su dung DTLG trong giai toan vat ly HAY

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (299.67 KB, 19 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

ỨNG DỤNG LIÊN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG
ĐIỀU HÒA TRONG VIỆC GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN DAO ĐỘNG VÀ SĨNG

Tác giả: Phạm Ngọc Thiệu

Trường THPT Trần Phú – Vĩnh Phúc
I. LÍ DO CHỌN CHUYÊN ĐỀ

Trong những năm gần đây Bộ GD-ĐT đã áp dụng hình thức thi trắc nghiệm khách
quan trong kì thi tốt nghiệp THPT cũng như tuyển sinh đại học, cao đẳng đối với nhiều
môn học trong đó có mộn vật lý. Hình thức thi trắc nghiệm khách quan địi hỏi học sinh
phải có kiến thức rộng, xun suốt chương trình và có kĩ năng làm bài, trả lời câu trắc
nghiệm nhanh chóng. Hình thức thi này cũng kéo theo sự thay đổi trong cách dạy học,
ôn tập, luyện thi đại học cao đẳng của cả giáo viên và học sinh. Nếu như trước đây giáo
viên chỉ dạy các dạng bài tập tự luận, rèn cho học sinh cách giải và cách trình bày bài
tập như thế nào để đạt điểm cao nhất thì hiện nay ngoài việc hướng dẫn học sinh làm các
bài tập tự luận theo dạng, giáo viên đồng thời phải sưu tầm tài liệu, đặc biệt là hệ thống
bài tập trắc nghiệm phù hợp theo chuyên đề để học sinh luyện tập thêm và hướng dẫn
học sinh những cách giải bài tập trắc nghiệm nhanh nhất trong quá trình làm bài thi....

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Chuyên đề đề này đề cập đến các dạng bài tập nâng cao thường gặp trong đề thi
TSĐH, CĐ. Trong phạm vi thời gian có hạn, chuyên đề tập trung nghiên cứu hai vấn đề:

- Cơ sở lý thuyết và phương pháp giải từng loại bài toán.
- Giới thiệu một số trường hợp vận dụng.

Sau cùng là một số câu hỏi trắc nghiệm để bạn đọc tam khảo sau khi đọc phần bài tập tự
luận.

Với sự hạn chế về kinh nghiệm ôn luyện thi ĐH-CĐ của bản thân cũng như thời gian
nghiên cứu cịn ít, chắc chắc những nội dung trong chuyên đề này sẽ còn nhiều điểm cần

bổ sung, chỉnh sửa cho phù hợp với nhiều đối tượng. Tác giả rất mong các thầy cô giáo
và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để chun đề có thể hồn thiện hơn và trở
thành tài liệu tham khảo của các bạn đồng nghiệp trong q trình ơn luyện thi Đại hoc,
cao đẳng. Xin chân thành cảm ơn.

II. MỘT SỐ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ÁP DỤNG TRONG CHUYỂN ĐỀ
II.1. Chuyển động tròn đều:

* Chuyển động tròn là đều khi chất điểm đi được những cung trịn có độ dài bằng nhau
trong những khoảng thời gian bằng nhau tùy ý.

* Một số đại lượng đặc trưng của chuyển động tròn đều
- Chu kì,tần số của chuyển động trịn đều:

+ Chu kì là khoảng thời gian để chất điểm đi hết một vòng trên đường trịn. Kí hiệu T
+ Tần số là số vòng chất điểm quay được trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu f

+ Liên hệ giữa chu kì và tần số:
1
T

f


- Tốc độ góc của chuyển động trịn đều: Tốc độ góc ω là góc quay được của bán kính

trong một đơn vị thời gian, đơn vị rad/s: t

 



</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Độ dài đại số của hình chiếu trên trục x của véc tơ quay OM biểu diễn dao động

điều hịa chính là li độ x của dao động.

Nói cách khác: Khi véc tơ OM quay đều với tốc độ góc ω
quanh điểm O thì hình chiếu P của điểm M dao động điều hòa
trên trục x’Ox thuộc mặt phẳng quỹ đạo của M với li độ bằng
tọa độ hình chiếu của M, biên độ bằng độ dài OM, tần số góc

đúng bằng tốc độ góc ω và pha ban đầu φ bằng góc xOM ở thời điểm t=0.
* Một số hệ quả:

- Nếu biểu diễn dao động điều hòa x=A.cos(ωt+φ) bằng véc tơ quay thì thì φ= xOM là
góc pha ban đầu của dao động với lưu ý:

+ Tại t=0, v0<0 thì OM


ở trên Ox =>φ>0; v0>0 thì OM


ở dưới Ox => φ<0.

+ Thời gian vật dao động điều hịa đi từ vị trí (x1; v1) đến vị trí (x2; v2) bằng thời gian
OM quay đều được góc φ=M OM 1 2 với tốc độ góc ω: φ=ω.Δt => Δt=φ /ω.

+ Nếu biết góc quay của OM trong thời gian Δt tính từ thời điểm đầu t=0 ta có thể tìm
được thời điểm vật qua vị trí có li độ x với vận tốc v, từ đó có thể tính được số lần vật

qua vị trí x trong thời gian t0 hoặc tính được quãng đường vật dao động diều hòa đi được
trong thời gian Δt.

