



















Preview text:
TÀI LIÞU CĂA KYS – ÔN THI THPT 2018
PHÁ ĐÀO CHUYÊN ĐÂ DAO ĐàNG ĐIÂU HÒA MĀC LĀC
TÓM TÀT LÝ THUYÀT ............................................................................................................................ 2
TRÀC NGHIÞM LÝ THUYÀT ............................................................................................................... 15
CÁC D¾NG BÀI T¾P ............................................................................................................................... 18
Dạng 1: Xác định các đại l°ợng đặc tr°ng trong dao đßng điều hòa. ..................................................... 18 Dạng 2: Tính vận t c
ố , gia tốc cÿa vật dao đßng điều hòa. ....................................................................... 20
Dạng 3: Liên hệ x, v và a cÿa vật dao đßng điều hòa. ............................................................................. 28 Dạng 4: Vi a
ết ph°¢ng trình cÿ vật dao đßng điều hòa. ........................................................................... 34
Dạng 5: Tìm thßi điểm t0 vật có li đß x0 (hay vận t c
ố v0 , gia tốc a0) ....................................................... 46
Dạng 6: Tìm li đß cÿa vật sau khoảng thßi gian t
................................................................................ 61
Dạng 7: Tìm khoảng thßi gian ngắn nhất v c ật đi đ°ợ từ x
li đß 1 đến x2. ................................................ 67
Dạng 8: tính đoạn đ°ßng s vật đi trong thßi gian t
.............................................................................. 90
Dạng 9. Tính quãng đ°ßng lán nhất,nhỏ nhất vật đi đ°ợc trong khoảng thßi gian: 0 < t < T/2. .......... 107
Dạng 10: Vận tốc trung bình và tốc đß trung bình. ............................................................................... 109
Dạng 11: Bài tập về hai ch u hòa ất điểm dao đßng điề
.......................................................................... 115 Dạng 12: Bài tập về t
đồ hị dao đßng điều hòa:...................................................................................... 137 TàNG H
þP Đ THI Đ¾I HàC CAO ĐÀNG CÁC NM .................................................................. 149
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 1 TÓM TÀT LÝ THUYÀT
1. Dao đáng điÃu hòa
+ Dao đßng điều hòa là dao đßng trong đó li đß cÿa vật là mßt hàm côsin (hay sin) cÿa thßi gian.
+ Ph°¢ng trình dao đßng: x = Acos(÷t ÷ + ).
+ Điểm P dao đßng điều hòa trên mßt đoạn th¿ng luôn có thể đ°ợc coi là hình chiếu cÿa mßt điểm M chuyển
đßng tròn đều trên đ°ßng tròn có đ°ßng kính là đoạn th¿ng đó.
2. Các đ¿i l°ÿng đặc tr°ng căa dao đáng điÃu hoà: Trong ph°¢ng trình x = Acos(÷t ÷ + ) thì:
Các đại lượng Ý nghĩa Đ¢n vß đặc trưng A
Biên đß dao đßng; xmax = A > 0 m, cm, mm …
(÷t + )
Pha cÿa dao đßng tại thßi điểm t (s) Rad; hay đß
Pha ban đầu cÿa dao đßng, Rad; hay đß ÷
Tần số góc cÿa dao đßng điều hòa rad/s. T
Chu kì T cÿa dao đßng điều hòa là khoảng thßi gian để thực s (giây) 2
hiện mßt dao đßng toàn phần: T = = t ÷ N f
Tần số f cÿa dao đßng điều hòa là số dao đßng toàn phần Hz (Héc) hay 1/s 1
thực hiện đ°ợc trong mßt giây. f ý T Liên hß giÿa ü 1 2 Tý ý ÿ ÷, T và f: f ÷ ÿ 2 2 ÷ ÷ ý ÿ So _ dao _ dong N 2f ý ýþ T ý ;f ý ýf ý T ÷ 2 thoi _ gian t ÿ ÿ 2 ÷ ÿ ý 2 f ý þ T
Biên đß A và pha ban đầu phụ thußc vào cách kích thích ban đầu làm cho hệ dao đßng,
Tần số góc ÷ (chu kì T, tần số f) chỉ phụ thußc vào cấu tạo cÿa hệ dao đßng.
