Vật lí 12 Bài 1: Đại cương dao động điều hòa

Rau muống xào

Cựu Mod Vật lí
Thành viên
10 Tháng tám 2021
2,498
1
2,617
431
21
Nghệ An
[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Bài 1: Đại cương dao động điều hòa

I, Tóm tắt lý thuyết

[imath]1[/imath], Dao động

  • Dao động cơ: chuyển động qua lại quanh [imath]1[/imath] 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.
  • Dao động điều hòa: Dao động mà trong đó li độ của vật là [imath]1[/imath] hàm cos (hay hàm sin) của thời gian.
*Mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều: Một điểm [imath]P[/imath] dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm [imath]M[/imath] tương ứng chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó.

1659600613089.png

[imath]2[/imath], Chu kỳ, tần số, tần số góc của dao động điều hòa

  • Chu kì [imath]T[/imath]: là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần.
  • Tần số [imath]f[/imath]: là số dao động toàn phần thực hiện trong [imath]1s[/imath] [imath]f=\dfrac{1}{T}[/imath]
  • Tần số góc [imath]\omega[/imath]: là đại lượng quy ước dùng để xác định trạng thái chuyển động của vật [imath]\omega =\dfrac{2\pi }{T}[/imath]

[imath]3[/imath], Phương trình dao động điều hòa: [imath]x=Acos(\omega t+\varphi )[/imath]

  • Li độ [imath]x[/imath] là độ lệch của vật so với vị trí cân bằng
  • Biên độ [imath]A[/imath] là độ lệch max của vật so với vị trí cân bằng [imath](A>0)[/imath]
  • Pha dao động [imath](\omega t+\varphi )[/imath] là đại lượng quy ước dùng để xác định trạng thái chuyển động của vật ở thời điểm [imath]t[/imath]
  • Pha ban đầu [imath]\varphi[/imath]: là đại lượng quy ước dùng để xác định trạng thái ban đầu của vật

[imath]4[/imath], Phương trình vận tốc tức thời và gia tốc tức thời


Phương trình vận tốc tức thờiPhương trình gia tốc tức thời
  • [imath]v=x'=-\omega Asin(\omega t+\varphi )[/imath]
  • [imath]\overrightarrow{v}[/imath] đổi chiều khi qua vị trí biên
  • [imath]v[/imath] luôn sớm pha [imath]\dfrac{\pi }{2}[/imath] so với [imath]x[/imath]
  • [imath]\overrightarrow{v}[/imath] cùng chiều với chiều chuyển động
  • Tốc độ [imath]v[/imath] đạt [imath]\max[/imath] khi qua cân bằng và min khi ở biên
  • [imath]a=v'=-\omega ^2Acos(\omega t+\varphi )[/imath]
  • [imath]\overrightarrow{a}[/imath] đổi chiều khi qua [imath]VTCB[/imath]
  • [imath]a[/imath] luôn sớm pha [imath]\dfrac{\pi }{2}[/imath] so với [imath]v[/imath] và ngược pha với [imath]x[/imath]
  • [imath]\overrightarrow{a}[/imath] luôn hướng về vị trí cân bằng
  • Đô lớn [imath]a[/imath] [imath]\max[/imath] khi ở biên và min khi ở [imath]VTCB[/imath]

[imath]5[/imath], Các hệ thức độc lập và đồ thị tương ứng


Hệ thức độc lậpDạng đồ thị
  • [imath](\dfrac{x}{A})^2+(\dfrac{v}{\omega A})^2=1[/imath]
  • [imath]a=-\omega ^2x[/imath]
  • [imath](\dfrac{a}{A\omega^2 })^2+(\dfrac{v}{A\omega })^2=1[/imath]
  • [imath]F=-kx[/imath]
  • Đồ thị [imath]x-v[/imath] hình elip
  • Đồ thị [imath]a-x[/imath] là đoạn thẳng đi qua gốc tọa độ
  • Đồ thị [imath]a-v[/imath] hình elip
  • Đồ thi [imath]F-x[/imath] là đoạn thẳng đi qua gốc tọa độ

[imath]6[/imath], Đồ thị dao động điều hòa

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của li độ [imath]x[/imath] vào thời gian là một đường sin. Vì thế dao động điều hòa còn gọi là dao động hình sin.
1659600626952.png