+ Phương pháp biểu diễn dao động điều hịa có thể áp dụng đối với sóng cơ học, sóng
điện từ và dao động điệu từ trong mạch RLC vì các đại lượng có chung một đặc tính là
biến thiên điều hòa.

Để minh họa các phương pháp trên chúng ta cùng xét các thí dụ sau đây.
M

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

III. MỘT SỐ THÍ DỤ ÁP DỤNG MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN
ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.

III. 1. Tính thời gian đại lượng dao động điều hịa biến thiên và thời điểm đại
lượng đó đạt giá trị xác định.

III.1.1. Dao động cơ
Ví dụ 1:

Vật dao động điều hồ với phương trình x=4.cos(2πt) (cm)

a) Tính thời gian vật đi từ vị trí ban đầu đến vị trí có li độ x= - 2cm lần thứ nhất, lần thứ
hai và các thời điểm vật qua vị trí x=-2cm theo chiều dương và theo chiều âm.

b) Tính số lần vật đi qua vị trí x=-2 cm theo chiều âm trong 2 giây và trong 3,25 s. 
d) Tại thời điểm t vật ở li độ 2cm. Xác định trạng thái dao động (x, v) ở thời điểm (t+6)

s và (t+
1
3) s.

e) Tìm thời điểm vật qua vị trí x=-2cm theo chiều âm lần thứ 2011 và 2014.
Hướng dẫn

a) Véc tơ quay biểu diễn dao động của vật ở thời điểm ban đầu, thời
điểm vật qua vị trí x=-2cm lần thứ nhất và lần thứ như hình vẽ 1:
- Từ hình vẽ ta có: t1 = φ1/ω; φ1=



0 1

M OM =2π/3 => t

1=1/3 s
t2 = φ2/ω; φ2=



0 2

M OM =4π/3ω=2/3 s
- Chu kì dao động là T=1s.

- Sau một chu kì vật lại quay lại trạng thái ban đầu nên các thời điểm vật đị qua vị trí x

nói trên theo chiều dương và âm là: ta=t1+kT =

3+ k ; td= t2+kT =
2

3+ k (k=1, 2, 3, 4,…)
b) Tính số lần vật đi qua vị trí x=-2cm theo chiều dương và theo chiều âm.

- Trong t=2s: véc tơ OM quay góc: φ=ω.t=4π rad. Mỗi vịng quay
(2π) vật qua vị trí (x,v) 2 lần => Trong 2s vật qua vị trí nói trên 4
lần.

O P x

M0
-2

H.2

O P x

M0
-2

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

- Trong t=3,25s: = ω.t=6,5π rad= 6π + 0,5π. Vẽ véc tơ quay ở hai vị trí đầu và cuối

như hình vẽ 2, dễ dàng suy ra vật qua vị trí trên 6 lần.
 c) Xác định vị trí sau thời gian t:

- Khi t =6s: Véc tơ OM quay góc φ=ω.t =12π: Véc tơ OM đã

quay 6 vòng và trở lại vị trí đầu, do đó x(t+6s)=x(t) =2cm.

- Khi t=1/3s: Véc tơ OM quay góc φ=ω.t=2π/3=>Có hai khả

năng:

+ Tại thời điểm t vật có x=2cm; v>0: Vị trí véc tơ ở hai thời điểm t
và t+1/3s được biểu diễn như hình vẽ 3. Từ hình vẽ suy ra: x(t+1/3s)
=2 cm và đang chuyên động theo chiều âm.

+ Tại thời điểm t vật có x=2cm và v<0: Vị trí các véc tơ như hình vẽ
4. Từ hình vẽ suy ra: x(t+1/3s) = -4 cm và đang ở biên âm.

e). Tìm thời điểm vật qua vị trí (x, v) lần thứ n:

- Với n=2011. Tách 2011 =2010 +1 (lần). Sau 2010 lần đã hết 1005 chu kì và véc tơ
OM trở về đúng vị trí ban đầu OM0, Từ hình vẽ 1 ta suy ra:

t2011=1005T +t1= 1005.1+

3=

3016
3 s

- Với n=2014: Tách 2014=2012+2 lần. Ta thấy sau 2012 lần đã hết 1006 chu kì và vật
lại trở về đúng vị trí ban đầu OM0. Từ hình vẽ suy ra:

t2014=1006T +t2= 1006.1+

2
3=

3020
3 s.

Tổng quát: Thời điểm vật đi qua vị trí (x,v) lần thứ n:

(Trong đó t1; t2 là thời điểm vật qua vị trí (x,v) lần thứ nhất
và lần thứ 2)

O x

M2
4

H.3

O x

2
M2

-4

H.4

t = 1

1
.
2
n

T t




với n lẻ

t = 2

2
.
2
n

T t




</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Ví dụ 2

Một vật dao động điều hồ theo phương trình: x = Acos(t - π2 ). Cho biết, từ

thời điểm ban đầu vật đến li độ x = 
3
2
A

trong khoảng thời gian ngắn nhất là 
1
60s
và tại điểm cách VTCB 2(cm) vật có vận tốc 40 3 (cm/s). Xác định tần số góc và biên
độ A của dao động.

