tần số góc phụ thuộc vào đặc tính hệ D Biên độ A phụ thuộc vào cách kích thích dao động Bài 12: Gia tốc dao động điều hoà
(5)Trang C biến đổi theo hàm sin theo thời gian với chu kì T
2
D ln ln hướng vị trí cân tỉ lệ với li độ
Bài 13: Nhận xét ly độ hai dao động điều hoà pha đúng? A Luôn B Luôn trái dấu
C Ln dấu D Có li độ trái dấu Bài 14: Vật dao động điều hồ có tốc độ khơng vật vị trí
A có li độ cực đại
B mà lực tác động vào vật không C cân
D mà lị xo khơng biến dạng
Bài 15: Biết pha ban đầu vật dao động điều hòa, ta xác định A cách kích thích dao động
B chu kỳ trạng thái dao động
C chiều chuyển động vật lúc ban đầu D quỹ đạo dao động
B TĂNG TỐC: THƠNG HIỂU
Bài 1: Phương trình vận tốc vật vA cos t Phát biểu sau đúng? A Gốc thời gian lúc vật qua VTCB theo chiều dương
B Gốc thời gian lúc vật có li độ x = A C Gốc thời gian lúc vật có li độ x = -A D Cả A B
Bài 2: Chọn hệ thức liên hệ x,A, v, dao động điều hòa A
2
2
2
v x A
B
2
2
2
x x v
C v2 2A2x2 D v2 2x2A2
Bài 3: Một vật dao động điều hòa, phút thực 30 dao động toàn phần Quãng đường mà vật di chuyển 8s 64 cm Biên độ dao động vật
A cm B cm C cm D cm
Bài 4: Trong dao động điều hòa, li độ, vận tốc gia tốc ba đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian có
A biên độ B tần số C pha ban đầu D pha
Bài 5: Chọn đáp án ĐÚNG Một vật dao động điều hoà, có quãng đường chu kỳ 32 cm Biên độ dao động vật
A cm B cm C 16 cm D cm
Bài 6: Pha dao động dùng để xác định A trạng thái dao động
B biên độ dao động C chu kì dao động D tần số dao động
(6)Trang A lệch pha
4
so với li độ B ngược pha với li độ
C lệch pha vng góc so với li độ D pha với li độ
Bài 8: Trong dao động điều hoà, vận tốc tức thời biến đổi
A pha với li độ B ngược pha với li độ
C lệch pha
2
so với li độ D lệch pha
3
so với li độ Bài 9: Khi vật dao động điều hịa thì:
A Vận tốc li độ pha B Gia tốc li độ pha C Gia tốc vận tốc pha D Gia tốc li độ ngược pha
Bài 10: Một lắc đơn có chiều dài l, dao động điều hồ nơi có gia tốc rơi tự g, với biên độ góc 0 Khi vật qua vị trí có ly độ góc có vận tốc , V Khi đó, ta có biểu thức:
A
2
2
0
v
gl B
2 2
0 glv
C
2
2
0
v
D
2
2
0
v g l
Bài 11: Gia tốc tức thời dao động điều hòa biến đổi:
A Cùng pha với li độ B Vuông pha so với vận tốc
C Lệch pha vng góc so với li độ D Lệch pha
so với li độ
Bài 12: Đối với dao động điều hồ chất điểm chất điểm qua vị trí biên có vận tốc
A cực đại gia tốc cực đại B cực đại gia tốc không C không gia tốc không D không gia tốc cực đại C BỨT PHÁ: VẬN DỤNG
Bài 1: Một vật dao động điều hoà dọc theo trục Ox, vận tốc vật qua VTCB 62,8 cm/s gia tốc cực đại 2m / s Lấy 2 10 Biên độ chu kì dao động vật là:
A A10cm;T1s B A1cm;T0,1s
C A2cm;T0, 2s D A20cm;T2s
Bài 2: Vật dao động điều hoà với biên độA5cm,tần số f 4Hz Vận tốc vật có li độx3cm là: A v 2 cm / s B v 16cm / s
C v 32cm / s D v 64cm / s
Bài 3: Một vật dao động điều hoà với biên độ cm Khi có li độ cm vận tốc m/s Tần số dao động là:
A Hz B Hz C 1,2 Hz D 4,6 Hz
(7)Trang
A 0,5m / s B 2m / s
C 1m / s D 3m / s
Bài 5: Một vật dao động điều hòa với phương trìnhx2 cos 20t Vận tốc vật thời điểm t s
là
A cm/s B -40 cm/s
C 20 cm/s D 1m/s
Bài 6: Một vật dao động điều hoà theo phương trình x 4cos t cm
Vận tốc gia tốc vật
thời điểm t = 0,5s :
A 10 3cm / s 50 cm / s2
B 0cm / s 2
m / s
C 10 3cm / s 2
50 cm / s
D 10 cm / s 50 cm / s2
Bài 7: Một vật dao động điều hồ theo phương trình x cos t cm
Vận tốc gia tốc vật thời điểm t = 2s là:
A 14 cm / s 98 cm / s2
B 14 cm / s 32cm / s2
C 14 3cm / s 98 cm / s2
D 14cm / s 98 cm / s2
Bài 8: Một vật dao động điều hồ theo phương trình x 8cos t cm
Vận tốc gia tốc vật
khi vật qua ly độ4 3cm A 8 cm / svà 162 3cm / s2
B cm / s 16 cm / s2
C cm / s 162 3cm / s2
D cm / s 6 3cm / s2
Bài 9: Một lắc lị xo gồm vật nặng có khối lượng 0,2 kg lị xo có độ cứng 80 N/m Con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ 3cm Tốc độ cực đại vật nặng bằng:
A 0,6 m/s B 0,7 m/s C 0,5 m/s D 0,4m/s
Bài 10: Xét vật dao động điều hoà với biên độ A, tần số góc Hệ thức sau không cho mối liên hệ tốc độ V gia tốc a dao động điều hồ đó?
A
2
2 2
4
a v A
B
2
2
2
v a
A
C
2
2
2
A a
v
D a2 4A2v22
(8)Trang A v2gl 20 2 B v2 2gl 20 2
C v23gl 3 20 2 D v2 gl 02 2
Bài 12: Một vật dao động điều hồ có biên độ cm, tần số góc rad / s. Khi vật qua ly độ 3cm vận tốc vật là:
A cm / s B cm / s
C cm / s D cm / s
Bài 13: Một vật dao động điều hịa có phương trình x 2cos t cm, s
Gia tốc vật lúc
t0, 25s ( lấy 2 10):
A 40 cm / s 2 B 40 cm / s 2 C 40 cm / s 2 D 4 cm / s2
Bài 14: Vật m dao động điều hịa với phương trình: x20 cos t cm Gia tốc li độ 10 cm là:
A 4m / s2 B 2m / s2
C
9,8m / s D
10m / s
Bài 15: Một vật dao động điều hồ, vật có li độ 4cm vận tốc 30cm / s, cịn vật có li độ 3cm vận tốc 40cm / s Biên độ tần số dao động là:
A A5cm,f 5Hz
B A12cm,f 12Hz
C A12cm,f 10Hz
D A10cm,f 10Hz
D VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO
Bài 1: Một lắc lò xo gắn với vật nặng khối lượng m = 100 g dao động điều hòa Vận tốc vật qua vị trí cân 31, 4cm / svà gia tốc cực đại vật 4m / s 2 Lấy 2 10. Độ cứng lò xo
là:
A 16N / m B 6, 25N / m C 160N / m D 625N / m Bài 2: Tại thời điểm vật thực dao động điều hoà với vận tốc 1
2vận tốc cực đại Vật xuất li độ bao nhiêu?