Câu hỏi SGK

C1:

Gọi [imath]Q[/imath] là hình chiếu của điểm [imath]M[/imath] lên trục [imath]y[/imath] (H.1.2). Chứng minh rằng điểm [imath]Q[/imath] dao động điều hòa.
1663006232669.png

Trả lời:
Gọi [imath]Q[/imath] là hình chiếu của điểm [imath]M[/imath] lên trục [imath]Oy[/imath]
Ta có tọa độ [imath]y=\overline{OQ}[/imath] của điểm [imath]Q[/imath] có phương trình là : [imath]y_Q = OM.\sin(\omega t + \varphi)[/imath]
Đặt [imath]OM = A[/imath], phương trình tọa độ [imath]y[/imath] được viết lại là : [imath]y_Q = OM.\sin(\omega t + \varphi)[/imath]
Vì hàm [imath]\sin[/imath] hay [imath]\cos[/imath] là một dao động điều hòa, nên dao động của điểm [imath]Q[/imath] được gọi là dao động điều hòa.



Xem thêm:
[Vật lí 7] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 8] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 9] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 10] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 11] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 12] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP

 
Last edited:
  • Love
Reactions: Hoàng Long AZ

Rau muống xào

Cựu Mod Vật lí
Thành viên
10 Tháng tám 2021
2,498
1
2,617
431
21
Nghệ An

Bài tập SBT

[imath]1.1[/imath] Một chất điểm dao động điều hòa có quỹ đạo là một đoạn thẳng dài [imath]30cm[/imath]. Biên độ dao động của vật là
A. [imath]30cm[/imath]
B.[imath]15 cm[/imath]
C. [imath]-15 cm[/imath]
D. [imath]7,5 cm[/imath]

Lời giải : Chọn B
[imath]A=\dfrac {30} {2} =15 cm[/imath]

[imath]1.2.[/imath] Tốc độ một vật dao động điều hòa cực đại khi nào ?
A. Khi [imath]t = 0[/imath]
B. Khi [imath]t = \dfrac T 4[/imath]
C. Khi [imath]t = \dfrac T 2[/imath]
D. Khi vật đi qua vị trí cân bằng

Lời giải : Chọn D
Lí thuyết: Tốc độ một vật dao động điều hòa cực đại khi vật đi qua vị trí cân bằng

[imath]1.3.[/imath] Một điểm chuyển động tròn đều với tốc độ dài [imath]0,60 m/s[/imath] trên một đường tròn đường kính [imath]0,40 m[/imath]. Hình chiếu của nó lên một đường kính dao động điều hòa với biên độ, chu kì và tần số góc là:
A. [imath]0,40 m; 2,1 s ; 3,0 rad/s[/imath]
B. [imath]0,20 m; 0,48 s ; 3,0 rad/s[/imath]
C. [imath]0,20 m; 4,2 s ; 1,5 rad/s[/imath]
D. [imath]0,20 m; 2,1 s ; 3,0 rad/s[/imath]

Lời giải : Chọn D
[imath]A=\dfrac {0,4}{2}=0,2(m)=r[/imath]
Ta có: [imath]v=r\omega \rightarrow 0,6=0,2 \omega \rightarrow \omega=3 rad/s[/imath]
[imath]T=\dfrac {2\pi}{\omega}=2,1s[/imath]

[imath]1.4.[/imath] Một vật dao động điều hòa theo phương trình [imath]x = 5\cos\pi t(cm)[/imath] . Tốc độ của vật có giá trị cực đại là
A. [imath]-5\pi(cm/s)[/imath].
B. [imath]5\pi(cm/s)[/imath].
C. [imath]5(cm/s)[/imath].
D. [imath]\dfrac 5 \pi(cm/s)[/imath].

Lời giải : Chọn B
[imath]v_{max}=w.A=5\pi cm/s[/imath]

[imath]1.5.[/imath] Phương trình dao động điều hoà của một chất điểm là [imath]x = A\cos\left(\omega t - \dfrac \pi 2\right)cm[/imath]. Gốc thời gian được chọn vào lúc nào dưới đây?
A. Lúc chất điểm qua vị trí cân bằng theo chiều dương.
B. Lúc chất điểm qua vị trí cân bằng theo chiều âm.
C. Lúc chất điểm ở vị trí biên [imath]x = +A[/imath].
D. Lúc chất điểm ở vị trí biên [imath]x= -A[/imath].