Hướng dẫn: Véc tơ quay biểu diễn vị trí đầu và cuối như

hình vẽ 5. Từ hình vẽ => 6


 

=>∆ =

π

2− α =

π

=> t 20



   

 rad/s => A =

√

x
2

+ v
2

ω2=4 cm .
Ví dụ 3

Một lị xo có khối lượng khơng đáng kể có độ cứng k =100N/m, một đầu treo vào
một điểm cố định, đầu còn lại treo một vật nặng khối lượng 500g. Từ vị trí cân bằng kéo
vật xuống dưới theo phương thẳng đứng một đoạn 10cm rồi bng nhẹ cho vật dao

động điều hịa. Lấy g = 10m/s2. Xác định tỉ số thời gian lò xo bị nén và dãn trong một
chu kỳ.

Hướng dẫn

 =

√

k

m = 10 √2 (rad/s)

Độ dãn của lò xo ở vị trí cân bằng:

Δl=mg

k =0,05m=5 cm ; A=10cm > ∆l

=> Thời gian lò xo nén t1 là thời gian ngắn nhất để vật

đi từ vị trí lị xo khơng biến dạng đến vị trí cao nhất và trở về vị trí cũ.
Vậy: t1=

Δϕ

ω , với sin=
Δl

A=

2 =>=

π

6 =>∆ = -2=
2π
3
l
dãn
O
-A
A
nén

(A > l)

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

=> t1=
Δϕ

ω =

2π

3 . 10√2=

π

15√2 s

Thời gian lò xo dãn t2 là thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí lị xo khơng biến dạng

đến vị trí thấp nhất và trở về vị trí cũ: t2 =

2 2

15 2.s

  


 



=>
1
2

1
2
t
t




Ví dụ 4 (ĐH 2010)

Một con lắc lị xo dao động điều hịa 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 3
T

. Lấy 2=10. Tính tần số dao động của vật.

Hướng dẫn

Vì gia tốc biến thiên điều hịa nên ta có thể biểu diễn gia tốc bằng một véc tơ
quay. Trong thời gian T/3 véc tơ OM quay góc: ∆ = ω.t =

2
3



=> Các véc tơ quay biểu diễn độ lớn của a khơng vượt
q 100cm/s2 như hình vẽ 7. Từ hình vẽ ta có: =π/3

=> A.ω2.cosπ/3=100 =>ω=2π => f=1Hz.

III.1.2. Sóng cơ
Ví dụ 1

Hai điểm M, N cùng nằm trên một phương truyền sóng cách nhau x = λ/3, sóng

có biên độ A, chu kì T=0,5s. Tại thời điểm t1 = 0, có uM =+3cm và uN=-3cm. Ở thời điểm

t2 liền sau đó có uM = +A, biết sóng truyền từ M đến N. Xác định A và t2.

Hướng dẫn

Ta có độ lệch pha giữa M và N là: Δϕ=2πx

λ =

2π

3 .

Vì li độ sóng cũng biến thiên điều hịa nên ta có thể mơ tả dao động
của các phần từ bằng véc tơ quay. Khi đó véc tơ quay biểu diễn li độ
dao động của M và N tại thời điểm t như hình vẽ 8.

Aω2
O

a
M1

100

H.3

-Aω2
M2

-100 

H.7

O u

- 3

H.8
H.8

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Từ hình vẽ ta có:

α=π

6 => A =

uM

cosα =2√3 (cm); t2= t1+


 ; ω=2π/T =4π rad/s => t2=
1
24s

Ví dụ 2

Một sóng cơ được truyền theo phương Ox với vận tốc v=20cm/s. Giả sử khi

truyền đi, biên độ không đổi. Tại O dao động có dạng uo=4.cos(6
t


-2


) (cm). Tại thời
điểm t1 li độ của điểm O là u=2 3 cm và đang giảm. Tính li độ tại điểm O sau thời
điểm t1 một khoảng 3 giây và li độ của điểm M cách O một đoạn d=40 cm ở cùng thời
điểm t1.

Hướng dẫn

Độ lệch pha giữa M và O là 3

d
v

 



  

. Sau 3s véc tơ quay

của O quay được góc ω.t = 2


. Do vậy li độ của O và của M được
biểu diễn bằng các véc tơ quay tại thời điểm t=0 và t=t1 và li độ của
O ở thời điểm t1+3 như hình vẽ 9. Từ hình vẽ ta có:

uO(t1+3)=-2; uM(t1)= 2 3cm

III.1.3. Dao động điện và điện từ
Ví dụ 1

Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch có biểu thức u=220 √2 cos(100t –2


)(V),
t tính bằng giây(s). Xác định thời điểm đầu tiên điện áp tức thời có giá trị bằng điện áp
hiệu dụng và đang giảm.