3. Mái liên hß giÿa li đá , v¿n tác và gia tác căa v¿t dao đáng điÃu hoà: Đ¿i l°ÿng Biểu thąc
So sánh, liên hß x = Acos(÷t ÷ + )
: là nghiệm cÿa ph°¢ng
Li đß cÿa vật dao đßng điều hòa biến thiên trình: Ly đá
x’’ + ÷2x = 0 là ph°¢ng trình đßng lực học điều hòa cùng tần số nh°ng trễ pha h¢n 2 cÿa dao đßng điều hòa. so vái vái vận tốc. xmax = A
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 2
v = x' = - ÷Asin(÷t ÷ + )
- Vận tốc cÿa vật dao đßng điều hòa biến
thiên điều hòa cùng tần số nh°ng sám pha
v= ÷Acos(÷t ÷ + + ) 2 h¢n so vái vái li đß.
-Vị trí biên (x = A), v = 0. 2 V¿n tác
-Vị trí cân bằng (x = 0), |v| = v
- Khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng max = ÷A. thì vận tốc có
đß lán tăng dần, khi vật đi từ
vị trí cân bằng về biên thì vận tốc có đß lán giảm dần.
a = v' = x’’ = - ÷2Acos(÷t ÷ + )
- Gia tốc cÿa vật dao đßng điều hòa biến a= - ÷2x .
thiên điều hòa cùng tần số nh°ng ng°ợc pha
Véc t¢ gia tốc cÿa vật dao đßng điều hòa vái li đß x(sám pha . so vái vận tốc v)
luôn h°áng về vị trí cân bằng, có đß lán tỉ 2
lệ vái đß lán cÿa li đß.
- Khi vật đi từ vị trí cân b n v ằng đế ị trí biên, Gia tác
- à biên (x = A), gia tốc có đß lán cực đại: a ng°ợc c
hiều vái v (vật chuyển đßng chậm a dần) max = ÷2A.
- à vị trí cân bằng (x = 0), gia tốc bằng 0.
- Khi vật đi từ vị trí biên đến vị trí cân bằng,
a cùng chiều vái v (vật chuyển ng đß nhanh dần).
F = ma = - kx = - kAcos(÷t ÷ + )
- Chuyển đßng nhanh dần: a.v > 0, F ý v ;
Lực tác dụng lên vật dao đßng điều hòa luôn Lāc kéo vÃ
- Chuyên đßng chậm dần a.v < 0 , F ýÿ v
h°áng về vị trí cân bằng, gọi là lực kéo về ( F là hợp l c ự tác d ng l ụ ên vật) (hồi phục). Fmax = kA
4. Hß thąc đác l¿p đái vãi thåi gian: 2 2 x v
+ S¢ đß công thąc giÿa táa đá và v¿n tác: û ý1 2 2 2 A ÷ A 2 2 2 2 v 2 v 2 v ÷ x ý A ý ý û
v ý ÷ A ý x ý 2 ÷ A x 2 ÷ 2 2 A ý x
+ S¢ đß công thąc giÿa gia tác và v¿n tác: 2 2 v a 2 2 2 û ý v a a 1 2 A ý û 2 2 2 v ý ÷ A ý 2 4 2 2 2
a ý ÷ .A ý ÷ .v 2 2 4 2 ÷ A ÷ A 2 4 ÷ ÷ 2 ÷
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 3
+ Các hß thąc đác l¿p và đß thß: 2 2 2 a) ö x ö ö v ö 2 2 ö ö û ý 1 v þ Aý xû ÷ ÷ ÷ ÷ ÷
a) đồ thị cÿa øv, xù là . đường elip ø Aø ø A÷ø ø ÷ø b) 2 a ý ÷ ý x
b) đồ thị cÿa øa, x ù là đoạn thẳng đi qua gốc tọa đß. 2 2 2 2 c) ö a ö ö v ö 2 û ý ÷ ÷ ÷ 1 a v þ A ý û ÷
c) đồ thị cÿa øa,v ùlà đường elip. 2 4 2 ø A÷ ø ø A÷ ø ÷ ÷ d) F ý ýkx
d) đồ thị cÿa øF, x ù là đoạn thẳng đi qua gốc tọa đß 2 2 2 2 e) ö F ö ö v ö 2 û ý1 F v þ A ý û ÷ ÷ ÷ ÷
e) đồ thị cÿa øF,v ù là đường elip. 2 4 2 ø kAø ø A÷ø m ÷ ÷ v a a ω2A ωA ω2A -A A -ωA ωA -A A O O O -ωA -ω2A -ω2A Đồ thị v theo x là elip Đồ thị a theo v là elip
Đồ thị a theo x là đoạn th¿ng
+ Quan hß và pha căa ly đá x, v¿n tác v và gia tác a trong dao đáng điÃu hòa:
- Vận tốc biến đổi điều hòa sám pha so vái li đß. 2 v +
=> Ly dß biến đổi điều hòa trễ pha so vái vận tốc . 2 a x
- Gia tốc biến đổi điều hòa sám pha so vái vận tốc. O 2
=> Vận tốc biến đổi điều hòa trễ pha so vái gia tốc. 2
- Gia tốc biến đổi điều hòa ng°ợc pha so vái li đß .
