Các dạng bài Dao động cơ

2. Một vật nhỏ khối lượng 100 g dao động điều hòa trên quỹ đạo thẳng dài 20 cm với tần số góc 6 rad/s. Tính vận tốc cực đại và gia tốc cực đại của vật. 3. Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40 cm. Khi ở vị trí có li độ x = 10 cm vật có vận tốc 20 cm/s. Tính vận tốc và gia tốc cực đại của vật. 4. Một chất điểm dao động điều hoà với chu kì 0,314 s và biên độ 8 cm. Tính vận tốc của chất điểm khi nó đi qua vị trí cân bằng và khi nó đi qua vị trí có li độ 5 cm.

doc25 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Lượt xem: 5425 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Các dạng bài Dao động cơ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
I. DAO ĐỘNG CƠ ( Phần dành cho giáo viên_ đã có đáp số) Mã số: daodongco_11072011 I.1. Tìm các đại lượng đặc trưng trong dao động điều hòa. 1. Phương trình dao động của một vật là: x = 6cos(4pt + ) (cm), với x tính bằng cm, t tính bằng s. Xác định li độ, vận tốc và gia tốc của vật khi t = 0,25 s. 2. Một vật nhỏ khối lượng 100 g dao động điều hòa trên quỹ đạo thẳng dài 20 cm với tần số góc 6 rad/s. Tính vận tốc cực đại và gia tốc cực đại của vật. 3. Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40 cm. Khi ở vị trí có li độ x = 10 cm vật có vận tốc 20pcm/s. Tính vận tốc và gia tốc cực đại của vật. 4. Một chất điểm dao động điều hoà với chu kì 0,314 s và biên độ 8 cm. Tính vận tốc của chất điểm khi nó đi qua vị trí cân bằng và khi nó đi qua vị trí có li độ 5 cm. 5. Một chất điểm dao động theo phương trình: x = 2,5cos10t (cm). Vào thời điểm nào thì pha dao động đạt giá trị ? Lúc ấy li độ, vận tốc, gia tốc của vật bằng bao nhiêu? 6. Một vật dao động điều hòa với phương trình: x = 5cos(4pt + p) (cm). Vật đó đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương vào những thời điểm nào? Khi đó độ lớn của vận tốc bằng bao nhiêu? 7. Một vật nhỏ có khối lượng m = 50 g, dao động điều hòa với phương trình: x = 20cos(10pt + ) (cm). Xác định độ lớn và chiều của các véc tơ vận tốc, gia tốc và lực kéo về tại thời điểm t = 0,75T. 8. Một vật dao động điều hòa theo phương ngang với biên độ cm và với chu kì 0,2 s. Tính độ lớn của gia tốc của vật khi nó có vận tốc 10 cm/s. 9. Một vật dao động điều hòa với phương trình: x = 20cos(10pt + ) (cm). Xác định thời điểm đầu tiên vật đi qua vị trí có li độ x = 5 cm theo chiều ngược chiều với chiều dương kể từ thời điểm t = 0. 10. Một vật dao động điều hòa với phương trình: x = 4cos(10pt - ) (cm). Xác định thời điểm gần nhất vận tốc của vật bằng 20p cm/s và đang tăng kể từ lúc t = 0. Đáp số và hướng dẫn giải: 1. Khi t = 0,25 s thì x = 6cos(4p.0,25 +) = 6cos= - 3(cm); v = - 6.4psin(4pt + ) = - 6.4psin= 37,8 (cm/s); a = - w2x = - (4p)2. 3= - 820,5 (cm/s2). 2. Ta có: A = = = 10 (cm) = 0,1 (m); vmax = wA = 0,6 m/s; amax = w2A = 3,6 m/s2. 3. Ta có: A = = = 20 (cm); w = = 2p rad/s; vmax = wA = 2pA = 40p cm/s; amax = w2A = 800 cm/s2. 