Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 6: Dao động điều hòa
Ban biên tập eLib xin giới thiệu nội dung hướng dẫn Giải bài tập Lý 12 nâng cao Bài 6 dưới đây nhằm giúp các em học sinh nắm vững phương pháp giải bài tập và ôn luyện tốt kiến thức về dao động điều hòa. Mời các em cùng theo dõi.
Mục lục nội dung
1. Giải bài 1 trang 34 SGK Vật lý 12 nâng cao
Tốc độ của chất điểm dao động điều hoà cực đại khi
A. Li độ cực đại.
B. Gia tốc cực đại.
C. Li độ bằng 0.
D. pha bằng π/4.
Phương pháp giải
- Dựa vào hệ thức độc lập:
\({\left( {\frac{x}{A}} \right)^2} + {\left( {\frac{v}{{A\omega }}} \right)^2} = 1\)
- Cho x = 0, ta có v= Aω =vmax
Hướng dẫn giải
- Giữa li độ và vận tốc v có công thức liên hệ:
\({\left( {\frac{x}{A}} \right)^2} + {\left( {\frac{v}{{A\omega }}} \right)^2} = 1\)
- Cho x = 0, ta có v= Aω =vmax
⇒ Tốc độ của chất điểm dao động điều hoà cực đại khi li độ bằng 0.
- Chọn đáp án C.
2. Giải bài 2 trang 35 SGK Vật lý 12 nâng cao
Gia tốc của chất điểm dao động điều hoà bằng 0 khi
A. Li độ cực đại.
B. Li độ cực tiểu.
C. Vận tốc cực đại hoặc cực tiểu.
D. Vận tốc bằng 0.
Phương pháp giải
- Dựa vào công thức tính gia tốc:
a = xω2
⇒ khi x = 0 thì a bằng 0
- Ở VTCB vận tốc đại cực đại hoặc cực tiểu
Hướng dẫn giải
- Gia tốc của chất điểm dao động điều hòa:
a = xω2
+ a = amax khi x = A (ở biên)
+ a =0 khi x=0 (VTCB)
- Ở VTCB vận tốc đại cực đại hoặc cực tiểu
- Gia tốc chất diểm dao động điều hoà bằng 0 khi vận tốc cực đại hoặc cực tiểu.
- Chọn đáp án C.
3. Giải bài 3 trang 35 SGK Vật lý 12 nâng cao
Dao động điều hoà đổi chiều khi
A. Lực tác dụng đổi chiều.
B. Lực tác dụng bằng 0.
C. Lực tác dụng có độ lớn cực đại.
D. Lực tác dụng có độ lớn cực tiểu.
Phương pháp giải
- Dựa vào công thức tính lực phục hồi:
F=−kx và Fmax = kA
- Ta thấy, dao động đổi chiều khi lực tác dụng có độ lớn cực đại.
Hướng dẫn giải
- Lực phục hồi F=−kx lớn nhất khi vật ở vị trí biên Fmax = kA, lúc đó vật dao động đổi chiều để chuyển động ngược lại.
⇒ Dao động cơ điều hoà, đổi chiều khi lực tác dụng có độ lớn cực đại.
- Chọn đáp án C.
4. Giải bài 4 trang 35 SGK Vật lý 12 nâng cao
a) Thử lại rằng :x=A1cosωt+A2sinωt (6.14) trong đó A1 và A2 là hai hằng số bất kì cũng là nghiệm của phương trình (6.3).
b) Chứng tỏ rằng, nếu chọn A1 và A2 trong biểu thức ở vế trái của (6.14) như sau: A1=Acosφ; A2=−Asinφ thì biểu thức ấy trùng với biểu thức ở vế phải của (6.4).
Phương pháp giải
a)- Lấy đạo hàm cấp 2 của phương trình x, ta được:
\(x'' = - {A_1}{\omega ^2}\cos \omega t - {A_2}{\omega ^2}\sin \omega t.\)
- Cho x"+ω2x=0 giải phương trình ta được:
x=A1cosωt+A2sinωt
b) Chọn A1=Acosφ và A2=−Asinφ ta được
\({ x = Acos\left( {\omega t + \varphi } \right).}\)
Hướng dẫn giải
a) Ta có :
\(\begin{array}{l} x = {A_1}\cos \omega t + {A_2}\sin \omega t\\ \Rightarrow x' = - {A_1}\omega \sin \omega t + {A_2}\omega \cos \omega t. \end{array}\)
\(x'' = - {A_1}{\omega ^2}\cos \omega t - {A_2}{\omega ^2}\sin \omega t.\)
Ta được:
\(\begin{array}{l} x'' + {\omega ^2}x\\ = - {A_1}{\omega ^2}\cos \omega t - {A_2}{\omega ^2}sin\omega t + {\omega ^2}({A_1}\cos \omega t + {A_2}\sin \omega t) \end{array}\)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow x'' + {\omega ^2}x\\ = - {A_1}{\omega ^2}\cos \omega t - {A_2}{\omega ^2}sin\omega t + {A_1}{\omega ^2}\cos \omega t + {A_2}{\omega ^2}sin\omega t\\ = 0. \end{array}\)
Vậy:
x=A1cosωt+A2sinωt là nghiệm của phương trình x"+ω2x=0..
b) Nếu chọn A1=Acosφ và A2=−Asinφ thì
\({x = {A_1}\cos \omega t + {A_2}\sin \omega t = A\cos \varphi cos\omega t - A\sin \varphi \sin \omega t}\)
\({ = A(\cos \varphi cos\omega t - \sin \varphi \sin \omega t)}\)
\({ \Rightarrow x = Acos\left( {\omega t + \varphi } \right).}\)
5. Giải bài 5 trang 35 SGK Vật lý 12 nâng cao
Phương trình dao động của một vật là:
x=6cos(4πt+π/6)(cm).
a) Xác định biên độ, tần số góc, chu kì và tần số của dao dộng.
b) Xác định pha của dao động tại thời điểm t=14s, từ đó suy ra li độ tại thời điểm ấy.
c) Vẽ vectơ quay biểu diễn dao động tại thời điểm t=0.
Phương pháp giải
a) Dựa theo phương trình dao động để xác định biên độ A, tần số góc ω
⇒ Tính chu kì và tần số bằng công thức:
T=2π/ω và f = 1/T
b) Thay t=14 vào pha dao động của phương trình, ta được: x=−3√3
c) Biểu diễn như hình vẽ bên dưới
Hướng dẫn giải
Phương trình dao động của vật:
x=6cos(4πt+π/6)(cm)
a) Biên độ A=6 (cm)
- Chu kì:
T=2π/ω=2π/4π=0,5(s)
- Tần só góc ω=4π(rad/s)
- Tần số:
f=1/T=10,5=2(Hz)
b) Khi t=14(s)
⇒pha(ωt+φ)=(4π.14+π/6)=7π6
⇒x=6cos(π+π/6)=−6cosπ/6=−6.√3/2=−3√3(cm).
c) Vẽ vectơ quay biểu diễn dao động vào thời điểm t=0:
Tham khảo thêm
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 7: Con lắc đơn - Con lắc vật lý
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 8: Năng lượng trong dao động điều hòa
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 10: Dao động tắt dần và dao động duy trì
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 11: Dao động cưỡng bức - cộng hưởng
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 12: Tổng hợp dao động
- doc Giải bài tập SGK Vật lý 12 nâng cao Bài 13: TH xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường