Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI VẬT LÝ 12 PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC
GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 1 Chương 1 : DAO ĐỘNG CƠ HỌC Vấn đề 01 : TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG CƠ HỌC Thế nào là dao động cơ : Chuyển động qua lại quanh một vị trí đặc biệt, gọi là vị trí cân bằng. Dao động tuần hoàn : Sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ. 1) Các biểu thức : Phương trình dao động ( li độ ) : x = A.cos(ωt + ϕ) max Ax = + Trong đó : x là li độ A là biên độ cực đại ω là tần số góc t ω ϕ + là pha dao động ở thời điểm t (rad) ϕ là pha dao động khi t = 0 ( pha ban đầu ) Chiều dài quỹ đạo : L = 2A Vận tốc tức thời: v = x’(t)= ω − Asin(ωt + ϕ) Vectơ v G luôn cùng chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương thì v > 0, theo chiều âm thì v < 0) Gia tốc tức thời: 22 a= ω Acos(ωt φ)x ω − =− + ( a G luôn hướng về vị trí cân bằng ) Các chú ý : Vật ở VTCB: x = 0; |v| Max = ωA ; |a| Min = 0 Vật ở biên: x = ± A; |v| Min = 0 ; |a| Max = ω 2 A 2) Chu kỳ - tần số : Chu kỳ T : Thời gian để hệ thực hiện một dao động toàn phần 2πΔt T ω N == T : chu kỳ (s) t Δ : thời gian hệ thực hiện đuợc N dao động Tần số f (Hz) : Số dao động toàn phần mà vật thực hiện trong một đơn vị thời gian 1 ω f T2π == 3) Công thức độc lập thời gian : 2 22 2 v Ax ω =+ hoặc 2222 v ω (A x )=− 4) Công thức lượng giác thường gặp : π cosu cos(u π) ; sinu cos(u ) 2 −= + = − Bài tập vận dụng : Một chất điểm dao động điều hòa trên một đoạn thẳng, khi qua vị trí M và N có gia tốc là a M = +30cm/s 2 và a N = + 40cm/s 2 . Khi đi qua trung điểm của MN, chất điểm có gia tốc là A. ± 70cm/s 2 B. + 35cm/s 2 C. + 25cm/s 2 D. ± 50cm/s 2 Giải : VD 1: Một vật dao động đều hòa theo phương trình π x 10cos(5πt) 3 =+ (cm). a) Xác định pha ban đầu, biên độ, chu kỳ, chiều dài quỹ đạo, tần số ? b) Viết biểu thức gia tốc và vận tốc của vật ở thời điểm t và tìm gia tốc và vận tốc khi t = 0,5s Giải GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 2 VD 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình 5cos(3 ) 6 xt π π =+ (cm). Hãy xác định: a) Biểu thức vận tốc và gia tốc của vật theo thời gian t. b) Giá trị cực đại của gia tốc. c) Vận tốc v 1 của vật tại thời điểm t 1 =1s và vận tốc v 2 khi vật có li độ x 2 = 4cm VD 3: Một vật năng dao động đều hòa với chiều dài quỹ đạo là 8cm. Vật thực hiện 10 dao động toàn phần mất 3,14s. Tìm vận tốc của vật khi qua vị trí x = +2cm. VD 4: Một vật dao động điều hoà khi có li độ 1 2 x cm = thì vận tốc 1 43v π = cm, khi có li độ 2 22 x cm= thì có vận tốc 2 42v π = cm. Tính biên độ và tần số dao động của vật VD 5: Dao động điều hòa có phương trình 2 6cos( ) 3 xt π π =−(cm). Tại vị trí x = 3 cm, vận tốc có giá trị: A. 3 π cm/s B. 3 π cm/s C. 23 π cm/s D. 33 π cm/s VD 6: Dao động điều hòa có phương trình 6cos(10 ) 6 xt π π =− (cm). Vào lúc t = 0,2s, li độ x và vận tốc v có giá trị: A. 3cm và -30 π cm/s B. 3cm và 30 3 π cm/s C. -3cm và 30 π cm/s D. -3cm và 30 3 π cm/s GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 3 VD 7: Một vật dao động đều hòa với độ lớn cực đại vận tốc và gia tốc tương ứng là 62,8 (cm/s) và 4 (m/s 2 ). Hãy xác định