4. Ta có: w = = 20 (rad/s). Khi x = 0 thì v = ± wA = ±160 cm/s. Khi x = 5 cm thì v = ± w= ± 125 cm/s. 5. Ta có: 10t = ð t = (s). Khi đó x = Acos = 1,25 (cm); v = - wAsin = - 21,65 (cm/s); a = - w2x = - 125 cm/s2. 6. Khi đi qua vị trí cân bằng thì x = 0 ð cos(4pt + p) = 0 = cos(±). Vì v > 0 nên 4pt + p = - + 2kp ð t = - + 0,5k với k Î Z. Khi đó |v| = vmax = wA = 62,8 cm/s. 7. Khi t = 0,75T = = 0,15 s thì x = 20cos(10p.0,15 + ) = 20.cos2p = 20 cm; v = - wAsin2p = 0; a = - w2x = - 200 m/s2; F = - kx = - mw2x = - 10 N; a và F đều có giá trị âm nên gia tốc và lực kéo về đều hướng ngược với chiều dương của trục tọa độ. 8. Ta có: w = = 10p rad/s; A2 = x2 + = ð |a| = = 10 m/s2. 9. Ta có: x = 5 = 20cos(10pt + ) ð cos(10pt + ) = 0,25 = cos(±0,42p). Vì v < 0 nên 10pt + = 0,42p + 2kp ð t = - 0,008 + 0,2k; với k Î Z. Nghiệm dương nhỏ nhất trong họ nghiệm này (ứng với k = 1) là 0,192 s. 10. Ta có: v = x’ = - 40psin(10pt - ) = 40pcos(10pt + ) = 20p ð cos(10pt + ) = = cos(±). Vì v đang tăng nên: 10pt + = - + 2kp ð t = - + 0,2k. Với k Î Z. Nghiệm dương nhỏ nhất trong họ nghiệm này là t = s. I.2. Các bài toán liên quan đến đường đi, vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. 1. Một chất điểm dao động với phương trình: x = 4cos(5pt + ) (cm). Tính quãng đường mà chất điểm đi được sau thời gian t = 2,15 s kể từ lúc t = 0. 2. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T = 0,2 s, biên độ A = 4 cm. Tính vận tốc trung bình của vật trong khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí có li độ x = A đến vị trí có li độ x = - . 3. Một chất điểm dao động theo phương trình x = 2,5cos10t (cm). Tính vận tốc trung bình của dao động trong thời gian chu kì kể từ lúc vật có li độ x = 0 và kể từ lúc vật có li độ x = A. 4. Vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 2cos(10pt - ) cm. Tính vận tốc trung bình của vật trong 1,1 giây đầu tiên. 5. Một vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 5cos(2pt - ) cm. Tính vận tốc trung bình trong khoảng thời gian từ t1 = 1 s đến t2 = 4,825 s. 6. Vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 12cos(10pt - ) cm. Tính quãng đường dài nhất và ngắn nhất mà vật đi được trong chu kỳ. 7. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 10 cm. Biết trong một chu kì, khoảng thời gian để chất điểm có vận tốc không vượt quá 20pcm/s là . Xác định chu kì dao động của chất điểm. 8. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 8 cm. Biết trong một chu kì, khoảng thời gian để chất điểm có vận tốc không nhỏ hơn 40pcm/s là . Xác định chu kì dao động của chất điểm. 9. Một con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 5 cm. Biết trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không vượt quá 100 cm/s2 là . Lấy π2 = 10. Xác định tần số dao động của vật. 10. Một con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 4 cm. Biết trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không nhỏ hơn 500 cm/s2 là . Lấy π2 = 10. Xác định tần số dao động của vật. Đáp số và hướng dẫn giải: 1. Ta có: T = = 0,4 s ; = 5,375 = 5 + 0,25 + 0,125 ð t = 5T + + . Lúc t = 0 vật ở vị trí cân bằng; sau 5 chu kì vật đi được quãng đường 20A và trở về vị trí cân bằng, sau chu kì kể từ vị trí cân bằng vật đi được quãng đường A và đến vị trí biên, sau chu kì kể từ vị trí biên vật đi được quãng đường: A - Acos= A - A. Vậy quãng đường vật đi được trong thời gian t là s = A(22 - ) = 85,17 cm. 2. Khoảng thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí biên x = A đến vị trí cân bằng x = 0 là ; khoảng thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí cân bằng x = 0 đến vị trí có li độ x = là = ; vậy t = + = . Quãng đường đi được trong thời gian đó là s = A + = ð Tốc độ trung bình vtb = = = 90 cm/s. 3. Ta có: T = = 0,2p s; Dt = = 0,0785 s. Trong chu kỳ, góc quay trên giãn đồ là . Quãng đường đi được tính từ lúc x = 0 là Ds = Acos= 1,7678 cm, nên trong trường hợp này vtb = = 22,5 (cm/s). Quãng đường đi được từ lúc x = A là Ds = A - Acos = 0,7232 cm, nên trong trường hợp này vtb == 9,3 (cm/s). 4. Ta có: T = = 0,2 s; Dt = 1,1 = 5.0,2 + = 5T + ð Quãng đường vật đi được là : S = 5.4A + 2 A = 22A = 44 cm ð Vận tốc trung bình: vtb = = 40 cm/s. 5. T = = 1 s; Dt = t2 – t1 = 3,625 = 3T + + . Tại thời điểm t1 = 1 s vật ở vị trí có li độ x1 = 2,5 cm; sau 3,5 chu kì vật đi được quãng đường 14 A = 70 cm và đến vị trí có li độ - 2,5 cm; trong chu kì tiếp theo kể từ vị trí có li độ - 2,5 cm vật đi đến vị trí có li độ x2 = - 5 cm nên đi được quãng đường 5 – 2,5 = 1,46 (cm). Vậy quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 là DS = 71, 46 cm ð vtb = = 19,7 cm/s. 6. Vật có độ lớn vận tốc lớn nhất khi ở vị trí cân bằng nên quãng đường dài nhất vật đi được trong chu kỳ là Smax = 2Acos = 16,97 cm. Vật có độ lớn vận tốc nhỏ nhất khi ở vị trí biên nên quãng đường ngắn nhất vật đi được trong chu kỳ là Smin = 2A(1 - cos) = 7,03 cm. 7. Trong quá trình dao động điều hòa, vận tốc có độ lớn càng nhỏ khi càng gần vị trí biên, nên trong 1 chu kì vật có vận tốc không vượt quá 20pcm/s là thì trong chu kỳ kể từ vị trí biên vật có vận tốc không vượt quá 20pcm/s là . Sau khoảng thời gian kể từ vị trí biên vật có |x| = Acos = 5 cm ð w = = 4p rad/s ð T = = 0,5 s. 8. Trong quá trình dao động điều hòa, vận tốc có độ lớn càng lớn khi càng gần vị trí cân bằng, nên trong 1 chu kì vật có vận tốc không nhỏ hơn 40pcm/s là thì trong chu kỳ kể từ vị trí cân bằng vật có vận tốc không nhỏ hơn 40pcm/s là . Sau khoảng thời gian kể từ vị trí cân bằng vật có |x| = Asin = 4 cm ð w = = 10p rad/s ð T = = 0,2 s. 9. Trong quá trình vật dao động điều hòa, gia tốc của vật có độ lớn càng nhỏ khi càng gần vị trí cân bằng. Trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không vượt quá 100 cm/s2 là thì trong một phần tư chu kì tính từ vị trí cân bằng, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không vượt quá 100 cm/s2 là . Sau khoảng thời gian kể từ vị trí cân bằng vật có |x| = Acos= = 2,5 cm. Khi đó |a| = w2|x| = 100 cm/s2 ð w = = 2 = 2p ð f = = 1 Hz. 10. Trong quá trình vật dao động điều hòa, gia tốc của vật có độ lớn càng