Hướng dẫn

U u

-Uo Uo

M
2





M
1
H.10

M (t1)
O(t1)

2 u

H.9

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Ta có U=U0/ √2 =220V. Do u biến thiên điều hịa nên ta có thể biểu diễn u dưới dạng
một véc tơ quay ở thời điểm ban đầu và thời điểm t1 u đạt giá trị u=U như hình vẽ 10
Từ hình vẽ ta có : Δt=Δϕ

ω ; ∆ =

π

2 + ; cos=

u2
Uo

= 1

√2 =>  =

π

4 rad =>∆ =

π

2 +

π

4 = 
3π

4 rad => 1

3 3

4.100 400

t t  s



  

Ví dụ 2

Mắc một đèn vào nguồn điện xoay chiều có điện áp tức thời là

220 2 cos(100 )( ).

u  t V Đèn chỉ phát sáng khi điện áp đặt vào đèn có độ lớn khơng

nhỏ hơn 110 6V . Xác định tỉ số thời gian đèn sáng và tắt trong một chu kỳ.
Hướng dẫn

Véc tơ quay biểu diễn thời gian đèn sáng và tắt như hình
vẽ 11. Điều kiện để đèn sáng là: |u|≥110√6(V)

Trong mỗi nửa chu kì, khoảng thời gian đèn tắt là:
∆t1 =

Δϕ1

ω , với ∆1=-2, cos=
u1
Uo

=√3

2 =>=

π

rad =>∆1= 23π rad => ∆t1 = 1501 s => Trong một chu kì, thời gian đèn tắt là: 2∆t1 =
2

150 s

=> Thời gian đèn sáng trong một chu kì là: T - 2∆t1 = 1501 s
Vậy: Tỉ số thời gian đèn sáng và tắt trong một chu kì là: T −2Δt1

2Δt1
=1

2
Ví dụ 3

Một mạch dao động điện từ lí tưởng đang có dao động điện từ tự do. Tại thời
điểm t = 0, tụ điện bắt đầu phóng điện. Sau khoảng thời gian ngắn nhất t = 10-6s thì

x

-Uo Uo

M
1

1

O
M



</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

điện tích trên một bản tụ điện bằng một nửa giá trị cực đại. Tính chu kì dao động riêng
của mạch.

Hướng dẫn

Ở thời điểm đầu (t = 0), điện tích trên một bản tụ là: q1 = qo
Sau khoảng thời gian ngắn nhất ∆t, điện tích trên một bản tụ
điện là: q2 =

qo

2 .

Từ hình vẽ 12 ta có : Ta có: ∆ = π3 rad =>t=

Δϕ

ω =

π

T

2π=
T

Vậy, chu kì dao động riêng của mạch là: T = 6∆t = 6.10-6s

Ví dụ 4

Một mạch dao động LC lí tưởng đang có dao động điện từ tự do. Điện tích trên
một bản tụ điện có biểu thức: q = qocos(106t- π2 ¿ (C). Kể từ thời điểm ban đầu (t =
0), sau một khoảng thời gian ngắn nhất là bao lâu thì năng lượng điện trường trên tụ
điện bằng ba lần năng lượng từ trường ở cuộn cảm?

Hướng dẫn

Ở thời điểm ban đầu t = 0, điện tích trên một bản tụ là q1 = 0.
Sau đó một khoảng thời gian ngắn nhất ∆t thì WL = 13 WC.
=> W = 13 WC + WC = 43 WC  qo

2
2C=

4
3

q2
2

2C => q2 =

√3

2
qo hoặc q2 = - √3

2 qo . Ta biểu diễn dao động của q ở các thời
điểm như hình vẽ 13.

Ta có: Δt=Δϕ

ω với ∆ =
π

2− α ; mà: cos =

q2
qo

=√3
2
=> = π6 =>∆ = π3 . Vậy: Δt=Δϕ

ω =

π

3 .106π=

10−6
3 s

q

-qo q2 q1 qoM1


M
2

H.12

q

-qo O qo

M
2
M
1

q1 q2





</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Ví dụ 5

Một mạch dao dộng LC lí tưởng có chu kì dao động là T. Tại một thời điểm điện
tích trên tụ điện bằng 6.10-7C, sau đó một khoảng thời gian

t = 3T/4 cường độ dịng

điện trong mạch bằng 1,2.10-3A. Tìm chu kì T.

Hướng dẫn

Giả sử ở thời điểm ban đầu t1, điện tích trên tụ điện có giá
trị q1. Ở thời điểm t2, sau đó một khoảng thời gian ∆t = 34T ta

có

2π 3T 3π

Δ =ωΔt= . =

T 4 2



rad. Từ hình vẽ 14 ta có:

1 + 2 =
π

2 => sin2 = cos1 (1) Từ cơng thức: qo2=q2+ i

ω2 => sinϕ2=

i2
ωqo

Do đó (1) <=> ωi.2q

o

=q1

qo =>

ω=i2

q1

=1,2π.10

−3

6 . 10−7 =2000π rad/s Vậy : T = 10
-3s.