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 4
+ Quan hß vuông pha :
, đác l¿p vãi thåi gian ü x ý A cos(÷t û ) 2 2 1 1 ÿ ü x ý A cos(÷ tû ) ö x ö ö x X 1 1 ö 1 và x2 vuông pha: 1 2 ý ýþ ý ýþ û ý 1 x ý A cos(÷t û ) x t ) A ÷ ÷ A ÷ ÷ ý ÷ û ÿ 2 2 þ 2 ø 1 ø ø 2 þ 2 ø ü x ý A cos(÷tû ) 2 2 2 2 ÿ ö x ö ö v ö ö x ö ö v v và x vuông pha: ý ÷ ÷ 1 ö ýþ û ý ÷ û÷ ÷ ý 1÷ v ý v cos(÷t û û ) A ÿ ø v ÷ ÷ ø ø ø ø A ø ø÷A ø max max þ 2 ü vý v cos(÷ tû û ) 2 2 2 2 ÿ max ÿ 2 ö v ö ö a ö ö v ö ö a v và a vuông pha: ý 1 ö ýþ û ý ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷û ÷ ý ÷1 2 v ÿ ø ø a ø ÷ ø A ø ø ÷ Aø ø max max a ýa cos( t ÷ û û û ) max ÿþ 2 2 Các c p ặ s vu á ông pha: x v 1 x 1 2 A v 0 3 1 1 A max 2 2 2 x v a 2 1 ± 1 3 2 0 A v a 2 max max 2 2 2 + Chú ý:
* Vái hai thßi điểm t1, t2 vật có các cặp giá trị x
1, v1 và x2, v2 thì ta có hệ thāc tính ω,A & T nh° sau: 2 2 2 2 v - v x - x 2 1 1 2 ω= þ T =2π 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x - x v - v x v x v x - x v - v 1 2 2 1 ö ö ö ö ö ö ö ö 1 1 2 2 1 2 2 1 + = + = þ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ 2 2 2 2 A A 2 2 2 2 ø ø ø ωø ø Aø ø Aωø A Aω v x .v - x .v ö ö 2 1 1 2 2 1 A = x + = 1 ÷ ÷ 2 2 ø ω ø v -v 2 1 5. Cac l°u ý:
5.1 Sā đái chiÃu các đ¿i l°ÿng:
Các vect¢ a , F đổi chiều khi qua VTCB.Vect¢ v đổi chiều khi qua vị trí biên.
* Khi đi từ vị trí cân bằng O ra vị trí biên: Nếu a ýÿ v
þ chuyển đßng ch¿m dÅn.(Không phải chậm dần <đều=)
Vận tốc giảm, ly đß tăng þ đßng năng giảm, thế năng tăng
þ đß lán gia tốc, lực kéo về tăng .
* Khi đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng O: Nếu a ýý v
þ chuyển đßng nhanh dÅn.(Không phải nhanh dần <đều= )
Vận tốc tăng, ly đß giảm þ đßng năng tăng, thế năng giảm
þ đß lán gia tốc, lực kéo về giảm .
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 5
* Sơ đồ mô t
ả quá trình dao động trong 1 chu kì: CĐ chậm dần CĐ nhanh dần x= -A vmin= -A ω x=A x -A 0 v max= Aω +A x=0 v= 0 CĐ nhanh dần vmax= ωA CĐ chậm dần v= 0 A 2 A 2 min= -Aω max= Aω a= 0 W 2 2 tmax = 0,5mω2A Wđmax= 0,5mω2A2 Wtmax= 0,5mω2A W W đmin= 0 tmin= 0 Wđmin= 0
5.2 Cac hê qua:
+ Quy đa o dao đô ng điêu hoa la 2A T
+ Th¢i gian ngăn nhât đê đi t° biên nay đên biên kia la 2 T
+ Th¢i gian ngăn nhât đê đi t° VTCB ra VT biên hoă c ng°¢c la i la 4
+ Quang đ°¢ng vâ t đi đ°¢c trong mô t chu ky la 4A.