biên độ A và chu kỳ dao động T ? VD 8: Một vật dao động đều hòa theo phương trình 6cos(4 ) 6 xt π π =+ (cm). Xác định vận tốc của vật tại vị trí a) Cân bằng. b) Có li độ x = 2cm. VD 9: Một vật dao động đều hòa theo phương trình 2 4cos(4 ) 7 xt π π =− − (cm). Tìm pha ban đầu và chu kỳ. VD 10: Một vật dao động đều hòa theo phương trình 2 5sin(5 ) 7 xt π π =−(cm). Tìm pha ban đầu và chu kỳ. VD 11 (ĐH Khối A – 2009): Một vật dao động điều hòa có phương trình x = Acos(ωt + ϕ). Gọi v và a lần lượt là vận tốc và gia tốc của vật. Hệ thức đúng là : A. 22 2 42 va A+= ωω . B. 22 2 22 va A+= ωω C. 22 2 24 va A+= ωω . D. 22 2 24 a A v ω += ω . VD 12: Vật dao động điều hoà với vận tốc cực đại v max , có tần số góc ω, khi qua có li độ x 1 với vận tốc v 1 thoã mãn : A. v 1 2 = v 2 max - ω 2 x 2 1 . B. v 1 2 = v 2 max + 2 1 ω 2 x 2 1 . C. v 1 2 = v 2 max - 2 1 ω 2 x 2 1 . D. v 1 2 = v 2 max +ω 2 x 2 1 . GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 4 VD 13: Phương trình dao động của chất điểm có dạng x = Acos(ωt − 3 π ), gốc thời gian đã được chọn vào lúc A. Chất điểm có li độ x = + A 2 . C. Chất điểm qua vị trí có li độ x = + A 2 theo chiều dương. B. Chất điểm có li độ x = − A 2 . D. Chất điểm qua vị trí có li độ x = + A 2 theo chiều âm. VD 14: Một vật dao động đều hòa với phương trình x = A.cos(ωt + ϕ). Tại thời điểm pha dao động bằng 7 6 π thì vật có li độ 53cm/sx =− . Tìm biên độ của con lắc. VD 15: Một vật dao động đều hòa theo phương trình π x8cos(4πt) 6 =+ (cm). Tìm thời điểm mà vật: a) Qua vị trí 4cm. b) Qua vị trí x = 43cm. c) Qua vị trí x = - 4cm theo chiều dương lần thứ hai. d) Qua vị trí biên dương lần thứ 3. e)* Qua vị trí x = 4cm trong một chu kỳ đầu tiên. f) Qua vị trí cân bằng lần thứ 7. g) Qua vị trí 42x = theo chiều âm lần thứ 10. GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 5 VD 16 (CĐ – 2009): Một chất điểm dao động điều hòa có phương trình vận tốc là v = 4πcos2πt (cm/s). Gốc tọa độ ở vị trí cân bằng. Mốc thời gian được chọn vào lúc chất điểm có li độ và vận tốc là: A. x = 2 cm, v = 0. B. x = 0, v = 4π cm/s C. x = -2 cm, v = 0 D. x = 0, v = -4π cm/s. VD 17: Một vật dao động điều hòa, trong 1 phút thực hiện được 30 dao động toàn phần. Quãng đường mà vật di chuyển trong 8s là 64cm. Biên độ dao động của vật là A. 3cm B. 2cm C. 4cm D. 5cm VD 18 : Vật dao động điều hòa trên quỹ đạo dài 10cm, khi qua VTCB nó có vận tốc là 31,4 cm/s, tần số dao động của vật là: A. f = 1Hz. B. f = 3,14Hz. C. f = 2Hz. D. f = 0,5 Hz. VD 19 : Một vật dao động đều hòa theo phương trình x5cos(πt) ϕ = + (cm; s). Khi pha dao động là 60 0 thì vận tốc và gia tốc của vật là bao nhiêu ? VD 20: Một vật dao động điều hoà trong nửa chu kỳ đi được quãng đường 10cm. Khi vật có li độ x = 3cm thì có vận tốc v =16 π cm/s. Chu kỳ dao động của vật là bao nhiêu ? GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 6 VD 21: Một vật dao động điều hoà theo phương trình x = 4cos(6 π t + 6 π )cm. Vận tốc của vật đạt gía trị 12 π cm/s khi vật đi qua ly độ: A. -2 3 cm B. ± 2cm C. ± 2 3 cm D.