A A
2 B A C
A
3 D
A
Bài 3: Một vật dao động điều hịa với chu kìT3,14s Xác định pha dao động vật qua vị trí X
= 2cm với vận tốc V = 0,04m/s
A rad
B rad
C rad
D rad
Bài 4: Một vật dao động điều hoà đoạn thẳng dài 10 cm Khi pha dao động
(9)Trang A cm / s B cm / s C cm / s D cm / s
Bài 5: Dao động điều hồ có vận tốc cực đạivmax 8 cm / s gia tốc cực đại 2 2 max
a 16 cm / s tần số góc dao động là:
A rad / s B rad / s C rad / s
D 2Hz
Bài 6: Mộtcon lắc lò xo thực dao động điều hòa với biên độ A dọc theo trục Ox Tại vị trí có li độ
1
x độ lớn vận tốc vật v , vị trí có li độ 1 x vận tốc vật 2 v có độ lớn tính: 2 A
2
2
2 2
1
1 A x
v
v A x
B
2
1
2 2
2
A x
v v
A x
C
2
2
2 2
1
1 A x
v
2v A x
D
2
2
2 2
1
A x
v v
A x
Bài 7: Một lắc đơn gồm cầu nhỏ, khối lượng m0,05kgtreo vào đầu sợi dây dài1m, nơi có gia tốc trọng trường g9,81m / s 2 Bỏ qua ma sát Con lắc dao động quanh vị trí cân
bằng với góc lệch cực đại dây treo so với phương thẳng đứng ao 30 Vận tốc vật vị trí cân
A v1,62m / s B v2,63m / s
C v4,12m / s D v0, 412m / s
Bài 8: Một vật dao động điều hoà dọc theo trục Ox, thời điểm t1 vật có li độ x1 10 3cm vận tốc v110 cm / s thời điểm t vật có li độ 2 x10 2cmvà vận tốc v2 10 2cm / s Lấy 2 10 Biên độ chu kì dao động vật là:
A A10cm;T1s B A1cm;T0,1s
C A2cm;T0,2s D A20cm;T2s
Bài 9: Một vật dao động điều hồ theo phương trình x 5cos t cm
Vận tốc gia tốc vật
khi pha dao động vật có giá trị 17 rad
là: A 27,2cm / s 98,7cm / s2
B cm / s 98, 7cm / s2
C 31cm / s 30,5cm / s2 D 31cm / s
30,5cm / s
Bài 10: Một lắc đơn gồm vật nhỏ treo vào đầu sợi dây không giãn, đầu sợi dây buộc cố định Bỏ qua ma sát lực cản khơng khí Kéo lắc lệch khỏi phương thẳng đứng góc 0,1 rad thả nhẹ Tỉ số độ lớn gia tốc vật vị trí cân độ lớn gia tốc vị trí biên bằng:
A 0,1 B C 10 D 5,73
Bài 11: Một lắc đơn dao động điều hịa nơi có g10m / s2, chiều dài dây treo 1,6m
với biên độ góc o 0,1rad / s qua vị trí có li độ góc o
2
(10)Trang 10 A 10 3cm / s B 20 3cm / s C 20 3cm / s D 20 cm / s
Bài 12: Một lắc lị xo, gồm lị xo nhẹ có độ cứng 50N/m, vật có khối lượng 2kg, dao động điều hoà dọc theo phương ngang Tại thời điểm vật có gia tốc
75cm / s có vận tốc15 cm / s Xác định biên độ
A cm B cm C cm D 10 cm
III HƯỚNG DẪN GIẢI A KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT Bài 1: Chọn đáp án A
Bài 2: Chọn đáp án D Bài 3: Chọn đáp án D Bài 4: Chọn đáp án D Bài 5: Chọn đáp án D Bài 6: Chọn đáp án A Bài 7: Chọn đáp án A Bài 8: Chọn đáp án A Bài 9: Chọn đáp án A Bài 10: Chọn đáp án A Bài 11: Chọn đáp án B Bài 12: Chọn đáp án D Bài 13: Chọn đáp án C Bài 14: Chọn đáp án A Bài 15: Chọn đáp án C
B TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU Bài 1: Chọn đáp án A
Bài 2: Chọn đáp án C Bài 3: Chọn đáp án C Bài 4: Chọn đáp án B Bài 5: Chọn đáp án A Bài 6: Chọn đáp án A Bài 7: Chọn đáp án B Bài 8: Chọn đáp án C Bài 9: Chọn đáp án D Bài 10: Chọn đáp án A Bài 11: Chọn đáp án B Bài 12: Chọn đáp án D C BỨT PHÁ: VẬN DỤNG Bài 1: Chọn đáp án D Giải
Ta có vmax .A20 cm / s 2 max
a A200cm / s
max max
a
rad / s v
(11)Trang 11 Biên độ A vmax 20cm
Bài 2: Chọn đáp án C Giải