Lời giải : Chọn A

[imath]1.6.[/imath] Một vật nhỏ dao động điều hoà theo phương trình [imath]x = 10\cos\left(\pi t + \pi/6\right)(cm)[/imath]
Lấy [imath]\pi^2 = 10[/imath]. Gia tốc của vật có độ lớn cực đại là
A. [imath]10\pi cm/s^2[/imath].
B. [imath]10 cm/s^2[/imath].
C. [imath]100 cm/s^2[/imath].
D. [imath]100\pi cm/s^2[/imath].

Lời giải : Chọn C
Gia tốc của vật có độ lớn cực đại là: [imath]a_{\max}=\omega^2.A=\pi^2.10=100 cm/s^2[/imath]

[imath]1.7.[/imath] Một chất điểm dao động điều hoà theo phương trình : [imath]x = 2\cos\left(2\pi t + \dfrac \pi 2\right)cm[/imath]. Tại [imath]t = 0,25 s[/imath] chất điểm có li độ bằng
A. [imath]\sqrt 3 cm[/imath].
B. [imath]-\sqrt 3 cm[/imath].
C. [imath]2[/imath] cm.
D. [imath]-2[/imath] cm.

Lời giải : Chọn D
Thay [imath]t=0,25[/imath] vào phương trình li độ ta được [imath]x_t=-2cm[/imath]

[imath]1.8.[/imath] Một chất điểm dao động điều hoà trên trục [imath]Ox[/imath]. Khi chất điểm qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là [imath]20 cm/s[/imath]. Khi chất điểm có tốc độ là [imath]10 cm/s[/imath] thì gia tốc của nó có độ lớn là [imath]40\sqrt 3 cm/s^2[/imath]. Biên độ dao động của chất điểm là
A. [imath]4cm.[/imath]
B. [imath]5 cm.[/imath]
C. [imath]8 cm.[/imath]
D. [imath]10cm.[/imath]

Lời giải : Chọn B
Ta có: [imath]\dfrac{a^2}{a_{max}^2}+\dfrac{v^2}{v_{max}^2}=1[/imath]
[imath]\Rightarrow \dfrac {(40\sqrt 3)^2}{a_{max}^2}+ \dfrac{10^2}{20^2}=1[/imath]
[imath]\Rightarrow a_{max}=80 cm/s^2[/imath]
[imath]\Rightarrow A=\dfrac{v_{max}^2}{a_{max}}=5cm[/imath]

[imath]1.9.[/imath] Một chất điểm dao động điều hoà trên trục [imath]Ox[/imath]. Biết quãng đường đi được của chất điểm trong một chu kì dao động là [imath]16 cm[/imath]. Biên độ dao động của chất điểm bằng
A. [imath]16cm .[/imath]
B. [imath]4 cm[/imath].
C. [imath]32 cm[/imath].
D. [imath]8 cm[/imath].

Lời giải : Chọn B
Trong [imath]1[/imath] chu kỳ chất điểm đi được quãng đường là [imath]4A=16cm\Rightarrow A=4cm[/imath]$

[imath]1.10.[/imath] Một chất điểm dao động điều hoà với chu kì [imath]1,25 s[/imath] và biên độ [imath]5 cm[/imath]. Tốc độ lớn nhất của chất điểm là
A. [imath]25,1 cm/s[/imath].
B. [imath]2,5 cm/s[/imath].
C. [imath]63,5 cm/s[/imath].
D. [imath]6,3 cm/s[/imath].

Lời giải : Chọn A
Tốc độ lớn nhất của chất điểm là [imath]v_{max}=w.A=\dfrac{2\pi}{T}.5=\dfrac{2\pi}{1,25}.5=25,1327cm/s^2[/imath]

[imath]1.11.[/imath] Một chất điểm dao động điều hoà trên trục [imath]Ox[/imath]. Vectơ gia tốc của chất điểm có
A. độ lớn cực tiểu khi qua vị trí cân bằng, luôn cùng chiều với vectơ vận tốc.
B. độ lớn không đổi, chiều luôn hướng về vị trí cân bằng.
C. độ lớn cực đại ở vị trí biên, chiều luôn hướng ra biên.
D. độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ, chiều luôn hướng về vị trí cân bằng.