+2 3 cm VD 22: Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của bình phương vận tốc theo li độ trong dao động điều hoà có dạng là A. một phần đường hypebol. B. một đường tròn. C. một đường elip. D. một phần đường parabol. BÀI TẬP TỰ LUẬN Bài 1: Một vật dao động đều hòa theo phương trình π x9sin(5πt) 3 =+ (cm). a) Xác định pha ban đầu, biên độ, chu kỳ, chiều dài quỹ đạo, tần số ? b) Viết biểu thức gia tốc và vận tốc của vật ở thời điểm t và tìm gia tốc và vận tốc khi t = 0,25s ? Bài 2: Một vật dao động đều hòa với chu kỳ 0,5s. Biết tốc độ của vật ứng với pha dao động 3 π (rad) là 2 m/s. Hãy xác định biên độ A ? Bài 3: Một vật dao động đều hòa với độ lớn cực đại vận tốc và gia tốc tương ứng là 62,8 (cm/s) và 4 (m/s 2 ). Hãy xác định biên độ A và chu kỳ dao động T ? Bài 5: Một vật dao động đều hòa khi qua vị trí cân bằng thì tốc độ của vật là 6 π (cm/s) và độ lớn gia tốc khi vật ở biên là 2 12 π (cm/s 2 ). Tìm biên độ và tần số góc ? Bài 6: Một vật dao động đều hòa có phương trình vận tốc là v 8 sin(2 ) (cm/s) 3 t π ππ =− + .Viết phương trình dao động của vật và tính vận tốc vật khi gia tốc 2 a2π= (cm/s 2 ). GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 7 Bài 7: Một vật dao động đều hòa có phương trình gia tốc là 22 16 cos(2 ) (cm/s ) 3 at π ππ =− + . Viết phương trình dao động của vật và tính gia tốc vật khi vận tốc là max v v 2 = . Bài 8: Một vật dao động điều hoà, khi vật có li độ x 1 = 4cm thì vận tốc 1 403 /vcms π =− ; khi vật có li độ 2 42 x cm= thì vận tốc 2 402 cm/sv π = . Tính chu kỳ dao động và chiều dài quỹ đạo. Bài 9: Một vật dao động điều hoà có đặc điểm sau : + Khi đi qua vị trí có tọa độ x 1 = 8cm thì vận tốc vật là v 1 = 12cm/s. + Khi đi qua vị trí có tọa độ x 2 = 6− cm thì vận tốc vật là v 2 = 16cm/s. Tính tần số góc và biên độ dao động. (ĐS : 2rad/s; 10cm) Trắc Nghiệm Câu 1: Một vật dao động đều hòa theo phương trình x5cos(πt) 3 π =− (cm; s). Ở thời điểm t = 2s thì vật : A. Chuyển động thẳng đều. B. Chuyển động thẳng nhanh dần. C. Chuyển động thẳng chậm dần . D. Đứng yên. Câu 2: Một vật dao động đều hòa theo phương trình x10cos(2πt) 3 π =+ (cm; s). Ở thời điểm t = 1s thì vật : A. Chuyển động thẳng đều. B. Chuyển động thẳng nhanh dần. C. Chuyển động thẳng chậm dần . D. Đứng yên. GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 8 Câu 3: Phương trình dao động của chất điểm có dạng x = Acos(ωt - 2 π ), gốc thời gian đã được chọn vào lúc : A. Chất điểm có li độ x = A. B. Chất điểm có li độ x = - A. C. Chất điểm qua VTCB theo chiều dương. D. Chất điểm qua VTCB theo chiều âm. Câu 4: Phương trình dao động của chất điểm có dạng x = Acos(ωt + 5 6 π ), gốc thời gian đã được chọn vào lúc A. Chất điểm có li độ x = + A3 2 . C. Chất điểm qua vị trí có li độ x = + A3 2 theo chiều dương B. Chất điểm có li độ x = − A3 2 . D. Chất điểm qua vị trí có li độ x = − A3 2 theo chiều âm Câu 5: Phương trình dao động điều hòa của chất điểm có dạng x = 6cos(10πt + 2 π ) (cm; s). Li độ của vật khi pha dao động bằng − 3 π là : A.