Đang tải... (xem toàn văn)
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 tr[r]
(1)CHƯƠNG II: DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HỒ
1. Phương trình dao động: x = Acos(t + ) 2. Vận tốc tức thời: v = -Asin(t + ) v
chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v>0, theo chiều âm v<0) 3. Gia tốc tức thời: a = -2Acos(t + )
a
hướng vị trí cân 4. Vật VTCB: x = 0; vMax = A; aMin =
Vật biên: x = ±A; vMin = 0; aMax = 2A
5. Hệ thức độc lập:
2 ( )v
A x
a = -2x
6. Cơ năng:
2 đ
1
W W W
2
t m A
Với
2 2 2
đ
1 1
W sin ( ) Wsin ( )
2mv 2m A t t
2 2 2
1 1
W ( ) W s ( )
2 2
t m x m A cos t co t
7. Dao động điều hoà có tần số góc , tần số f, chu kỳ T Thì động biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2
8. Động trung bình thời gian nT/2 ( nN*, T chu
kỳ dao động) là:
2
W
2 4m A
9. Khoảng thời gian ngắn để vật từ vị trí có li độ x1 đến x2
2
t
với
1
2 s s
x co
A x co
A
(0 1, 2)
10. Chiều dài quỹ đạo: 2A
11. Quãng đường chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A
Quãng đường l/4 chu kỳ A vật từ VTCB đến vị trí biên ngược lại 12. Quãng đường vật từ thời điểm t1 đến t2
Xác định:
1 2
1 2
Acos( ) Acos( )
à
sin( ) sin( )
x t x t
v
v A t v A t
(v
1 v2 cần xác định dấu)
Phân tích: t2 – t1 = nT + t (n N; ≤ t < T)
Quãng đường thời gian nT S1 = 4nA, thời gian t S2
Quãng đường tổng cộng S = S1 + S2 Lưu ý:+ Nếu t = T/2 S2 = 2A
+ Tính S2 cách định vị trí x1, x2 chiều chuyển động vật trục Ox
+ Trong số trường hợp giải tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động tròn đơn giản
+ Tốc độ trung bình vật từ thời điểm t1 đến t2:
tb
S v
t t
với S quãng đường tính trên.
A
-A x2 x1
M2 M1
M'1 M'2
O
(2)13 Bài tốn tính qng đường lớn nhỏ vật khoảng thời gian < t < T/2
Vật có vận tốc lớn qua VTCB, nhỏ qua vị trí biên nên khoảng thời gian quãng đường lớn vật gần VTCB nhỏ gần vị trí biên
Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển đường trịn Góc qt = t
Quãng đường lớn vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục sin (hình 1)
ax 2Asin 2 M
S
Quãng đường nhỏ vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos (hình 2)
2 (1 os ) 2 Min
S A c
Lưu ý: + Trong trường hợp t > T/2 Tách
' 2
T
t n t
*
;0 ' 2
T n N t
Trong thời gian 2
T n
quãng đường 2nA
Trong thời gian t’ quãng đường lớn nhất, nhỏ tính + Tốc độ trung bình lớn nhỏ khoảng thời gian t:
ax ax
M tbM
S v
t
Min tbMin
S v
t
với SMax; SMin tính trên. 13. Các bước lập phương trình dao động dao động điều hồ:
* Tính * Tính A
* Tính dựa vào điều kiện đầu: lúc t = t0 (thường t0 = 0)
0 Acos( )
sin( )
x t
v A t
Lưu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương v > 0, ngược lại v <
+ Trước tính cần xác định rõ thuộc góc phần tư thứ đường tròn lượng giác (thường lấy -π < ≤ π)