lớn khi càng gần vị trí biên. Trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không nhỏ hơn 500 cm/s2 là thì trong một phần tư chu kì tính từ vị trí biên, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không nhỏ hơn 500 cm/s2 là . Sau khoảng thời gian kể từ vị trí biên vật có |x| = Acos= = 2 cm. Khi đó |a| = w2|x| = 500 cm/s2 ð w = = 5 = 5p ð f = = 2,5 Hz. I.3. Viết phương trình dao động của vật dao động, của các con lắc lò xo và con lắc đơn. 1. Một con lắc lò xo thẳng đứng gồm một vật có khối lượng 100 g và lò xo khối lượng không đáng kể, có độ cứng 40 N/m. Kéo vật nặng theo phương thẳng đứng xuống phía dưới cách vị trí cân bằng một đoạn 5 cm và thả nhẹ cho vật dao động điều hoà. Chọn trục Ox thẳng đứng, gốc O trùng với vị trí cân bằng; chiều dương là chiều vật bắt đầu chuyển động; gốc thời gian là lúc thả vật. Lấy g = 10 m/s2. Viết phương trình dao động của vật. 2. Một con lắc lò xo gồm vật năng khối lượng m = 400 g, lò xo khối lượng không đáng kể, có độ cứng k = 40 N/m. Kéo vật nặng ra cách vị trí cân bằng 4 cm và thả nhẹ. Chọn chiều dương cùng chiều với chiều kéo, gốc thời gian lúc thả vật. Viết phương trình dao động của vật nặng. 3. Một con lắc lò xo có khối lượng m = 50 g, dao động điều hòa trên trục Ox với chu kì T = 0,2 s và chiều dài quỹ đạo là L = 40 cm. Viết phương trình dao động của con lắc. Chọn gốc thời gian lúc con lắc qua vị trí cân bằng theo chiều âm. 4. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm một vật nặng khối lượng m gắn vào lò xo khối lượng không đáng kể, có độ cứng k = 100 N/m. Chọn trục toạ độ thẳng đứng, gốc toạ độ tại vị trí cân bằng, chiều dương từ trên xuống. Kéo vật nặng xuống phía dưới, cách vị trí cân bằng 5cm và truyền cho nó vận tốc 20pcm/s theo chiều từ trên xuống thì vật nặng dao động điều hoà với tần số 2 Hz. Chọn gốc thời gian lúc vật bắt đầu dao động. Cho g = 10 m/s2, p2 = 10. Viết phương trình dao động của vật nặng. 5. Một con lắc lò xo gồm một lò xo nhẹ có độ cứng k và một vật nhỏ có khối lượng m = 100 g, được treo thẳng đứng vào một giá cố định. Tại vị trí cân bằng O của vật, lò xo giãn 2,5 cm. Kéo vật dọc theo trục của lò xo xuống dưới cách O một đoạn 2 cm rồi truyền cho nó vận tốc 40cm/s theo phương thẳng đứng hướng xuống dưới. Chọn trục toạ độ Ox theo phương thẳng đứng, gốc tại O, chiều dương hướng lên trên; gốc thời gian là lúc vật bắt đầu dao động. Lấy g = 10 m/s2. Viết phương trình dao động của vật nặng. * Đáp số và hướng dẫn giải: 1. Ta có: w == 20 rad/s; A == 5(cm); cosj = = - 1 = cosp ð j = p. Vậy x = 5cos(20t + p) (cm). 2. Ta có: w == 10 rad/s; A == 4 (cm); cosj = = 1 = cos0 ð j = 0. Vậy x = 4cos20t (cm). 3. Ta có: w == 10p rad/s; A = = 20 cm; cosj = = 0 = cos(±); vì v < 0 ð j = . Vậy: x = 20cos(10pt +) (cm). 4. Ta có: w = 2pf = 4p rad/s; m = = 0,625 kg; A = = 10 cm; cosj = = cos(±); vì v > 0 nên j = - . Vậy: x = 10cos(4pt - ) (cm). 