5.3 Mát vài ph°¢ng trình cÅn l°u ý:
x ý Asin( t ÷ ) ý Acos( t
÷ - ); x ý Acos( t ÷ ) ý Asin( t ÷ û ); 2 2
x ý A cos( -÷t) ý Acos(÷t - ); x ý -Asin(÷t û ) ý Asin(÷t û û );
x ý Asin(÷t û ) ý Acos( t ÷ û - ). 2
x ý - Acos(÷t û ) ý Acos(÷t û û )
Ph°¢ng trình đặc bißt. ü : Biên đß A ÿ Tọa đß VTCB: x a
a) x = a ± Acos(÷t + Ç) vái a = const þ ýÿ
þ Tọa đß vị trí biên: x a ± A A
b) x =Acos2(÷t + Ç) þ Biên đß: ; ÷9 = 2÷; Ç9 = 2Ç. 2 ü 2 t ÷ ý ý 2 f;T ý ÿ ; ÿ T N
5.4 Cách l¿p ph°¢ng trình dao đáng: 2 2 2 ÿ v a v ý 2 A ý 2 x û ý û ÷2 ÷4 ÷ ÿ 2 ÿ x ÿ ý t=0 shift cos ø V þ 0þ ü 0 tý0 ù þ A cos = 0
x (lấy nghiệm "-" khi v0 > 0; lấy nghiệm "+" khi v0 < 0); A (vái x0 và v0 và là li đß vận t c
ố tại thßi điểm ban đầu t = 0).
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 6
☞ Các b°ãc l¿p ph°¢ng trình dao đáng dao đáng điÃu hoà: * Tính ÷ * Tính A ü x ý Acos * Tính d u ki ựa vào điề u:
ện đầ lúc t = t0 (th°ßng t0 = 0)ý þ v ý ÷ ý A þ sin
L°u ý: + Vật chuyển đßng theo chiều d°¢ng thì v > 0, ng°ợc lại v < 0
+ Tr°ác khi tính cần xác định rõ thußc góc phần t° thā mấy cÿa đ°ßng tròn l°ợng giác
(th°ßng lấy -π < f π)
*Phương pháp: +Tìm T: khoangthoigian t T ý ý .Tìm f: sodaodong N f ý ý sodaodong N khoangthoigian t 1 ÷ 2
+Công thąc liên hß f ý ý TÅn s góc: á max max max ÷ ý ý 2 v a a f ý ý ý T 2 T A A m v ax 2 v v a chieudaiquydao +Biên đá A: 2 2 A ý û x ý ý ý ý 2 ÷ ; 2 2W A ; max max A k 2 ÷ ÷ 2
6. Xác đßnh thåi điểm v¿t đi qua ly đá x0 - v¿n tác v¿t đ¿t giá trß v0 x
6.1) Khi vật đi qua ly đß x 0
0 thì x0= Acos(÷t + ) þ cos(÷t + ) = þ t= ? Tìm t A
6.2) Khi vật đạt vận t c ố v 0 v
0 thì v0 = -A÷sin(÷t + ) þ sin(÷t + ) = ý þ t= ? A÷ 2 2
6.3) Tìm ly đß vật khi vận tốc có giá trị v 2 2 öv ö 2 öv ö 1: 1 A ý x û 1 þ ý ý ÷ ÷ ÷ x A ÷ ÷ ø ø ø ÷ ø 2 ö ö 6.4) Tìm vận t c ố khi qua ly đß x 2 2 v 2 2 1: A ý û þ ý ÷ ý 1 x ÷ ÷ ÷ v A x ø ø 1
7. Nng l°ÿng căa dao đáng điÃu hoà: a) Con lÁc lò xo:
Mô tÁ: Con lắc lò xo gồm mßt lò xo có đß cāng k, Q
khối l°ợng không đáng kể, mßt đầu gắn cố định, đầu kia gắn vái vật nặng khối k -A
l°ợng m, đ°ợc đặt theo ph°¢ng ngang hoặc treo th¿ng đāng.