−3cm. B. 3cm. C. 4,24cm. D. − 4,24cm. Câu 6: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 8cos(2πt) cm. Thời điểm thứ nhất vật đi qua vị trí cân bằng là: A. 1 4 s B. 1 2 s C. 1 6 s D. 1 3 s Câu 7: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 4cos(4πt + 6 π ) cm. Thời điểm thứ 3 vật qua vị trí x = 2cm theo chiều dương. A. 9/8 s B. 11/8 s C. 5/8 s D. 1,5 s GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 9 Câu 8: Phương trình dao động của chất điểm có dạng x = 5cos(πt - 6 π ) cm. Thời điểm vật qua vị trí có li độ + 2,5cm theo chiều dương lần đầu tiên là : A. 11/6s B. 1/6s C. 23/6s D. 7/6s Câu 9: Một vật dao động điều hoà khi có li độ 1 2 x cm = thì vận tốc 1 43v π = cm, khi có li độ 2 22 x cm= thì có vận tốc 2 42v π = cm. Biên độ và tần số dao động của vật là: A. 4cm và 1Hz. B. 8cm và 2Hz. C. 42cm và 2Hz. D. Đáp án khác. Câu 10: Một chất điểm dao động điều hòa. Khi đi qua vị trí cân bằng, tốc độ của chất điểm là 40cm/s, tại vị trí biên gia tốc có độ lớn 200cm/s 2 . Biên độ dao động của chất điểm là: A. 0,1m. B. 8cm. C. 5cm. D. 0,8m. Câu 11: Cho một vật dao động điều hòa có phương trình chuyển động ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ π −π= 6 t210cosx(cm). Vật đi qua vị trí cân bằng lần đầu tiên vào thời điểm: A. 3 1 (s) B. 6 1 (s) C. 3 2 (s) D. 12 1 (s) Câu 14: Một vật dao động điều hoà với biên độ A, tần số góc ω . Chọn gốc toạ độ ở vị trí cân bằng, tại thời điểm t, vật có li độ x, vận tốc v. Hệ thức liên hệ giữa các đại lượng trên là: A. v 2 = 2 ω (A 2 + x 2 ) B. v 2 = 2 22 xA ω − C. v 2 = 2 22 xA ω + D. v 2 = 2 ω (A 2 - x 2 ) Câu 15: Tìm tần số góc và biên độ của một dao động điều hòa nếu tại các khoảng cách x 1 , x 2 kể từ vị trí cân bằng, vật có độ lớn vận tốc tương ứng là v 1 , v 2 . A. 2 2 22 22 12 1221 22 22 21 12 ; v v vx vx A xx vv ω ++ == −− B. 2 2 22 22 12 1221 22 22 21 12 ; v v vx vx A xx vv ω −− == −− C. 2 2 22 22 12 1221 22 22 21 12 ; v v vx vx A xx vv ω +− == −− D. 2 2 22 22 12 1221 22 22 21 12 ; v v vx vx A xx vv ω −+ == −− GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Đt : 0914449230 Email : ngvuminh249@yahoo.com 10 Câu 16: Một vật dao động điều hòa trên trục Ox, xung quanh vị trí cân bằng là gốc tọa độ. Gia tốc của vật phụ thuộc vào li độ x theo phương trình: a = − 400 π 2 x. Số dao động toàn phần vật thực hiện được trong mỗi giây là: A.20. B. 10. C. 40. D. 5. Câu 17: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 4cos(4πt + 6 π ) cm. Thời điểm thứ 2009 vật qua vị trí x = 2cm. A. 12049 24 s B. 12061 24 s C. 12025 24 s D. Đáp án khác Câu 18 (ĐH – 2011): Một chất điểm dao động điều hòa theo phương trình t 3 2 cos4x π = (x tính bằng cm; t tính bằng s). Kể từ t = 0, chất điểm đi qua vị trí có li độ x = -2cm lần thứ 2011 tại thời điểm A. 6030 s. B. 3016 s. C. 3015 s. D. 6031 s. Câu 19: Đồ thị nào sau đây thể hiện đúng sự thay đổi của gia tốc a theo li độ x của một vật dao động điều hoà với biên độ A? A B C D a -A 0 +A x a 0 x -A +A a -A 0 +A x a +A -A 0 x [...]... 0,7s Câu 3: Khi gắn quả nặng m1 vào một lò xo, nó dao động với chu kì T1=1,2s Khi gắn quả nặng m2 vào một lò xo, nó dao động với chu kì T2=1,6s Khi gắn đồng thời m1 và m2 vào lò xo đó thì chu kì dao động của chúng là A 1,4s B 2,0s C 2,8s D 4,0s Câu 4: Trong dao động điều hòa của một con lắc lò xo, nếu giảm khối lượng của vật nặng 20% thì số lần dao động của con lắc trong một đơn vị thời gian: 5 5 lần... Δt , quả cầu khối lượng m1 thực hiện n1 dao động, cũng trong thời gian Δt quả cầu khối lượng m2 có số dao động giảm một m 1 1 nữa Tỉ số 1 : A D 2 B C 4 2 4 m2 Câu 9: Khi gắn