Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 cánh diều bài 1: Dao động diều hoà

MỞ ĐẦU

Hằng ngày, chúng ta thấy rất nhiều chuyển động, trong đó, vật chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng. Chuyển động của người chơi đu là một ví dụ như vậy (Hình 1.1).

Những chuyển động đó được gọi là dao động. Mô tả dao động như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Dao động là chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng

I. DAO ĐỘNG

CH 1. Dùng một lò xo, một quả cầu nhỏ bằng kim loại, sợi dây và giá thí nghiệm, thảo luận với bạn xây dựng phương án và thực hiện phương án tạo ra dao động của quả cầu treo ở một đầu lò xo.

Hướng dẫn trả lời:

Phương án thí nghiệm như sau:

Treo quả cầu ở 1 đầu lò xo, đầu còn lại giữ cố định. Ban đầu lò xo đứng yên tại VTCB, dãn ra 1 khoảng $∆l$_o. Sau đó kéo vật xuống dưới 1 đoạn cho vật dao động quanh VTCB.

CH 2. Nêu ví dụ về dao động mà bạn quan sát được trong thực tế.

Hướng dẫn trả lời:

Ví dụ về dao động mà em quan sát được trong thực tế:

• Dao động của xích đu.

• Dao động của pít tông trong động cơ.

• Dao động của cành cây trước gió.

• Dao động của con lắc đồng hồ

CH 3. Với một cái thước mỏng đàn hồi, hãy đề xuất phương án tạo ra dao động tự do của thước và mô tả cách làm.

Hướng dẫn trả lời:

Phương án:

- Một đầu thước đặt trên mặt bàn, dùng một tay giữ chặt đầu thước đó lại.

- Gẩy mạnh đầu còn lại của thước.

Quan sát đầu thước tự do dao động quay vị trí cân bằng. Gẩy càng mạnh thì thước dao động càng mạnh và ngược lại.

LT 1. Nếu bỏ qua lực cản, chuyển động nào sau đây là dao động tự do:

A. Một con muỗi đang đập cánh.

B. Tòa nhà rung chuyển trong trận động đất.

C. Mặt trống rung động sau khi gõ.

D. Bông hoa rung rinh trong gió nhẹ.

Hướng dẫn trả lời:

C. Mặt trống rung động sau khi gõ sẽ dao động qua lại quanh VTCB 

CH 4. Từ đồ thị Hình 1.7, mô tả sự thay đổi li độ của xe theo thời gian.

Hướng dẫn trả lời:

Li độ thay đổi theo thời gian dưới dạng đồ thị có đường hình sin.

CH 5. Tìm mối liên hệ giữa chu kì T và tần số f của dao động.

Hướng dẫn trả lời:

f =  1/T

LT 2. Xác định biên độ, chu kì và tần số của dao động có đồ thị li độ – thời gian được biểu diễn ở Hình 1.9.

Hướng dẫn trả lời:

Biên độ: A = 10 cm

Chu kì: T = 120 ms = 0,12s

Tần số: f =  1/T = 1/0,12 = 50/6 Hz

Vận dụng. Tim co bóp theo nhịp do được điều khiển bằng một hệ thống các xung điện dẫn truyền trong cơ tim. Máy điện tim ghi nhận những xung điện này và hiển thị dưới dạng đường điện tâm đồ. Đó là những đường gấp khúc, lên xuống biến thiên theo nhịp co bóp của tim. 

Dựa vào hình ảnh điện tâm đồ ở Hình 1.10, xác định chu kì đập của tim. Biết rằng mỗi khoảng vuông (theo chiều ngang) tương ứng với khoảng thời gian 0,12 s.

Hướng dẫn trả lời:

Từ A đến B có xấp xỉ 7,5 ô vuông.

=> T = 7,5.0,12 = 0,9 s

II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

CH 6. Thế nào là dao động điều hoà?

Hướng dẫn trả lời:

Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hoặc sin) của thời gian

CH 7. Tần số góc và tần số của dao động điều hoà có liên hệ như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

ω= 2π/T=2πf

CH 8. Dựa vào đồ thị Hình 1.12, xác định các đại lượng sau:

a) Tần số góc của dao động.

b) Biên độ của dao động.

c) Vận tốc cực đại của vật dao động.

d) Gia tốc cực đại của vật dao động.

Hướng dẫn trả lời:

a) Ta có: T = 0,4 s

=> ω= 2π/T= 2π/0,4=5π (rad/s)

b) A = 0,02 m = 2 cm

c) V_max 0,3m/s

d) a_max = 5 m/s²

CH 9. Xác định pha của dao động tại vị trí 3 và vị trí 4.

Hướng dẫn trả lời:

Tại vị trí ban đầu, vật ở biên dương => $\varphi_{o}$ = 0.

Tại vị trí số 3, vật đi được T/2 và đang ở biên âm => ωt+$\varphi_{o}$ = π + 0 = π (rad)

Tại vị trí số 4, vật đi được 3T/4 và đang ở cân bằng => ωt+$\varphi_{o}$ = 3π/2 + 0 = 3π/2(rad)

LT 3. Một vật dao động điều hòa với phương trình li độ:…

Hướng dẫn trả lời:

ωt+$\varphi_{o}$ = (10π.1/30) + π/2 = 5π/6 rad

LT 4. Mô tả trạng thái của hai vật dao động ở thời điểm t3 và t4, trong đồ thị Hình 1.14.

Hướng dẫn trả lời:

- Tại thời điểm t3: cả 2 vật đều đang ở VTCB theo chiều âm

- Tại thời điểm t4: cả 2 vật dao động đều ở biên âm và đang chuyển động hướng về VTCB.

LT 5. Đồ thị Hình 1.18 biểu diễn hai dao động ngược pha. Dựa vào đồ thị, xác định độ lệch pha của hai dao động này.

Hướng dẫn trả lời:

Độ lệch thời gian của hai dao động khi cùng trạng thái là T/2

=> △$\varphi_{o}$ = ½. 2π = π (rad)