T = 2π g l Tài liệu ôn tập Vật lý 12 NC GV: Nguyễn Văn Huy – Trường THPT Hòa Đa 1 Bài 7: CON LẮC ĐƠN – CON LẮC VẬT LÝ Bài 8: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA 1. Con lắc đơn: • Con lắc đơn là hệ cơ học gồm: sợi dây có chiều dài l khơng giãn, một đầu gắn vào điểm cố định đầu còn lại gắn với một vật nhỏ có khối lượng m. • Con lắc dao động trên một cung tròn xung quanh vị trí cân bằngO. 2. Phương trình động lực học: • Khi vật ở vị trí M thì: + Vật nặng xác định bởi cung ¼ OM s= + Vị trí dây treo xác định bởi góc: · OQM =α • Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực P ur , lực căng dây T ur .Áp dụng định luật II Niu tơn: m a r = P ur + T ur  m a r = t n P P+ ur uur + T ur chiếu lên Mx ma = -mgsinα  ms // +mgsinα = 0 Với góc lêch α bé thì sinα = α = s/l Suy ra: s // + g l s = 0. Đặt ω 2 = g l ta được: s // +ω 2 s = 0 (1) giống như x '' +ω 2 x = 0 s // +ω 2 s = 0 gọi là phương trình động lực học của con lắc đơn 3.Nghiệm của phương trình (1): s = Acos(ωt + ϕ). Phương trình dao động điều hòa của con lắc: s = s 0 cos(ωt + ϕ). Và α = α 0 cos(ωt + ϕ). Chú ý: tùy theo điều kiện kích thích cụ thể mà ϕ có các giá trị khác nhau. Vậy: Dao động của con lắc đơn với góc lệch bé là dđđiều hồ với chu kì . . Tần số: f = 1/T (Hz) 4. Con lắc vật lý : Con lắc vật lý là một vật rắn quay được quanh một trục nằm ngang cố định.Hình bên trục đi qua Q và vng góc với mặt phẳng hình vẽ. G là trọng tâm vật rắn là điểm đặt trọng lực P ur , α góc lệch của QG so với đường thẳng đứng, chiều dương là chiều của mũi tên Phương trình dao động của con lắc vật lý: α = α 0 cos(ωt + ϕ). Với:ω = mgd I với d: khoảng cách QG,I là momen qn tính của Vật rắn quay quanh trục Chu kỳ : I T=2π mgd 5. Hệ dao động: a.Hệ dao động gồm: vật dao động + vật gây ra lực hồi phục, Ví dụ: Con lắc lò xo: + Vật nặng là vật gắn vào lò xo,+ Vật gây ra lực hồi phục: Con lắc đơn: Vật nặng là vật treo vào sợi dây,+ Vật gây ra lực hồi phục: trái đất. b. Dao động tự do: • Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực gọi là dao động tự do hoặc dao động riêng • Trong dao động tự do chu kì dao động chỉ phụ thuộc vào các đặc tính bên trong hệ. 6. Năng lượng trong dao động điều hòa: 1. thế năng: thời điểm t bất kì vạt có li độ x=Acos(ωt+ϕ) và lò xo có thế năng: Q P uur α M A O t P ur n P uur T ur + α G Q R ur P ur G Q α R ur P ur Hình vẽ con lắc vạt lý + Tài liệu ôn tập Vật lý 12 NC GV: Nguyễn Văn Huy – Trường THPT Hòa Đa 2 W t =…………. …………=………………………………………… Thay k = ……… ta được: W t = …………………………. 