5. Ta có: w = = 20 rad/s; A = = 4 cm; cosj = = = cos(±); vì v < 0 nên j = . Vậy: x = 4cos(20t + ) (cm). I.4. Các bài toán liên quan đến thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo. Bài tập minh họa: 1. Một con lắc lò xo có biên độ dao động 5 cm, có vận tốc cực đại 1 m/s và có cơ năng 1 J. Tính độ cứng của lò xo, khối lượng của vật nặng và tần số dao động của con lắc. 2. Một con lắc lò xo có độ cứng k = 150 N/m và có năng lượng dao động là W = 0,12 J. Khi con lắc có li độ là 2 cm thì vận tốc của nó là 1 m/s. Tính biên độ và chu kỳ dao động của con lắc. 3. Một con lắc lò xo có khối lượng m = 50 g, dao động điều hòa trên trục Ox với chu kì T = 0,2 s và chiều dài quỹ đạo là L = 40 cm. Tính độ cứng lò xo và cơ năng của con lắc. 4. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm một vật nặng có khối lượng m gắn vào lò xo có khối lượng không đáng kể, có độ cứng k = 100 N/m. Kéo vật nặng xuống về phía dưới, cách vị trí cân bằng 5cm và truyền cho nó vận tốc 20pcm/s thì vật nặng dao động điều hoà với tần số 2 Hz. Cho g = 10 m/s2, p2 = 10. Tính khối lượng của vật nặng và cơ năng của con lắc. 5. Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Biết lò xo có độ cứng 36 N/m và vật nhỏ có khối lượng 100 g. Lấy p2 = 10. Xác định chu kì và tần số biến thiên tuần hoàn của động năng của con lắc. 6. Một con lắc lò xo có khối lượng vật nhỏ là 50 g. Con lắc dao động điều hòa theo phương trình: x = Acoswt. Cứ sau khoảng thời gian 0,05 s thì động năng và thế năng của vật lại bằng nhau. Lấy p2 = 10. Tính độ cứng của lò xo. 7. Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ và vật nhỏ dao động điều hòa theo phương ngang với tần số góc 10 rad/s. Biết rằng khi động năng và thế năng của vật bằng nhau thì vận tốc của vật có độ lớn bằng 0,6 m/s. Xác định biên độ dao động của con lắc. 8. Một vật nhỏ dao động điều hòa theo phương trình: x = 10cos(4pt - ) cm. Xác định vị trí và vận tốc của vật khi động năng bằng 3 lần thế năng. 9. Một con lắc lò xo dao động điều hòa với tần số góc w = 10 rad/s và biên độ A = 6 cm. Xác định vị trí và tính độ lớn của vận tốc khi thế năng bằng 2 lần động năng. 10. Con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m = 400 g và lò xo có độ cứng k. Kích thích cho vật dao động điều hòa với cơ năng W = 25 mJ. Khi vật đi qua li độ - 1 cm thì vật có vận tốc - 25 cm/s. Xác định độ cứng của lò xo và biên độ của dao động. * Đáp số và hướng dẫn giải: 1. Ta có: W = kA2 ð k = = 800 N/m; W = mv ð m = = 2 kg; w = = 20 rad/s; f = = 3,2 Hz. 2. Ta có: W = kA2 ð A = = 0,04 m = 4 cm. w == 28,87 rad/s; T = = 0,22 s. 3. Ta có: w = = 10p rad/s; k = mw2 = 50 N/m; A = = 20 cm; W = kA2 = 1 J. 4. Ta có: w = 2pf = 4p rad/s; m = = 0,625 kg; A == 10 cm; W =kA2 = 0,5 J. 5. Tần số góc và chu kỳ của dao động: w = = 6p rad/s; T = = s. Chu kỳ và tần số biến thiên tuần hoàn của động năng: T’ = = s; f’ = = 6 Hz. 6. Trong một chu kỳ có 4 lần động năng và thế năng bằng nhau do đó khoảng thời gian liên tiếp giữa hai lần động năng và thế năng bằng nhau là ð T = 4.0,05 = 0,2 (s); w = = 10p rad/s; k = w2m = 50 N/m. 7. Khi động năng bằng thế năng ta có: W = 2Wđ hay mw2A2 = 2.mv2 ð A = = 0,06 m = 6 cm. 8. Ta có: W = Wt + Wđ = Wt + 3Wt = 4Wt ð kA2 = 4. kx2 ð x = ±A = ± 5cm. v = ±w= ± 108,8 cm/s. 9. Ta có: W = Wt + Wđ = Wt +Wt = Wt ð kA2 = . kx2 ð x = ±A = ± 4,9 cm. |v| = w= 34,6 cm/s. 10. Ta có: W = kA2 = k(x2 + ) = k(x2 + ) =(kx2 + mv2) ð k = = 250 N/m. I.5. Con lắc lò xo treo thẳng đứng và con lắc lò xo đặt trên mặt phẵng nghiêng. 