III. 2. Tính quãng đường đi trong dao động điều hịa.
Ví dụ 1

Một vật dao động điều hoà theo phương trình: x=4.cos(4πt+/3) (cm). Tính

qng đường vật đi được:
- trong t=2s từ vị trí ban đầu.

- trong 3,25s kể từ vị trí x= -2 cm ngược chiều dương.
- trong 2,325s từ vị trí cân bằng theo chiều dương.
Hướng dẫn

Biểu diễn dao động của vật bằng véc tơ quay ở thời điểm t=0 như hình vẽ 15.
Ta nhận thấy nếu OM quay góc π thì hình chiếu của M đi được quãng đường S1=2A và 
không phụ thuộc vào vị trí đầu và cuối của M. Vậy khi OM quay góc n.π thì hình chiếu
của M luôn đi được quãng đường 2nA.

- Trong t=2s véc tơ OM quay góc =2.4π = 8π => Quãng đường dao động điều hòa đi

được là: s=2.8.A =64 cm.

q
-qo q2 q1

 O

M
2

1
2

M
1

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

- Trong 3,25s: Véc tơ OM quay góc =3,25.4π =13π => Quãng đường vật đi là

s=13.2.A=104cm

- Trong 2,325s: Góc quay là  =ω.t= 9,3π =9π+0,3π . Biểu

dao động bằng véc tơ quay ở các vị trí đầu (x=0, v>0), vị trí
cuối và vị trí sau khi đã quay góc 9π (H.15)

Từ hình vẽ ta có: S=9.2A + |x1| với |x1| =A.cos(0,2π)
=> S=18A+A.cos(0,2π) =75,24cm

Ví dụ 2

Một vật m = 1kg dao động điều hòa theo phương ngang với phương trình
x=Acos(t +). Lấy gốc tọa độ là vị trí cân bằng 0. Từ vị trí cân bằng ta kéo vật theo

phương ngang 4cm rồi buông nhẹ. Sau thời gian t=/30 s kể từ lúc buông tay vật đi

được quãng đường dài 6cm. Tính cơ năng của vật. 
Hướng dẫn

- Biên độ dao động: A=4cm. Giả sử lúc buông tay x=A=4cm
=> Sau t=/30s vật đi quãng đường 6cm thì vật đến vị trí

x=-2cm. Biểu diễn dao động bằng các véc tơ quay như hình vẽ 16.

Từ hình vẽ ta có: Góc quay:

2π
=ωΔt=

3




=>ω =20 rad/s
=> W=mω2A2/2=0,32J.

Ví dụ 3

Một vật dao động điều hòa với phương trình x=Acos(ωt+) dọc theo trục Ox.

Tính qng đường lớn nhất và nhỏ nhất mà vật đi được trong thời gian t cho trước

trong các trường hợp: a) t < 2

T

b) t > 2

T

Hướng dẫn

Vật có vận tốc lớn nhất khi qua VTCB, nhỏ nhất khi qua vị trí biên nên trong
cùng một khoảng thời gian quãng đường đi được càng lớn khi vật ở càng gần VTCB và

A x

x1 O

H.15

M2
M3

4 x
-2

H.16

A
 M1
 P



 M2

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

càng nhỏ khi càng gần vị trí biên. Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và
chuyển đường trịn đều.

Góc qt φ t.

a) Nếu t < 2

T

thì φ  t < π.

Quãng đường lớn nhất khi vật đi từ M1 đến M2 đối xứng qua trục sin (H.17) =>

max

S 2A sin

2



Quãng đường nhỏ nhất khi vật đi từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos (H.18)

=> Smin 2A(1 cos 2 )


 

b) Nếu t > 2

T

thì φ .t > π .

Tách φnπ +φ1 => S=n.2A +S1 với S1 là quãng đường vật đi thêm khi OM



quay
góc φ1 sau khi đã đi quãng đường 2.nA => Smax =n.2A +S1max và Smin =n.2A +S1min.

Áp dụng công thức trên ta có: Smax 2A(n sin 2 )


 

; Smin 2A(n 1 cos 2 )



  

III.3. Tìm biên độ sóng dừng và vị trí các điểm có biên độ xác định trong sóng dừng
Ví dụ 1

Dây AB đầu B cố định, chiều dài l=1m, đầu A dao động với tần số 25Hz với biên
độ 1cm. Trên dây có 5 bó sóng với A, B là các nút sóng.

a) Tính tốc độ truyền sóng trên dây.

c) Tìm điểm gần A nhất dao động với biên độ 1cm và khoảng cách từ A đến các điểm có
biên độ 1cm.

Hướng dẫn

a) Ta có l=5λ/2 =2,5λ => λ = 40cm => v=λ.f=10m/s

b) Biên độ sóng dừng tại điểm cách các nút đoạn d là: A=2a|sin
2πd

λ |

A

O x

P2 P1




A

O

M1
 x

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

=> Biên độ sóng dừng biến thiên điều hịa trong khơng gian với pha dao động tại điểm

cách A đoạn d là
2πd

λ => Độ lệch pha của hai biên độ dao động tại hai hai điểm cách

nhau đoạn d là φ=

2πd

λ . Có thể biểu diễn biên độ sóng dừng tại
điểm nút A (biên độ bằng 0) và điểm M (biên độ bằng 1cm) bằng
các véc tơ quay như hình vẽ H.19 mà độ dài hình chiếu của các
véc tơ trên trục Ox thẳng đứng có độ lớn bằng biên độ của sóng
dừng tại điểm đó.