2 động năng: Tại thời điểm t bất kì vật nặng m có vận tốc v = . W đ =…………… = 4. Biểu thức cơ năng: Cơ năng của vật tại thời điểm t: W = W t + W đ W= . Suy ra Cơ năng trong dao động điều hòa: Nhận xét: BÀI TẬP Câu1: đối chiếu dao động củ con lắc đơn với dao động của con lắc lò xo. Trả lời các câu hỏi sau đối với từng con lắc: a. Lực kéo về có phụ thuộc vào vật nặng hay khơng? b. Gia tốc của vật nặng có phụ thuộc khối lượng của nó khơng? c. Tần số góc có phụ thuộc khối lượng của vật nặng hay khơng? Câu 2: chu kỳ dao động nhỏ của con lắc phụ thuộc vào: A. Khối lượng con lắc B. trọng lượng con lắc C. tỉ số của trọg lượng và khối lượng con lắc D. Khối lượng riêng của con lắc Câu 3: Chu kỳ của con vật lý được xác định bằng cơng thức nào sau đây: A. 1 mgd T= 2 Iπ B mgd T=2π I C. I T=2π mgd D. 2πI T= mgd Câu 4: Một con lắc chiều dài 1,2m dao động tại một nơi có gia tốc roi tự do 9,8m/s 2 . kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng theo chiều dương một góc α 0 = 10 0 rồi thả ra: a. Tính chu kỳ dao động củ con lắc lò xo b. Viết phương trình dao động của con lắc c. Tính tốc độ và gia tốc của quả cầu con lắc khi nó qua vị trí cân bằng Câu 5: một con lắc đơn gồm một ảu cầu có khối lượng 50g được treo vào đầu một dợi dây dài 2m , lấy g = 9,8m/s 2 . a. tính chu kỳ dao động của con lắc đơn khi biên độ góc nhỏ b. kéo con lắc ra khỏi vị trí cân bằng đến vị trí có li độ góc α = 30 0 rồi bng ra khơng vận tốc đầu \. Tính tốc độ của quả cầu và lực căng dây khi con lắc qua vị tíc cân bằng. Câu 6: Tìm chiều dài của con lắc đơn chi kỳ 1s ở nơi có gia tốc trọng trường g = 9,81m/s 2 . Câu 7: ở nơi mà con lắc đơn đếm giây ( tức chu kỳ 2s) có độ dài 1m thì con lắc đơn có độ dài 3m dao động với chu kỳ banừg bao nhiêu? Câu 8: Một vật rắn có khối lượng m = 1,5kg có thể quay quanh một trục nằm ngang. Dưới tác dụng của trọng lực, vật dao động nhỏ với chu kỳ t = 0,5s. khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của vật là d = 10cm. Tính momen qn tính của vật đối với trục quay lấy g = 10m/s 2 . Câu 9: Động năng của vật nặng doa động điều hòa biến đổi theo thời gian: A. theo một hàm sin B. Tuần hòan với chu kỳ T C. Tuần hồn với chu kỳ t/2 D. Khơng đổi Câu 10: một vật có khối lượng750g dao động điều hòa với biên độ 4cm và chu kỳ t = 2s. Tính năng lượng của dao động điều hòa. Câu 11: tính thé năng, động năng của con lắc đơn ở một vị trí ( li độ góc bất kỳ) và thử lại ràng cơ năng khơng đổi trong chuyển động. Câu 12: Dựa vào định luật bảo tòan cơ năng, tinh; Tài liệu ôn tập Vật lý 12 NC GV: Nguyễn Văn Huy – Trường THPT Hòa Đa 3 a. vận tốc của vạt nặng trong con lắc lò xo kho qua vị trí cân bằng theo biên độ A b. Vận tốc con lắc đơn khi qua vị trí cân bằng theo biên độ góc α 0 . nhỏ của con lắc phụ thuộc vào: A. Khối lượng con lắc B. trọng lượng con lắc C. tỉ số của trọg lượng và khối lượng con lắc D. Khối lượng riêng của con lắc. Huy – Trường THPT Hòa Đa 1 Bài 7: CON LẮC ĐƠN – CON LẮC VẬT LÝ Bài 8: NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA 1. Con lắc đơn: • Con lắc đơn là hệ cơ học gồm: sợi