Lời giải : Chọn D
Lý thuyết SGK :Vecto gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng

[imath]1.12.[/imath] Một vật dao động điều hoà theo phương trình [imath]x = 0,05\cos10\pi t (m)[/imath]. Hãy xác định:
a) Biên độ, chu kì và tần số của vật.
b) Tốc độ cực đại và gia tốc cực đại của vật.
c) Pha của dao động và li độ của vật tại thời điểm [imath]t = 0,075 s[/imath].

a, Biên độ [imath]A=0,05m[/imath]
Chu kì [imath]T=\dfrac {2\pi}{w}=0,2s[/imath]
Tần số [imath]f=\dfrac 1 T=5 Hz[/imath]

[imath]1.13.[/imath] Một vật dao động điều hoà với biên độ [imath]A = 24 cm[/imath] và chu kì [imath]T = 4 s[/imath]. Tại thời điểm [imath]t = 0[/imath], vật có li độ là [imath]-A[/imath].
a) Viết phương trình dao động của vật.
b) Tính li độ, vận tốc và gia tốc của vật tại thời điểm [imath]t = 0,5 s[/imath].
c) Xác định thời điểm đầu tiên vật qua vị trí có li độ [imath]x = -12 cm[/imath] và tốc độ tại thời điểm đó.

Lời giải
a, Sử dụng vòng tròn lượng giác
[imath]\omega =\dfrac{2\pi}{T}=0,5\pi rad/s[/imath]
Phương trình dao động của vật là [imath]x=24\cos(0,5\pi t +\pi)[/imath]
b,Thay [imath]t[/imath] vào phương trình dao động ta được [imath]x_t=-16,9~17cm[/imath]
[imath]v_t=x'(t)=26,64 cm/s~27cm/s[/imath]
[imath]a_t=x''(t)=41,6cm/s^2=42cm/s[/imath]
c,Sử dụng trục thời gian
[imath]\Rightarrow[/imath] Vật từ biên âm đi theo chiều dương đến vị trí [imath]x=-12cm=-\dfrac A 2[/imath] hết [imath]\dfrac T {6} s=\dfrac 2 3 s[/imath]
[imath]v_t=x'(t)=32,6cm/s~33cm/s[/imath]

[imath]1.14.[/imath] Xét một cơ chế truyền và biến đổi chuyển động (H.1.1). Hãy giải thích tại sao khi bánh xe quay đều thì pit-tông dao động điều hoà
1659600933679.png




Lời giải
Xem thanh ngang là trục [imath]Ox[/imath] ,chuyển động của vòng tròn là [imath]1[/imath] chuyển động tròn đều có hình chiếu lên trục [imath]Ox[/imath] là [imath]1[/imath] dao động điều hoá từ đó làm pit tông dao động điều hoà
[imath]1.15.[/imath] Hai điểm [imath]M[/imath] và [imath]N[/imath] cùng chuyển động đều trên một đường tròn tâm [imath]O[/imath], bán kính, bán kính [imath]A[/imath], theo cùng một chiều và với cùng vân tốc góc [imath]\omega[/imath] (H.1.2). Hình chiếu [imath]P[/imath] của [imath]M[/imath] trên trục [imath]x[/imath] dao động theo phương trình [imath]x = A cos \omega t[/imath] và hình chiếu [imath]Q[/imath] của [imath]N[/imath]
trên trục [imath]Oy[/imath] dao động theo phương trình [imath]y = A \sin\left(\omega t + \dfrac \pi 2\right)[/imath]. Tính hiệu số pha dao động của chúng.
1659600949633.png


Lời giải
Vì [imath]\cos \omega t = \sin\left(\omega t + \dfrac{\pi}{2}\right)[/imath] nên 2 dao động cùng pha
[imath]\Rightarrow[/imath] Hiệu số pha bằng [imath]0[/imath]


Xem thêm:
[Vật lí 7] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 8] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 9] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 10] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 11] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
[Vật lí 12] HỆ THỐNG MỤC MỤC CÁC LỚP
 
Last edited:
  • Like
Reactions: Hoàng Long AZ
Top Bottom