14. Các bước giải tốn tính thời điểm vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n
* Giải phương trình lượng giác lấy nghiệm t (Với t > phạm vi giá trị k ) * Liệt kê n nghiệm (thường n nhỏ)
* Thời điểm thứ n giá trị lớn thứ n
Lưu ý:+ Đề thường cho giá trị n nhỏ, n lớn tìm quy luật để suy nghiệm thứ n
+ Có thể giải tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động trịn 15. Các bước giải tốn tìm số lần vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) từ thời điểm t1 đến t2
* Giải phương trình lượng giác nghiệm * Từ t1 < t ≤ t2 Phạm vi giá trị (Với k Z)
* Tổng số giá trị k số lần vật qua vị trí
Lưu ý: + Có thể giải tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động tròn + Trong chu kỳ (mỗi dao động) vật qua vị trí biên lần cịn vị trí khác lần
16. Các bước giải tốn tìm li độ, vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t khoảng thời gian t A
-A
M
M2 1
O P
x O
2
1 M
M
-A A
P P1
P
(3)Biết thời điểm t vật có li độ x = x0
* Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ) cho x = x0
Lấy nghiệm t + = với 0 ứng với x giảm (vật chuyển động theo chiều âm v < 0) t + = - ứng với x tăng (vật chuyển động theo chiều dương)
* Li độ vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t giây
x Acos( ) A sin( )
t
v t
x Acos( ) A sin( )
t
v t
17 Dao động có phương trình đặc biệt:
* x = a Acos(t + ) với a = const
Biên độ A, tần số góc , pha ban đầu x toạ độ, x0 = Acos(t + ) li độ
Toạ độ vị trí cân x = a, toạ độ vị trí biên x = a A Vận tốc v = x’ = x0’, gia tốc a = v’ = x” = x0”
Hệ thức độc lập: a = -2x
2 2
0 ( )
v
A x
* x = a Acos2(t + ) (ta hạ bậc)
Biên độ A/2; tần số góc 2, pha ban đầu 2 II CON LẮC LÒ XO
1. Tần số góc:
k m
; chu kỳ: 2
2 m
T
k
; tần số:
1 1
2 2
k f
T m
Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản vật dao động giới hạn đàn hồi 2. Cơ năng:
2 2
1 1
W
2m A 2kA
3. * Độ biến dạng lò xo thẳng đứng vật VTCB:
mg l
k
2 l
T
g
* Độ biến dạng lò xo vật VTCB với lắc lò xo nằm mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α:
sin
mg l
k
2
sin
l T
g
+ 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
+ Khi A >l (Với Ox hướng xuống):
- Thời gian lò xo nén lần thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 = -l đến x2 = -A
- Thời gian lò xo giãn lần thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 = -l đến x2 = A,
Lưu ý: Trong dao động (một chu kỳ) lò xo nén lần giãn lần
l
giãn O
x A -A
nén l
giãn O
x A -A
Hình a (A < l) Hình b (A > l)
x A
-A
l
Nén 0 Giãn
(4)4. Lực kéo hay lực hồi phục F = -kx = -m2x
Đặc điểm: * Là lực gây dao động cho vật * Luôn hướng VTCB
* Biến thiên điều hoà tần số với li độ 5. Lực đàn hồi lực đưa vật vị trí lị xo khơng biến dạng Có độ lớn Fđh = kx* (x* độ biến dạng lò xo)
* Với lắc lị xo nằm ngang lực kéo lực đàn hồi (vì VTCB lị xo khơng biến dạng) * Với lắc lò xo thẳng đứng đặt mặt phẳng nghiêng