1. Một con lắc lò xo gồm một quả nặng khối lượng 100 g, lò xo có độ cứng 100 N/m, khối lượng không đáng kể treo thẳng đứng. Cho con lắc dao động với biên độ 5 cm. Lấy g = 10 m/s2; p2 = 10. Xác định tần số và tính lực đàn hồi cực đại, lực đàn hồi cực tiểu của lò xo trong quá trình quả nặng dao động. 2. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, đầu dưới có một vật m dao động với biên độ 10 cm và tần số 1 Hz. Tính tỉ số giữa lực đàn hồi cực tiểu và lực đàn hồi cực đại của lò xo trong quá trình dao động. Lấy g = 10 m/s2. 3. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng có vật nặng có khối lượng 100 g. Kích thích cho con lắc dao động theo phương thẳng đứng thì thấy con lắc dao động điều hòa với tần số 2,5 Hz và trong quá trình vật dao động, chiều dài của lò xo thay đổi từ l1 = 20 cm đến l2 = 24 cm. Xác định chiều dài tự nhiên của lò xo và tính lực đàn hồi cực đại, cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động. Lấy p2 = 10 và g = 10 m/s2. 4. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng dao động điều hòa với chu kì 0,4 s; biên độ 6 cm. Khi ở vị trí cân bằng, lò xo dài 44 cm. Lấy g = p2 (m/s2). Xác định chiều dài cực đại, chiều dài cực tiểu của lò xo trong quá trình dao động. 5. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm lò xo có chiều dài tự nhiên 20 cm, độ cứng 100 N/m, vật nặng khối lượng 400 g. Kéo vật nặng xuống phía dưới cách vị trí cân bằng 6 cm rồi thả nhẹ cho con lắc dao động điều hòa. Lấy g = p2 (m/s2). Xác định độ lớn của lực đàn hồi của lò xo khi vật ở các vị trí cao nhất và thấp nhất của quỹ đạo. 6. Một con lắc lò xo gồm quả cầu khối lượng 100 g gắn vào lò xo khối lượng không đáng kể có độ cứng 50 N/m và có độ dài tự nhiên 12 cm. Con lắc được đặt trên mặt phẵng nghiêng một góc a so với mặt phẵng ngang khi đó lò xo dài 11 cm. Bỏ qua ma sát. Lấy g = 10 m/s2. Tính góc a. 7. Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẵng nghiêng góc a = 300 so với mặt phẵng nằm ngang. Ở vị trí cân bằng lò xo giãn một đoạn 5 cm. Kích thích cho vật dao động thì nó sẽ dao động điều hòa với vận tốc cực đại 40 cm/s. Chọn trục tọa độ trùng với phương dao động của vật, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, gốc thời gian khi vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Viết phương trình dao động của vật. Lấy g = 10 m/s2. 8. Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 500 g, lò xo có độ cứng k = 100 N/m, hệ được đặt trên mặt phẵng nghiêng một góc a = 450 so với mặt phẵng nằm ngang, giá cố định ở phía trên. Nâng vật lên đến vị trí mà lò xo không bị biến dạng rồi thả nhẹ. Bỏ qua ma sát. Lấy g = 10 m/s2. Chọn trục tọa độ trùng với phương dao động của vật, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, chiều dương hướng xuống dưới, gốc thời gian lúc thả vật. Viết phương trình dao động của vật. * Đáp số và hướng dẫn giải: 1. Ta có: w = = 10p rad/s; T = = 0,2 s; f = = 5 Hz; W = kA2 = 0,125 J; Dl0 = = 0,01 m = 1 cm; Fmax = k(Dl0 + A) = 6 N; Fmin = 0 vì A > Dl0. 2. w = 2pf =ð Dl0 = = 0,25 m = 25 cm; Fmax = k(Dl0 +A). Dl0 > A ð Fmin = k(Dl0 - A) ð = . 3. Ta có: 2A = l2 – l1 ð A = = 2 cm; w = 2pf = 5p rad/s; Dl0 = = 0,04 m = 4 cm; l1 = lmin = l0 + Dl0 – A ð l0 = l1 - Dl0 + A = 18 cm; k = mw2 = 25 N/m; Fmax = k(Dl0 + A) = 1,5 N; Dl0 > A nên Fmin = k(Dl0 - A) = 0,5 N. 4. Ta có: w = = 5p rad/s; Dl0 = = 0,04 m = 4 cm; lmin = l0 + Dl0 – A = 42 cm; lmax = l0 + Dl0 + A = 54 cm. 5. Ta có: w = = 5p rad/s; Dl0 = = 0,04 m = 4 cm; A = 6 cm = 0,06 m. Khi ở vị trí cao nhất lò xo có chiều dài: lmin = l0 + Dl0 – A = 18 cm, nên có độ biến dạng |Dl| = |lmin – l0| = 2 cm = 0,02 m ð |Fcn| = k|Dl| = 2 N. Khi ở vị trí thấp nhất lực đàn hồi đạt giá trị cực đại: |Ftn| = Fmax = k(Dl0 + A) = 10 N. 6. Ta có: Dl0 = l0 – l = 1 cm = 0,01 m; mgsina = kDl0 ð sina = = ð a = 300. 7. Ta có: w = = 10 rad/s; A = = 4 cm; cosj = = 0 = cos(±); vì v0 > 0 nên j = - rad. Vậy: x = 4cos(10t - ) (cm). 8. Ta có: w = = 10 rad/s; Dl0 = = 0,025 m = 2,5 cm; A = Dl0 = 2,5 cm; cosj = = = - 1 = cosp ð j = p rad. Vậy: x = 2,5cos(10t + p) (cm). I.6. Tìm các đại lượng trong dao động của con lắc đơn. 1. Tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s2, con lắc đơn dao động điều hoà với chu kì s. Tính chiều dài, tần số và tần số góc của dao động của con lắc. 2. Ở cùng một nơi trên Trái Đất con lắc đơn có chiều dài l1 dao động với chu kỳ T1 = 2 s, chiều dài l2 dao động với chu kỳ T2 = 1,5 s. Tính chu kỳ dao động của con lắc đơn có chiều dài l1 + l2 và con lắc đơn có chiều dài l1 – l2. 3. Khi con lắc đơn có chiều dài l1, l2 (l1 > l2) có chu kỳ dao động tương ứng là T1, T2 tại nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s2. Biết tại nơi đó, con lắc đơn có chiều dài l1 + l2 có chu kỳ dao động là 2,7; con lắc đơn có chiều dài l1 - l2 có chu kỳ dao động là 0,9 s. Tính T1, T2 và l1, l2. 4. Trong cùng một khoảng thời gian và ở cùng một nơi trên Trái Đất một con lắc đơn thực hiện được 60 dao động. Tăng chiều dài của nó thêm 44 cm thì trong khoảng thời gian đó, con lắc thực hiện được 50 dao động. Tính chiều dài và chu kỳ dao động ban đầu của con lắc. 5. Tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2, một con lắc đơn và một con lắc lò xo dao động điều hòa với cùng tần số. Biết con lắc đơn có chiều dài 49 cm, lò xo có độ cứng 10 N/m. Tính khối lượng vật nhỏ của con lắc lò xo. 6. Tại nơi có gia tốc trọng trường g, một con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ góc α0 nhỏ (α0 < 100). Lấy mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Xác định vị trí (li độ góc α) mà ở đó thế năng bằng động năng trong các trường hợp: a) Con lắc chuyển đ
Tài liệu liên quan