quả nặng m1 vào một lò xo, nó dao động với chu kì T1 Khi gắn quả nặng m2 vào một lò xo, nó dao động với chu kì T2 Nếu treo quả cầu có khối lượng m = m1 ± m 2 vào lò xo đó thì chu kì dao động của T +T TT T −T B T12 ± T22 C 2 1 D... mắc lò xo đó với vật nặng m2 thì chu kì dao động là T2=2,4s Tìm chu kì dao động khi ghép m1 và m2 với lò xo nói trên A 2,5s B 2,8s C 3,6s D 3,0s Câu 2: Viên bi m1 gắn vào lò xo k thì hệ dao đông với chu kỳ T1=0,6s, viên bi m2 gắn vào lò xo k thì heọ dao động với chu kỳ T2=0,8s Hỏi nếu gắn cả hai viên bi m1 và m2 với nhau và gắn vào lò xo k thì hệ có chu kỳ dao động là bao nhiêu ? A 0,6s B 0,8s C 1,0s... lượng m thì trong quá trình dao động chiều dài lò xo thay đổi từ 25cm đến 65cm Gọi T là chu kỳ dao động con lắc Tính biên độ dao động, chiều dài lò xo khi vật ở VTCB, thời gian lò xo giãn trong một chu kỳ ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Bài 13: Một lò xo treo thẳng đứng dao động đều hòa với biên độ... lượng m = 100g đang dao động đều hòa Độ lớn vận tốc khi vật ở VTCB là 31,4cm/s và độ lớn gia tốc cực đại là 4 m/s Tìm độ cứng lò xo : A 16 N/m B 62,5 N/m C 160 N/m D 625 N/m Câu 6: Một lò xo độ cứng 80N/m Người ta treo lần lượt 2 quả cầu m1 và m2 vào lò xo trên và kích thích cho nó dao động đều hòa Trong cùng một khoảng thời gian, vật m1 thực hiện 10 dao động, vật m2 thực hiện 5 dao động Gắn cả hai vật... ……………………………………………………………………………………………………………………… Bài 8: Một lò xo gắn vật nặng dao động đều hòa theo phương ngang Trong quá trình dao động chiều dài lò xo thay đổi từ 40cm đến 50cm Tìm chiều dài tự nhiên lò xo và biên độ dao động ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Bài 9: Một lò xo gắn vật nặng 400g dao động đều hòa theo phương ngang với tần số f = 5Hz Chiều dài... lò xo, nó dao động với chu kì T1 = 0,6s Khi gắn quả nặng m2 vào một lò xo, nó dao động với chu kì T2 = 0,3s Nếu treo quả cầu có khối lượng m = 3m1 − 2m 2 vào lò xo đó thì chu kì dao động của chúng gần nhất với giá trị nào sau đây : A 0,95s B 0,85s C 0,75s D 1,05s A tăng Đt : 0914449230 24 Email : ngvuminh249@yahoo.com GV : Th.S Nguyễn Vũ Minh Vật Lý - 12 Vấn đề 05 : LẬP PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG ĐỀU HÒA... : Vật dao động đều hòa với tần số 0,5Hz Tại t = 0 vật có li độ x = 4cm và vận tốc v = −12,56cm/s Lập phương trình dao động của vật ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Bài 12 : Vật dao động đều hòa với phương trình x = Acos(ωt0 + ϕ ) Khi pha dao động là... trình dao động của quả cầu có dạng ? Bài 23 : Một vật dao động với biên độ 6cm Lúc t = 0, con lắc qua vị trí có li độ x = 3 2 cm theo chiều dương với gia tốc có độ lớn 2 /3 cm/s2 Phương trình dao động của con lắc là ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Bài 24 : Một vật có khối lượng m = 1kg dao động. .. vật dao động đều biên độ A = 4cm, tần số f = 5Hz Khi t = 0 vận tốc của vật đạt giá trị cực đại và chuyển động theo chiều dương của trục tọa độ Phương trình dao động của vật là: B x = 4cos(5π t + π )cm π π C x = 4cos(10π t + )cm D x = 4cos(10π t − )cm 2 2 Câu 2: Một vật dao động điều hòa với tần số góc ω = 10 5rad / s Tại thời điểm t = 0 vật có li độ x = 2cm và có vận tốc −20 15cm / s Phương trình dao