Ph°¢ng trình dao đáng: k VTCB m
x = Acos(÷t + ); vái: ÷ = k ; m O m k m
k: đß cāng cÿa lò xo(N/m); A x x
m: khối l°ợng vật nặng (kg); -A O A A ω: tần s góc ( ố rad/s) Hình vẽ con lắc lò xo + x
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 7 1
Chu kì, tÅn sá căa con lÁc lò xo: m k T = 2
; Tần số: f = . k 2 m
Chu kì con lÁc lò xo thÁng đąng: m k g T ý 2 ý2 ; ÷ ý ý k g m
b) Nng l°ÿng căa con lÁc lò xo:
ThÁ nng: W 2 2 2 2 2 k 2
t = 1 kx2 = 1 kA cos (÷t + Ç) = 1 m ω2.A cos (÷t + Ç) (Vái ÷ ý þ ký m.÷ ) 2 2 2 m Đáng nng: W 1 2 2 đ = mv2 = 1 m÷2A2 2
sin (÷t + Ç) = 1 kA sin (÷t + Ç); vái k ý m÷2 2 2 2 T
Đßng năng, thế năng cÿa vật dao đßng điều hòa biến thiên tuần hoàn vái ÷9=2÷, tần số f9=2f, chu kì T9= 2 1 1 1 2
C¢ nng: W=W û W ý m÷2 2 A ý 2 kA ý mø2f ù 2 A = const ñ t 2 2 2 c) Chú ý: T Khi Wt = Wđ þ x =
A 2 þ khoảng th W ßi gian để
t = Wđ là: Δt = 2 4 (Trong m t
ß chu kì có 4 lần đßng năng và thế năng cÿa vật bằng nhau nên khoảng thßi gian liên tiếp gi a ữ
hai lần đßng năng và thế năng bằng nhau là T ) 4
Khi vật dao đßng điều hòa vái tần s ố f, tần s ố góc ÷üchu k
ỳ T thì Thế năng và đßng năng cÿa vật biến thiên
tuần hoàn vái cùng tần số góc ÷9=2÷, tần số dao đßng f9 =2f và chu kì T9= T/2.
Khi tính nng l°ÿng phÁi đái khái l°ÿng và kg, v¿n tác và m/s, ly đá và mét Tại vị trí có W A n
đ = n.Wt þTọa đß: x ý
; Vận tốc: v ý ÷ A n û 1 n û 1 ÷ Tại vị trí có W n A
t = n.Wđ þTọa đß: x ý A ; Vận t c ố : v ý n û1 n û 1
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 8
8. Vòng tròn l°ÿng giác - góc quay và thåi gian quay
Các góc quay và thåi gian quay đ°ÿc tính tć gác A xmin = -A xmax = A amax = Aω2 a
Chuyển đáng theo chiÃu âm v<0 min = -Aω2 v = 0 v = 0 VTCB O
Chuyển đáng theo chiÃu d°¢ng v>0 T/4 T/4 T/6 T/6 T/8 T/8 T/12 T/12 O Wđ=0 W W đmax đ=0 W W Wt=Wđ t=W tmax đ W W t=0 tmax W Wđ=3Wt W t=3Wđ đ=3Wt Wt=3Wđ
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 9
9. S¢ đß thåi gian theo trāc táa đá: T/4 T/4 -A A/2 O A/2 A T/12 T/12 T/12 T/12 T/12 T/8 T/8 T/24 T/24 T/6 T/6 T/2 Gia tác: ω2A -ω2A O
V¿n tác: 0 0 Ly đá x: -A -A/2 O A/2 A Wt= Wt=0 O Wd= 0 0
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 10
10. аång tròn l°ÿng giác liên hß giÿa các vß trí đặc bißt và góc quay t°¢ng ąng(đá và rad) 900 1200 600 450 1350 1500 30 -A 1800 O A x 00 -1 0 -135 -600
11. Các vß trí đặc bißt trong dao đáng điÃu hoà -A O A x B- C3-/2 HD- NB- CB NB+ HD+ C3+/2 B+
12. BÁng: Giá trß căa các đ¿i l°ÿng , v, a
ç các vß trí đặc bißt trong dao đáng điÃu hòa: Tên gái căa vß trí x 9 Tác đá Giá trß gia Kí hißu Góc pha
đặc bißt trên trāc x’Ox
t¿i li đá x tác t¿i li đá x Biên d°¢ng A: x = A B+ 00 0 rad V= 0 -amax = -ω2A Nửa cn ba d°¢ng: x = v a ý 3 3 C3/2+ ±300 max v ý max a ý A 6 2 2 2
Hißu dāng d°¢ng: x = A v a HD+ ±450 max v ý max a ý ý 2 4 2 2 A
Nửa biên d°¢ng: x = NB+ ±600 v 3 a max v ý max a ý ý 2 3 2 2 Cân b¿ng O: x = 0 CB ±900 Vmax = a=0; Fhp=0 2 ωA
Tài Liệu cÿa Kys – Chia sẻ tài liệu & đề thi chất l°ợng THPT 2018 | Trang 11