+ Độ lớn lực đàn hồi có biểu thức:
* Fđh = kl + x với chiều dương hướng xuống
* Fđh = kl - x với chiều dương hướng lên
+ Lực đàn hồi cực đại (lực kéo): FMax = k(l + A) = FKmax (lúc vật vị trí thấp nhất)
+ Lực đàn hồi cực tiểu:
* Nếu A < l FMin = k(l - A) = FKMin
* Nếu A ≥ l FMin = (lúc vật qua vị trí lị xo khơng biến dạng)
Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: FNmax = k(A - l) (lúc vật vị trí cao nhất)
6. Một lị xo có độ cứng k, chiều dài l cắt thành lị xo có độ cứng k1, k2, … chiều dài tương ứng l1,
l2, … có: kl = k1l1 = k2l2 = … 7. Ghép lò xo:
* Nối tiếp 1 1 1
k k k treo vật khối lượng thì: T2 = T 12 + T22
* Song song: k = k1 + k2 + … treo vật khối lượng thì:
2 2
1
1 1 1
T T T
8. Gắn lò xo k vào vật khối lượng m1 chu kỳ T1, vào vật khối lượng m2 T2, vào vật khối lượng m1+m2
được chu kỳ T3, vào vật khối lượng m1 – m2 (m1 > m2) chu kỳ T4
Thì ta có:
2 2
3
T T T
2 2
4
T T T
9. Đo chu kỳ phương pháp trùng phùng
Để xác định chu kỳ T lắc lò xo (con lắc đơn) người ta so sánh với chu kỳ T0 (đã biết)
lắc khác (T T0)
Hai lắc gọi trùng phùng chúng đồng thời qua vị trí xác định theo chiều
Thời gian hai lần trùng phùng
0
TT T T
Nếu T > T0 = (n+1)T = nT0
Nếu T < T0 = nT = (n+1)T0 với n N*
III CON LẮC ĐƠN
1. Tần số góc:
g l
; chu kỳ: 2
2 l
T
g
; tần số:
1 1
2 2
g f
T l
Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản 0 << rad hay S0 << l
2 Lực hồi phục
2
sin s
F mg mg mg m s
l
Lưu ý: + Với lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng
(5)s = S0cos(t + ) α = α0cos(t + ) với s = αl, S0 = α0l
v = s’ = -S0sin(t + ) = -lα0sin(t + )
a = v’ = -2S
0cos(t + ) = -2lα0cos(t + ) = -2s = -2αl
Lưu ý: S0 đóng vai trị A cịn s đóng vai trị x
4. Hệ thức độc lập: * a = -2s = -2αl
*
2 2
0 ( )
v
S s
*
2
2
0
v gl
5. Cơ năng:
2 2 2 2
0 0
1 1 1 1
W
2 2 2 2
m S mgS mgl m l
l
6. Tại nơi lắc đơn chiều dài l1 có chu kỳ T1, lắc đơn chiều dài l2 có chu kỳ T2, lắc đơn chiều
dài l1 + l2 có chu kỳ T2,con lắc đơn chiều dài l1 - l2(l1>l2) có chu kỳ T4
Thì ta có:
2 2
3
T T T
2 2
4
T T T
7. Khi lắc đơn dao động với 0 Cơ năng, vận tốc lực căng sợi dây lắc đơn
W = mgl(1-cos0); v2 = 2gl(cosα – cosα0) TC = mg(3cosα – 2cosα0)
Lưu ý: - Các công thức áp dụng cho 0 có giá trị lớn
- Khi lắc đơn dao động điều hồ (0 << 1rad) thì:
2 2
0
1
W= ; ( )
2mgl v gl (đã có trên)
2
0 (1 1,5 ) C
T mg
8. Con lắc đơn có chu kỳ T độ cao h1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ cao h2, nhiệt độ t2 ta có:
2
T h t
T R
Với R = 6400km bán kính Trái Đât, cịn hệ số nở dài lắc
9. Con lắc đơn có chu kỳ T độ sâu d1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ sâu d2, nhiệt độ t2 ta có:
2 2
T d t
T R
Lưu ý: * Nếu T > đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng lắc đơn) * Nếu T < đồng hồ chạy nhanh