Từ hình vẽ ta thấy: Điểm gần A nhất có biên độ 1cm lệch pha (về
biên độ) với A góc:

Δφ =
2πd

λ =6


=> d =12


3 cm

Điểm tiếp theo dao động với biên độ 1cm lệch pha với A góc

5
2 3 6

  

 

=> d=
50

3 cm

Vậy khoảng cách từ các điểm có biên độ 1cm đến đầu A là: d=
10

3 +kλ =
10

3 +40k cm

và d=
50

3 +kλ =

3 +40k cm (k= 1, 2, 3, 4, 5).
Ví dụ 2 (Đại học 2011)

Một sợi dây đàn hồi căng ngang, đang có sóng dừng ổn định. Trên dây, A là một
điểm nút, B là một điểm bụng gần A nhất, C là trung điểm của AB, với AB = 10 cm. Biết
khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà li độ dao động của phần tử tại B bằng biên
độ dao động của phần tử tại C là 0,2 s. Tốc độ truyền sóng trên dây là

A. 0,25 m/s. B. 0,5 m/s. C. 2 m/s. D. 1 m/s.

Hướng dẫn

- Biên độ sóng dừng tại A và C lệch pha nhau góc:

2 2 .5
40 4
d

  




   

C

A
A 

1
O

H.19

M1
M2

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

- Xét sự dao động của B. Độ lệch pha của của dao động tại hai
thời điểm là: Δ =ω.t



λ 40

2 =2,5π T=0,8 v= = =50cm/s=0,5m/s

0,2 s T 0,8

t


   



IV. MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIÊM THAM KHẢO

Câu 1. Vật dao động theo phương trình x =4cos(10t-/6) cm, thời gian ngắn nhất vật đi từ li

độ 2 2 cm đến 2 2cm là:

A. 0.1s B. 0.05s C. 0.02s
D.0.01s

Câu 2: Khi treo vật nặng M vào lị xo thì lị xo giãn một đoạn ∆l=25(cm).Từ vị trí cân bằng O
kéo vật xuống theo phương thẳng đứng đến vị trí lị xo giãn 35 (cm) rồi buông nhẹ để vật dao
động điều hịa. Lấy g=π2=10m/s2. Nếu vào thời điểm nào đó có li độ của M là 5cm theo chiều

dương thì vào thời điểm 1/4 (s) ngay sau đó li độ của vật M là bao nhiêu?

A. 5 3cm B. -5cm C. 5 2cm D. Đáp án khác

Câu 3: Một vật dao động điều hòa theo phương ngang với phương trình x=20sin2t (cm).

Vào một thời điểm nào đó vật có li độ là 5cm thì li độ vào thời điểm 1/8 (s) ngay sau đó là:
A. 17,2 cm B. -10,2 cm C. 7 cm D. A và B đều đúng

Câu 4: Một vật dao động điều hịa với phương trình: x = 0,05sin20t (m). Vận tốc trung bình
trong 1/4 chu kỳ kể từ lúc t0 = 0 là

A. 1 m/s B. 2 m/s C. 2/ m/s D.1/ m/s

Câu 5: Một vật dao động điều hòa dọc theo trục Ox. Vận tốc của vật khi qua vị trí cân bằng là
62,8 cm/s và gia

tốc cực đại của vật là 4 m/s2. Lấy π2≈ 10. Vận tốc trung bình và tốc độ trung bình của vật.

a) Trong một chu kì dao động là

A. 0 và 10 cm/s B. 10 cm/s và 10cm/s C. 0 và 40cm/s D. 10 cm/s và 40cm/s
b) trong thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí cân bằng theo chiều dương đến vị trí x=52 là

A. 402 cm và 402 cm B. 202 cm và 202 cm

1
O

H.20

B
Δφ

A/2

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

C. -402 cm và 202 cm D. một đáp án khác

Câu 6: Con lắc lò xo dao động theo phương ngang với phương trình: x=10cos(2t) cm. Thời
gian ngắn nhất từ lúc t0 = 0 đến thời điểm vật có li độ -5cm là:

A. /3 s B. /4s C./2 s D. 1/2(s)

Câu 7: Một vật dao động điều hịa với phương trình: x=2cos(20t) cm. Những thời điểm vật qua

vị trí có li độ x=+1 cm là:

A. t = -1/60 +k/10 (k=1, 2, 3, 4, 5,....) B. t = +1/60 +k/10 (k 0) (k=0, 1, 2, 3)

C. A và B đều đúng D. A và B đều sai

Câu 8: Một lò xo treo thẳng đứng, đầu trên cố định, đầu dưới có vật m = 100g, độ cứng K=25
N/m, lấy g=10 m/s2. Chọn trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống. Vật dao động với

phương trình:

x = 4cos(5t+/3) cm. Thời điểm lúc vật qua vị trí lị xo bị dãn 2 cm lần đầu tiên là:

A. 1/30s B. 1/25s C. 1/15s D.1/5s

Câu 9: Một vật thực hiện 40 dao động trong 1/3 phút. Biên độ dđ A=10cm. Vận tốc trung bình
của vật khi chuyển động từ vị trí có ly độ x1 = 5cm đến vị trí x2=5cm theo chiều dương là

A. 120cm/s B. 60cm/s C. -120cm/s D. -60cm/s

Câu 10: Một vật dao động điều hồ với phương trình: x=0,05sin20πt (m). Vận tốc cực đại và
tốc độ trung bình khi vật dao động trong 1/4 chu kỳ đầu là

A. π m/s và 2m/s B. 2m/s và 1m/s C. 1m/s và 0 D. 2m/s và 2m/s

Câu 11: Vật dao động điều hòa. Liên hệ giữa tốc độ cực đại của vật với tốc độ trung bình trong
một chu kì là

A. vtb=2vmax/π B. vtb=vmax/2π C. . vtb=vmax D. vtb=vmax/π

Câu 12: Một qủa cầu dao động điều hòa với phương trình: x=2cos(2πt) (cm,s).

a) Sau bao lâu kể từ khi bắt đầu dao động, qủa cầu sẽ đi qua vị trí x = 1(cm) lần thứ 2011?
A.

6031

6 s B.

6005

6 s C. 1005s D. Đáp án khác
b) Thời điểm vật đi qua vị trí x=1cm lần thứ 2012 là

A.
3015

6 s B.

3017

3 s C. Đáp án khác D. 2/3 s

Bài 13: Con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hoà với biên độ 10 cm, thời gian ngắn nhất đi
từ vị trí có li độ -5cm đến 5cm là 1/3 s. Thời gian vật đi từ vị trí lị xo nén cực đại đến vị trí lò
xo dãn 5cm.

A. 3/2 s B. 1/3 s C. 4/3 s D. 2/3s

Bài 14: Một lò xo treo thẳng đứng dao động điều hoà với chu kì 0,4s. Lấy g=π2=10m/s2.

a) Tính độ biến dạng của lị xo khi m cân bằng.

A. 50cm B. 4cm C. 10cm D. 5cm

b) Kéo vật đến vị trí lị xo dãn 12cm rồi bng tay. Tính thời gian lị xo bị giãn trong một chu
kì dao động.

A. 4/15s B. 2/15s C. 4/30s D. Đáp án khác

</div>
(17)<div class='page_container' data-page=17>

giãn 7,5cm rồi thả nhẹ. Chọn gốc tọa độ ở vị trí cân bằng của vật, trục tọa độ thẳng đứng, chiều
dương hướng lên trên, chọn gốc thời gian là lúc thả vật. Cho g = 10m/s2 . Tìm thời gian từ lúc

thả vật đến thời điểm vật đi qua vị trí lị xo không biến dạng lần thứ nhất.
A. π/30s B. 1/30s C. 2π/30 s D. Đáp án khác

Câu 16: Một con lắc lị xo treo thẳng đứng, đầu dưới có vật m. Chọn gốc tọa độ ở vị trí cân
bằng, trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng lên. Kích thích quả cầu dao động với phương
trình: x =5sin(20t–/2) cm. Lấy g = 10 m/s2. Thời gian vật đi từ lúc t0 = 0 đến vị trí lị xo

khơng biến dạng lần thứ nhất là:

A. /30 (s) B. /15 (s) C. /10 (s) D. /5(s)

Bài 17: Vật dao động điều hồ với phương trình x=5.sin(2πt+π/2)cm.

a) Thời điểm đầu tiên vật qua vị trí động năng bằng thế năng kể từ thời điểm ban đầu là
A. 1/4s B. 1/8 s C. 3/4 S D 3/8 s

b) Trong một chu kì số lần vật đi qua vị trí động năng bằng thế năng là
A. 2 lần B. 4 lần C. 1 lần D. 3 lần
c) Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp động năng bằng thế năng là

A. 1/4 s B. 3/4 s C. 1/8 s D. Đáp án khác

d) Thời điểm vật qua vị trí động năng bằng thế năng và số lần vật đi qua vị trí đó trong thời
gian 2,25s là

A. t= 1/8+k/4 (s) (K=0, 1,2,3,...) và 9 lần B. t= 1/4+k/4 (s) (=0, 1,2,3,...) và 8 lần
C. t= 1/8+k/8 (s) (K=0, 1,2,3,...) và 8 lần D. Một đáp án khác

Câu 18: Một vật dao động điều hòa với phương trình: x = Acos(t +). Trong khoảng thời

gian 1/60(s) đầu tiên, vật đi từ vị trí x0 = 0 đến vị trí x =

3
A

2 theo chiều dương và tại điểm
cách vị trí cân bằng 2cm thì nó có vận tốc là 40 3cm/s. Khối lượng quả cầu là m = 100g.

