Giải Vật lí 11 Kết nối tri thức trang 14, 15, 16
I. Vận tốc của vật dao động điều hòa Hoạt động trang 14
Xác định độ dốc của đồ thị tại các điểm C, D, E, G, H bằng cách đặt một thước kẻ (loại 20 cm)
cho mép của thước tiếp xúc với đồ thị li độ - thời gian tại các điểm C, D, E, G, H (Hình 3.1). Từ
độ dốc của thước hãy so sánh độ lớn vận tốc của vật tại các điểm C, E, H Câu hỏi 1 trang 15
So sánh đồ thị của vận tốc (Hình 3.2) với đồ thị của li độ (Hình 3.1), hãy cho biết vận tốc sớm
pha hay trễ pha bao nhiêu so với li độ. Gợi ý đáp án
So sánh đồ thị của vận tốc (Hình 3.2) với đồ thị của li độ (Hình 3.1)
Pha ban đầu của vận tốc là
Pha ban đầu của li độ là 0
Pha ban đầu của vận tốc lớn hơn li độ nên vận tốc sớm pha hơn so với li độ Câu hỏi 2 trang 15
Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 đến T vận tốc
của dao động điều hòa thay đổi như thế nào? Gợi ý đáp án
Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 đến T vận tốc
của dao động điều hòa thay đổi như thế nào?
Từ 0 đến T/4: vận tốc có hướng từ biên về vị trí cân bằng ngược chiều dương, độ lớn
tăng dần từ 0 và đạt giá trị lớn nhất tại T/4
Từ T/4 đến T/2: vận tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên ngược với chiều dương, độ
lớn giảm dần từ giá trị lớn nhất về 0 tại T/2
Từ T/2 đến 3T/4: vận tốc có hướng từ vị trí biên về vị trí cân bằng cùng chiều dương, độ
lớn tăng dần từ 0 và đạt giá trị lớn nhất tại 3T/4
Từ 3T/4 đến T: vận tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên cùng chiều dương, độ lớn
giảm dần từ giá trị lớn nhất về 0 tại T
II. Gia tốc của vật dao động điều hòa
Hoạt động 1 trang 15
Dùng thước kẻ (loại 20 cm) để xác định xem trên đồ thị (v – t) Hình 3.2, tại thời điểm nào độ
dốc của đồ thị bằng 0 và tại thời điểm nào độ dốc của đồ thị cực đại. Từ đó, so sánh độ lớn
của gia tốc trên đô thị (a – t) Hình 3.3 ở các thời điểm tương ứng.3
Hoạt động 2 trang 15
Phương trình dao động của một vật là x = 5cos4πt (cm). Hãy viết phương trình vận tốc, gia tốc
và vẽ đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian của vật. Gợi ý đáp án
Phương trình dao động là x = 5cos4πt (cm) Ta có: Biên độ A = 5 (cm)
Tần số góc ω = 4π (rad/s) Pha ban đầu φ = 0
Phương trình vận tốc là: v = −20πsin4πt (cm/s)
Phương trình gia tốc là: a = −80πcos4πt (cm/s2) Câu hỏi trang 15
So sánh đồ thị Hình 3.3 và Hình 3.1 ta có nhận xét gì về pha của li độ và gia tốc của một dao động. Gợi ý đáp án
Từ đồ thị ta có thể thấy li độ và gia tốc ngược pha với nhau. Cụ thể thì gia tốc sớm pha hơn li độ một góc là π(rad). Câu hỏi trang 15
Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 gia tốc của
dao động thay đổi như thế nào? Gợi ý đáp án
Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 gia tốc của
dao động thay đổi như thế nào?
Từ 0 đến T/4: gia tốc có hướng từ biên về vị trí cân bằng cùng chiều dương, độ lớn tăng
dần từ giá trị nhỏ nhất −ω2A và bằng 0 tại T/4
Từ T/4 đến T/2: gia tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên cùng với chiều dương, độ lớn
tăng dần từ 0 đến giá trị lớn nhất ω2A tại T/2
Từ T/2 đến 3T/4: gia tốc có hướng từ vị trí biên về vị trí cân bằng ngược chiều dương, độ
lớn tăng dần từ giá trị lớn nhất và bằng 0 tại 3T/4
Từ 3T/4 đến T: gia tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên ngược chiều dương, độ lớn
giảm dần từ 0 và đạt giá trị nhỏ nhất −ω2A tại T Câu hỏi trang 16
Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Khi vật qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là 20 cm/s.
Khi vật có tốc độ là 10 cm/s thì gia tốc của nó có độ lớn là 40
cm/s2. Tính biên độ dao động của vật. Gợi ý đáp án
Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Khi vật qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là 20 cm/s.
Khi vật có tốc độ là 10 cm/s thì gia tốc của nó có độ lớn là
. Tính biên độ dao động của vật.
Vật tại vị trí cân bằng có vmax = A = 20 cm/s
Khi vật có tốc độ bằng v = = 10 cm/s
Gia tốc của vật có độ lớn a = Từ đó A = 5 cm, = 4rad/s Câu hỏi trang 16
Hình 3.4 là đồ thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hòa. Sử dụng đô thị để tính các đại lượng sau:
a) Tốc độ của vật ở thời điểm t = 0 s.
b) Tốc độ cực đại của vật.
c) Gia tốc của vật tại thời điểm t = 1,0 s. Gợi ý đáp án Từ đồ thị ta thấy:
Biên độ A = 40 cm, chu kì T = 4s
a) Tốc độ của vật ở thời điểm t = 0s bằng v = 0 (cm/s) vì ở vị trí biên.
b) Tốc độ cực đại của vật là v max = = (rad/s) .
c) Gia tốc của vật tại thời điểm t = 1,0 s là a=
A = 10 (rad/s) đạt giá trị lớn nhất vì tại vị trí cân bằng.