Câu hỏi Đáp án 2 năm trước 39

Một con lắc lò xo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng \(k\text{ }=25N/\text{ }m\) một đầu được gắn với hòn bi nhỏ có khối lượng\(m\text{ }=100g\). Khi vật đang ở vị trí cân bằng, tại thời điểm \(t=0\) người ta thả cho con lắc rơi tự do sao cho trục lò xo luôn nằm theo phương thẳng đứng và vật nặng ở phía dưới lò xo. Đến thời điểm \({{t}_{1}}=0,02\sqrt{15}s\) thì điểm chính giữa của lò xo đột ngột bị giữ lại cố định. Lấy \(g=10~\text{m}/{{\text{s}}^{2}};{{\pi }^{2}}=10\). Bỏ qua ma sát, lực cản. Tốc độ của hòn bi tại thời điểm \({{t}_{2}}={{t}_{1}}-0,07s\) có độ lớn gần nhất với giá trị nào sau đây? 

A. 75cm /s 

Đáp án chính xác ✅

B. 60 cm/s

C. 90 cm/s

D. 120 cm/s

Lời giải của giáo viên

verified HocOn247.com

Độ biến dạng của lò xo tại VTCB: \(\Delta {{l}_{0}}=\frac{mg}{k}=\frac{0,1.10}{25}=4cm\)

Quá trình chuyển động của vật được chia làm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Vật rơi tự do xuống dưới. Chọn HQC gắn với điểm treo lò xo trục Ox thẳng đứng chiều dương hướng xuống dưới, gốc O tại vị trí cân bằng.

Vật nặng chịu tác dụng của các lực trọng lực, lực đàn hồi của lò xo, lực quán tính \(\left( {{F}_{qt}}=P \right)\).

Tại vị trí cân bằng và trong quá trình rơi, vật dao động điều hòa quanh vị trí lò xo không biến dạng với biên độ \(A=\Delta {{l}_{0}}\).

Thời điểm t = 0, con lắc bắt đầu rơi thì vật đang ở biên dưới. 

Tần số góc của dao động: \(\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}=5\pi (\text{rad}/\text{s})\Rightarrow T=\frac{2\pi }{\omega }=0,4s\)

Sau khoảng thời gian \({{t}_{1}}=0,02\sqrt{15}=\frac{\sqrt{15}}{20}T\) ứng với góc quét \(\varphi =\omega {{t}_{1}}={{69}^{0}}\)

Khi đó li độ của vật là: \({{x}_{1}}=A\cdot \cos {{69}^{0}}=1,4~\text{cm}\)

Khi đó vật có vận tốc là: \(v=-\omega \cdot \sqrt{{{A}^{2}}-{{x}^{2}}}=-58,93(~\text{cm}/\text{s})\)

+ Giai đoạn 2: Khi lò xo bị giữ ở chính giữa.

Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất, vật chịu tác dụng của 2 lực: Trọng lực và lực đàn hồi.

Độ cứng \({{k}^{\prime }}=2k\Rightarrow \text{VTCB}\) mới ở cách vị trí cân bằng cũ 2cm , là vị trí lò xo dãn \(\Delta l=\frac{mg}{{{k}^{\prime }}}=2cm\)

Sau thời gian t1 , vận tốc của vật nặng so với mặt đất là: \(\overrightarrow{{{v}_{13}}}=\overrightarrow{{{v}_{12}}}+\overrightarrow{{{v}_{23}}}\Rightarrow {{v}_{13}}=-58,93+gt=18,53~\text{cm}/\text{s}\)

Li độ của vật tại thời điểm t1 trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất là: \({{x}_{13}}=-1,4-2=3,4cm\)

Khi đó tần số góc: \({{\omega }^{\prime }}=\sqrt{\frac{{{k}^{\prime }}}{m}}=\sqrt{2}\omega =5\sqrt{2}\pi (\text{rad}/\text{s})\)

Khi đó vật dao động quanh vị trí \({{O}^{'}}\) với biên độ: \({{A}^{\prime }}=\sqrt{x_{13}^{2}+{{\left( \frac{{{v}_{13}}}{{{\omega }^{\prime }}} \right)}^{2}}}\approx 3,5~\text{cm}\)

Sau thời gian \(\Delta t=0,07s\)

Vị trí ban đầu \(\alpha =\operatorname{acr}\cos \frac{3,4}{3,5}=13,{{8}^{0}}\)

Góc quét được \(\varphi =\omega \Delta t=5\sqrt{2}\pi .0,07={{89}^{0}}\)

Li độ lúc đó là \(x=A\cdot \sin \left( \alpha +\varphi -{{90}^{0}} \right)=0,77~\text{cm}\)

Vận tốc lúc đó là \(v={{\omega }^{\prime }}\sqrt{{{A}^{\prime 2}}-{{x}^{2}}}=75,8~\text{cm}/\text{s}\)

CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ

Câu 1: Trắc nghiệm

Khi nói về sự điều tiết của mắt, phát biểu nào sau đây là đúng? 