Năng lượng của nó là

A. 32.10-2 J B. 16.10-2 J C. 9.10-3 J D. Một giá trị khác

Câu 19 (ĐH 2010): Một chất điểm dao động điều hịa với chu kì T và biên độ A. Trong
khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí biên có li độ x = A đến vị trí x = 2

A


, chất điểm có
tốc độ trung bình là

A.
6

.
A

T B.

9
.
2

A

T C. 
3

A

T D. 
4

.
A
T

Câu 20(ĐH 2010): Một con lắc lò xo dao động điều hịa 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 3

T

. Lấy 2=10. Tần số dao động của vật là

A. 4 Hz. B. 3 Hz. C. 2 Hz. D. 1 Hz.

Câu 21: Một con lắc lị xo dao động với phương trình: x=4cos4t (cm). Quãng đường vật đi

được trong thời gian 30s kể từ lúc t0 = 0 là

</div>
(18)<div class='page_container' data-page=18>

Câu 22: Một con lắc lò xo độ cứng K=100N/m, vật nặng khối lượng m=250g, dao động điều
hòa với biên độ A=4cm. Lấy t0=0 lúc vật ở vị trí biên thì qng đường vật đi được trong thời

gian /10s đầu tiên là:

A. 12 cm B.8 cm .16 cm D.24 cm

Câu 23: Một vật m = 1kg dao động điều hòa theo phương ngang với phương trình x = Acos(t

+). Lấy gốc tọa độ là vị trí cân bằng 0. Từ vị trí cân bằng ta kéo vật theo phương ngang 4cm

rồi buông nhẹ. Sau thời gian t = /30 s kể từ lúc buông tay vật đi được quãng đường dài 6cm.

Cơ năng của vật là

A. 16.10-2 J B. 32.10-2 J C. 48.10-2 J D. Tất cả đều sai

Câu 24: Một vật m =1,6 kg dao động điều hòa với phương trình : x = 4sint. Lấy gốc tọa độ

tại vị trí cân bằng.Trong khoảng thời gian /30 (s) đầu tiên kể từ thời điểm t0=0, vật đi được 2

cm. Độ cứng của lò xo là:

A. 30 N/m B. 40 N/m C. 50 N/m D. 6N/m

Câu 25: Vật dao động theo phơng trình x= cos(10t-/2) cm. Quãng đờng vật đi đợc trong
khoảng thời gian từ thời điểm 1.1s đến 5.1s là:

A. 40cm B. 20cmC. 60cm D. 80cm

Câu 26: Vật dao động theo phơng trình x=4cos(10t-/6)cm, thời điểm vật đi qua vị trí có li độ
2cm hớng về VTCB trong lần dao động thứ hai là:

A. 0.45s B. 0.35sC. 0.25s D. 0.05s

Câu 27: Một con lắc lò xo dao động điều hịa với phương trình : x  12cos(50t-π/2)cm.
Quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian t  π/12(s), kể từ thời điểm gốc là : (t  0)
A. 6cm. B. 90cm. C. 102cm. D. 54cm.

Câu 28: Một con lắc lò xo dao động điều hịa với phương trình : x  6cos(20t π/3)cm. Quãng
đường vật đi được trong khoảng thời gian t  13π/60(s), kể từ khi bắt đầu dao động là :

A. 6cm. B. 90cm. C. 102cm. D. 54cm.

Câu 29: Một con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ 6cm và chu kì 1s. Tại t = 0, vật đi
qua VTCB theo chiều âm của trục toạ độ. Tổng quãng đường đi được của vật trong khoảng thời
gian 2,375s kể từ thời điểm được chọn làm gốc là:

A. 56,53cm B. 50cm C. 55,77cm D. 42cm

Câu 30: Một vật dao động với phương trình x  4 2cos(5πt-3π/4)cm. Quãng đường vật đi từ

thời điểm t1 1/10(s) đến t2 = 6s là:

A. 84,4cm B. 333,8cm C. 331,4cm D. 337,5cm

Câu 31: Một vật dao động điều hịa dọc theo trục Ox, quanh vị trí cân bằng O với biên độ A và
chu kỳ T. Trong khoảng thời gian T/4, quãng đường lớn nhất mà vật có thể đi được là :

A. A B. 2A. C. 3A. D. 1,5A.

Câu 32: Một vật dao động điều hịa với phương trình x = 4cos(4t + /3). Tính quãng đường

lớn nhất mà vật đi được trong khoảng thời gian t = 1/6 (s) :

A. 4 3cm. B. 3 3cm. C. 3cm. D. 2 3cm.

Câu 33: Một con lắc lò xo gồm một lị xo có độ cứng k  100N/m và vật có khối lượng
m=250g, dao động điều hoà với biên độ A6cm. Chọn gốc thời gian t  0 lúc vật qua
VTCB. Quãng đường vật đi được trong 10π (s) đầu tiên là:

</div>
(19)<div class='page_container' data-page=19>

Câu 34: Một vật dao động điều hòa với phương trình x = 4cos(4t + /3). Tính qng đường

bé nhất mà vật đi được trong khoảng thời gian t = 1/6 (s):

</div>