Ta có v2 2A2x2với 2 .f 8 rad / s
2 2 2
v A x 32 cm / s
Bài 3: Chọn đáp án D Giải
Ta có v2 2A2 x2 1002 242 22 50rad / s
f 4, 6Hz
2
Bài 4: Chọn đáp án B Giải
Ta có T 3,14s 2rad / s Mà v2 2A2x2 thay số vào ta có
v2m / s
Bài 5: Chọn đáp án B Giải
Ta có x2 cos 20t v 40sin 20t
Thay t
vào phương trình vận tốc v 40sin 20 40cm / s
Bài 6: Chọn đáp án B Giải
Ta có phương trình x 4cos t cm
Phương trình vận tốc v 20 sin t cm / s
thay t0,5s
vào ta có v0cm / s
Phương trình gia tốc a 4 5 2cos t cm / s2
2
thay t0,5s vào ta có
2
a m / s Bài 7: Chọn đáp án B
Giải
Từ phương trình x 4cos t cm
Phương trình vận tốc v 28 sin t cm / s
thay t2s => v 14 cm / s
Phương trình gia tốc a 196 2cos t cm / s2
6
thay t2s => a 98 cm / s2
(12)Trang 12 Ta có v2 2A2x2 thay số vào ta có v 2824 32 8 cm / s
Ta có a 2.x 22.4 3 162 3cm / s2 Bài 9: Chọn đáp án A
Giải
Ta có k 20rad / s m
Tốc độ cực đại vật nặng vmax A3.2060cm / s Bài 10: Chọn đáp án C
Giải
Vì vận tốc v gia tốc a dao động vuông pha nên ta có
2
2
v a
1
A A
Các đáp án A; B; D Bài 11: Chọn đáp án A
Giải
Vì x v dao động vuông pha nên
2 2
2
x v v
1 A x
A A
Đối với lắc đơn x l A max.l
2
2 2 2
max
v
v gl g.l
Bài 12: Chọn đáp án C Giải
Ta có v2 2A2x2 thay số vào ta
v 4 cm / s
Bài 13: Chọn đáp án B Giải
Ta có x cos t cm
thay t0, 25s vào phương trình ta được:
x 2cos 0, 25 1cm
6
Mà a 2x 40cm / s2
Bài 14: Chọn đáp án A Giải
Ta có a 2x 22.10 400cm / s2 4m / s2 Bài 15: Chọn đáp án A
Giải
Ta có 12 2 12
1
x 4cm
v A x
v 30 cm / s
(13)Trang 13
Khi 22 2 22
1
x 3cm
v A x
v 40 cm / s
Từ (1) (2) A5cm; 10 rad / s;s f 5Hz D VỀ ĐÍCH: NÂNG CAO
Bài 1: Chọn đáp án A Giải
Ta có vmax A10 cm / s 2 max
a A400cm / s
max max
a
4 rad / s v
mà k k m. 16N / m
m
Bài 2: Chọn đáp án A Giải
Ta có v vmax A
2
Mà v2 2A2x2thay số vào ta có x A
2 Bài 3: Chọn đáp án B
Giải
Ta có Tp3,14s 2rad / s
Phương trình li độ x A cos t cos t x 1 A
Phương trình vận tốc v A sin t sin t v 2 A
sin t
tan t t
cos t
Bài 4: Chọn đáp án B Giải
Ta có L10cm2.AA5cmta có v 5sin rad / s
max
v A 10 cm/ s
Bài 5: Chọn đáp án B Giải
Ta có vmax A 8 cm / svà 2 max
a A16 cm / s
max max
a
2 rad / s v
Bài 6: Chọn đáp án D Giải
(14)Trang 14 Lập tỉ số
2 2
2 1
2
2 2
1 2
v A x A x
v v
v A x A x
Bài 7: Chọn đáp án A Giải
Ta có tốc độ vật v 2.g.l cos cosmax1,62m / s
Bài 8: Chọn đáp án D Giải
Ta có 2 2
1
v A x 2 2
2
v A x Lập tỉ số
2
2
2
1
v A x
A 20cm
v A x
thay vào phương trình (1)
rad / s
T 2s
Bài 9: Chọn đáp án B Giải
Ta có phương trình x 5cos t cm
Phương trình vận tốc v 10 sin t cm / s
Thay pha dao động 17 rad
vào phương trình vận tốc v 10 sin 17 cm / s
Tương tự phương trình gia tốc a 5(2 2cos 17 98, cm/ s2
Bài 10: Chọn đáp án A Giải
Ta có Pttm.g.sin gia tốc tiếp tuyến attg.sin
pt max
P 2mg cos cos gia tốc pháp tuyến apt 2.g cos cosmax
Vì góc a nhỏ nên có sin
2 cos tt 2 pt max a g a g
Tại vị trí cân tt
pt max a a a g
Tại vị trí biên
2 tt max max pt a g a a a pt max tt a 0,1rad a
(15)Trang 15 Giải
Ta có
2
2
max
v g.l
thay số vào ta được: v20 3cm / s
Bài 12: Chọn đáp án B Giải
Ta có k 5rad / s m
mà gia tốc a vận tốc v lại dao động vuông pha
2
2
4
a v
A