Xem lời giải » 2 năm trước 41
Câu 2: Trắc nghiệm

Nhận định nào dưới đây về dao động cưỡng bức là không đúng? 

Xem lời giải » 2 năm trước 40
Câu 3: Trắc nghiệm

Tìm phát biểu sai về điện trường 

Xem lời giải » 2 năm trước 40
Câu 4: Trắc nghiệm

Mạch dao động điện từ điều hòa gồm cuộn cảm L và tụ điện C, khi tăng điện dung của tụ điện lên 4 lần thì chu kì dao động của mạch: 

Xem lời giải » 2 năm trước 39
Câu 5: Trắc nghiệm

Một chất điểm dao động điều hòa với phương trình li độ \(x=2\cos \left( 2\pi t+\frac{\pi }{2} \right)\) (x tính  bằng cm, t tính bằng s). Tại thời điểm \(t=0,25~\text{s}\), chất điểm có li độ bằng: 

Xem lời giải » 2 năm trước 39
Câu 6: Trắc nghiệm

Để so sánh độ bền vững của các hạt nhân người ta dùng đại lượng 

Xem lời giải » 2 năm trước 38
Câu 7: Trắc nghiệm

Đoạn mạch điện xoay chiều AB chỉ chứa một trong các phần tử: điện trở thuần, cuộn dây hoặc tụ điện. Khi đặt điện áp \(u={{U}_{0}}\cos \left( \omega t-\frac{\pi }{6} \right)V\) lên hai đầu A và B thì dòng điện trong mạch có biểu thức \(i={{I}_{0}}\cos \left( \omega t+\frac{\pi }{3} \right)A\). Đoạn mạch AB chứa: 

Xem lời giải » 2 năm trước 38
Câu 8: Trắc nghiệm

Chu kì bán rã của hai chất phóng xạ A và B là TA và \({{T}_{B}}=2{{T}_{A}}.\) Ban đầu hai khối chất A và B có số hạt nhân như nhau. Sau thời gian \(t=4{{T}_{A}}\) , thì tỉ số giữa số hạt nhân A và B đã phóng xạ là. 

Xem lời giải » 2 năm trước 38
Câu 9: Trắc nghiệm

Giới hạn quang điện của một kim loại là 300nm. Lấy \(h=6,{{625.10}^{-34}}J.s;c={{3.10}^{8}}~\text{m}/\text{s}\). Công thoát electron của kim loại này là: 

Xem lời giải » 2 năm trước 37
Câu 10: Trắc nghiệm

Dòng điện \(i=2\sqrt{2},\cos (100\pi t)(A)\) có giá trị hiệu dụng bằng: 

Xem lời giải » 2 năm trước 37
Câu 11: Trắc nghiệm

Đồ thị của hai dao động điều hòa cùng tần số được cho như hình vẽ. Phương trình dao động tổng hợp của chúng là : 

Xem lời giải » 2 năm trước 36
Câu 12: Trắc nghiệm

Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một trục cố định. Phát biểu nào sau đây đúng

Xem lời giải » 2 năm trước 35
Câu 13: Trắc nghiệm

Biểu thức li độ của vật dao động điều hòa có dạng \(x=A\cos (2\omega t+\varphi )\) vận tốc của vật có giá trị cực đại là 

Xem lời giải » 2 năm trước 35
Câu 14: Trắc nghiệm

Một mạng điện xoay chiều \(220~\text{V}-50~\text{Hz}\), khi chọn pha ban đầu của điện áp bằng không thì biểu thức của điện áp có dạng 

Xem lời giải » 2 năm trước 34
Câu 15: Trắc nghiệm

Hai điện trở \({{R}_{1}},{{R}_{2}}\left( {{R}_{1}}>{{R}_{2}} \right)\) được mắc vào hai điểm A và B có hiệu điện thế \(U=12V.\) Khi R1 ghép nối tiếp với R2 thì công suất tiêu thụ của mạch là 4W ; Khi R1 ghép song song với R2 thì công suất tiêu thụ của mạch là 18W. Giá trị của R1 , R2 bằng 

Xem lời giải » 2 năm trước 34

📝 Đề thi liên quan

Xem thêm »
Xem thêm »

❓ Câu hỏi mới nhất

Xem thêm »
Xem thêm »