* Nếu T = đồng hồ chạy
* Thời gian chạy sai ngày (24h = 86400s):
86400( )
T
s T
10. Khi lắc đơn chịu thêm tác dụng lực phụ không đổi: Lực phụ khơng đổi thường là:
* Lực qn tính: F ma
, độ lớn F = ma ( F a
) Lưu ý: + Chuyển động nhanh dần a v
(v
có hướng chuyển động) + Chuyển động chậm dần a v
* Lực điện trường: F qE
, độ lớn F = qE (Nếu q > F E
; q < F E
) * Lực đẩy Ácsimét: F = DgV (F
(6)Trong đó: D khối lượng riêng chất lỏng hay chất khí g gia tốc rơi tự
V thể tích phần vật chìm chất lỏng hay chất khí Khi đó: P' P F
gọi trọng lực hiệu dụng hay lực biểu kiến (có vai trị trọng lực P )
' F
g g
m
gọi gia tốc trọng trường hiệu dụng hay gia tốc trọng trường biểu kiến
Chu kỳ dao động lắc đơn đó: ' 2
'
l T
g
Các trường hợp đặc biệt:
* F
có phương ngang: + Tại VTCB dây treo lệch với phương thẳng đứng góc có:
tan F
P
+
2
' ( )F
g g
m
* F
có phương thẳng đứng
' F
g g
m
+ Nếu F
hướng xuống
' F
g g
m
+ Nếu F
hướng lên
' F
g g
m
IV CON LẮC VẬT LÝ
1 Tần số góc:
mgd I
; chu kỳ:
2 I
T
mgd
; tần số 1 2
mgd f
I
Trong đó: m (kg) khối lượng vật rắn
d (m) khoảng cách từ trọng tâm đến trục quay
I (kgm2) mômen quán tính vật rắn trục quay
2. Phương trình dao động α = α0cos(t + )
Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản 0 << 1rad
V TỔNG HỢP DAO ĐỘNG
1. Tổng hợp hai dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(t + 1) x2 = A2cos(t + 2)
một dao động điều hoà phương tần số x = Acos(t + ) Trong đó:
2 2
1 2 os( 1)
A A A A A c
1 2
1 2
sin sin tan
os os
A A
A c A c
với 1 ≤ ≤ 2 (nếu 1 ≤ 2 )
* Nếu = 2kπ (x1, x2 pha) AMax = A1 + A2 ` * Nếu = (2k+1)π (x1, x2 ngược pha) AMin = A1 - A2
A1 - A2 ≤ A ≤ A1 + A2
2. Khi biết dao động thành phần x1 = A1cos(t + 1) dao động tổng hợp x = Acos(t + ) dao động
thành phần lại x2 = A2cos(t + 2)
Trong đó:
2 2
2 2 os( 1)
(7)
1
2
1
sin sin tan
os os
A A
Ac A c
với 1 ≤ ≤ 2 ( 1 ≤ 2 )
3. Nếu vật tham gia đồng thời nhiều dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(t + 1;
x2 = A2cos(t + 2) … dao động tổng hợp dao động điều hoà phương tần số
x = Acos(t + )
Chiếu lên trục Ox trục Oy Ox
Ta được: Ax Acos A c1 os1A c2 os2 Ay AsinA1sin1A2sin2
2
x y
A A A
tan y x
A A
với [Min;Max]
VI DAO ĐỘNG TẮT DẦN – DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC - CỘNG HƯỞNG 1. Một lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ * Quãng đường vật đến lúc dừng lại là:
2 2
2 2
kA A
S
mg g
* Độ giảm biên độ sau chu kỳ là: 4 mg 4 g A
k
* Số dao động thực được:
2
4 4
A Ak A
N
A mg g
* Thời gian vật dao động đến lúc dừng lại:
.
4 2
AkT A
t N T
mg g
(Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hồn với chu kỳ 2
T
) 3. Hiện tượng cộng hưởng xảy khi: f = f0 hay = 0 hay T = T0
Với f, , T f0, 0, T0 tần số, tần số góc, chu kỳ lực cưỡng hệ dao động
T
x