Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, dao động điều hòa tại nơi có g=10m/s2 . Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ lớn lực kéo về Fkv tác dụng lên vật và độ lớn lực đàn hồi Fdh của lò xo theo thời gian t .
Biết \({t_2} - {t_1} = \frac{{7\pi }}{{120}}(s)\). Khi lò xo dãn 6,5cm thì tốc độ của vật là
A. 80cm/s
B. 60cm/s
C. 51cm/s
D. 110cm/s .
Lời giải của giáo viên
Giả sử ở vị trí cân bằng, lò xo giãn một đoạn Δl0
Lực đàn hồi và lực phục hồi có độ lớn cực đại là:
\(\left\{ \begin{array}{l}
{F_{dh\max }} = k\left( {\Delta {l_0} + A} \right)\\
{F_{ph\max }} = kA
\end{array} \right. \Rightarrow {F_{dh\max }} > {F_{ph\max }}\)
Từ đồ thị ta thấy đồ thị (1) là đồ thị lực phục hồi, đồ thị (2) là đồ thị lực đàn hồi
Ta có:
\(\frac{{{F_{dh\max }}}}{{{F_{ph\max }}}} = \frac{{k\left( {\Delta {l_0} + A} \right)}}{{kA}} = \frac{3}{2} \Rightarrow 2\left( {\Delta {l_0} + A} \right) = 3A \Rightarrow A = 2\Delta {l_0}\)
Nhận xét: lực phục hồi có độ lớn nhỏ nhất tại vị trí cân bằng → tại thời điểm t1, vật ở vị trí cân bằng
Lực đàn hồi có độ lớn nhỏ nhất tại vị trí lò xo không biến dạng → tại thời điểm t2, vật ở vị trí lò xo không biến dạng lần thứ 2 kể từ thời điểm t1
Lực đàn hồi và lực phục hồi có độ lớn cực đại tại vị trí biên dưới → tại thời điểm t3, vật ở vị trí biên dưới lần đầu tiên kể từ thời điểm t2
Ta có vòng tròn lượng giác:
Từ vòng tròn lượng giác ta thấy từ thời điểm t1 đến t2, vecto quay được góc \(\Delta \varphi = \frac{{7\pi }}{6}\left( {rad} \right)\)
Ta có: \(\omega = \frac{{\Delta \varphi }}{{\Delta t}} = \frac{{\frac{{7\pi }}{6}}}{{\frac{{7\pi }}{{120}}}} = 20\left( {rad/s} \right)\)
Lại có:
\(\begin{array}{l}
\omega = \sqrt {\frac{g}{{\Delta l}}} \Rightarrow 20 = \sqrt {\frac{{10}}{{\Delta {l_0}}}} \\
\Rightarrow \Delta {l_0} = 0,025\left( m \right) = 2,5\left( {cm} \right)\\
\Rightarrow A = 5\left( {cm} \right)
\end{array}\)
Khi lò xo giãn 6,5 cm, vật có li độ là:
\(x = \Delta l - \Delta {l_0} = 6,5 - 2,5 = 4\left( {cm} \right)\)
Tốc độ của vật là:
\(v = \omega \sqrt {{A^2} - {x^2}} = 20\sqrt {{5^2} - {4^2}} = 60\left( {cm/s} \right)\)
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Sóng điện từ của kênh VOV giao thông có tần số 91MHz, lan truyền trong không khí với tốc độ 3.108m/s. Bước sóng của sóng này là
Đặt điện áp xoay chiều \(u = U\sqrt 2 {\rm{\;coswt}}\,\,{\rm{(w > 0)}}\) vào hai đầu một đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp thì trong đoạn mạch có cộng hưởng điện. Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện khi đó là
Một ánh sáng đơn sắc truyền trong chân không có bước sóng 0,6µm. Lấy h=6,626.10-34J/s; c=3.108m/s. Năng lượng của mỗi phôtôn ứng với ánh sáng đơn sắc này là
Một con lắc đơn dao động theo phương trình s=4cos2πt (cm) (t tính bằng giây) . Chu kì dao động của con lắc là
Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ có độ cứng k và vật nhỏ có khối lượng m. Con lắc này dao động điều hòa với chu kì là
Một điện trở được mắc vào hai cực của một nguồn điện một chiều có suất điện động E thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện có độ lớn là UN. Hiệu suất của nguồn điện lúc này là
Từ thông qua một mạch điện kín biến thiên đều theo thời gian. Trong khoảng thời gian 0,2s từ thông biến thiên một lượng là 0,5Wb. Suất điện động cảm ứng trong mạch có độ lớn là
Một sợi dây đang có sóng dừng ổn định. Sóng truyền trên đây có bước sóng là 12cm. Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp là
Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V vào hai đầu đoạn mạch AB như hình bên.
Biết các điện áp hiệu dụng UAM=90V và UMB=150V. Hệ số công suất của đoạn mạch AM là
Một nguồn sáng phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6µm. Số phôtôn do nguồn sáng phát ra trong 1 giây là 1,51.1018 hạt. Cho h=6,625.10-34Js, c=3.108m/s. Công suất phát xạ của nguồn sáng này là
Xét nguyên tử hiđrô theo mẫu nguyên tử Bo, r0 là bán kính Bo. Khi êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng M thì có bán kính quỹ đạo là
Sử dụng thiết bị phát tia X để kiểm tra hành lí ở sân bay là dựa vào tính chất nào của tia X?
Đại lượng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân là
Đặt điện áp \(n = {U_0}{\rm{cos}}\omega t\) vào hai đầu đoạn mạch AB như hình bên.
Trong đó, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L; tụ điện có điện dung C ; X là đoạn mạch chứa các phần tử có R1, L1, C1 mắc nối tiếp. Biết 2ω2LC=1, các điện áp hiệu dụng: UAN=120V, UMB=90V , góc lệch pha giữa UAN và UMB là 5π/12. Hệ số công suất của X là