Đề thi thử tốt nghiệp THPT QG môn Vật Lý năm 2020 - Trường THPT Chu Văn An lần 3
Đề thi thử tốt nghiệp THPT QG môn Vật Lý năm 2020
-
Hocon247
-
40 câu hỏi
-
90 phút
-
51 lượt thi
-
Dễ
Tham gia [ Hs Hocon247.com ] - Cộng Đồng Luyện Thi Trực Tuyến để được học tập những kiến thức bổ ích từ HocOn247.com
Con lắc lò xo gồm vật nhỏ gắn với lò xo nhẹ dao động điều hòa theo phương ngang. Lực kéo về tác dụng vào vật luôn
Con lắc lò xo gồm vật nhỏ gắn với lò xo nhẹ dao động điều hòa theo phương ngang. Lực kéo về tác dụng vào vật luôn hướng về vị trí cân bằng.
Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Vận tốc của vật
Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Vận tốc của vật biến thiên điều hòa theo thời gian.
Một con lắc đơn gồm sợi dây nhẹ, không dãn, chiều dài l và chất điểm có khối lượng m. Cho con lắc dao động điều hòa tại nơi có gia tốc trọng trường là g. Tần số góc của con lắc được tính bằng công thức
+ Chu kỳ của con lắc được tính bằng công thức:
\( T = \frac{{2\pi }}{\omega } = 2\pi \sqrt {\frac{g}{l}} \)
+ Tần số góc của con lắc được tính bằng công thức:
\(\omega = \sqrt {\frac{g}{l}} \)
Một vật nhỏ dao động điều hoà với biên độ A dọc theo trục Ox. Quỹ đạo của vật là một đoạn thẳng có chiều dài:
Ta có: chiều dài quỹ đạo của vật dao động điều hòa: L=2A
Trong quá trình truyền sóng cơ, gọi \(
\lambda \) là bước sóng, v là vận tốc truyền sóng và f là tần số sóng. Mối liên hệ giữa các đại lượng này là:
+ Quảng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ: \( \lambda = v.T\)
+ Tốc độ truyền sóng: \( \to v = \frac{\lambda }{T} = \lambda f\)
Trong các hiện tượng sau, hiện tượng nào không liên quan đến nhiễm điện?
Chim thường xù lông về mùa rét không liên quan đến nhiễm điện
Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm dần theo thời gian là
Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm dần theo thời gian là biên độ và năng lượng.
Bộ phận giảm xóc của ô tô và xe máy có tác dụng
Bộ phận giảm xóc của ô tô và xe máy có tác dụng giảm cường độ lực gây xóc và làm tắt dần dao động.
Điện năng tiêu thụ của mạch được đo bằng
Điện năng tiêu thụ của mạch được đo bằng công tơ điện.
Dao động của một vật là tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số,ngược pha, có biên độ lần lượt là A1 và A2. Biên độ dao động của vật bằng
+ Hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số,ngược pha.
Biên độ dao động của vật :\( A=\left| {{A_1} - {A_2}} \right|\)
Một con lắc lò xo gồm một lò xo nhẹ có độ cứng k, vật nhỏ có khối lượng m. Con lắc dao động điều hòa với chu kì là
Con lắc dao động điều hòa với chu kì là \( T = \frac{{2\pi }}{\omega } = 2\pi \sqrt {\frac{m}{k}} \)
Hai dao động thành phần có biên độ là 5cm và 12cm. Biên độ dao động tổng hợp có thể nhận giá trị nào
+ Biên độ dao động tổng hợp thỏa mãn điều kiện:
\( \left| {{A_1} - {A_2}} \right| \le A \le {A_1} + {A_2} \Leftrightarrow 7 \le A \le 17\)
Vậy: Biên độ dao động tổng hợp có thể nhận giá trị 9cm.
Con lắc đơn có chiều dài ℓ = 2m, dao động với biên độ góc \( {\alpha _0} = 0,1rad\), biên độ dài của con lắc là
+ Biên độ dài của con lắc là:
\( A = l.{\alpha _0} = 2.0,1 = 0,2m\)
Sóng cơ truyền theo trục Ox có phương trình \( u = 30\cos ({4.10^3}t - 50x)cm\) (x đo bằng cm, t đo bằng giây) tốc độ truyền của sóng cơ này bằng:
Ta có phường trình truyền sóng có dạng:\( u = A\cos (\omega t - \frac{{2\pi }}{\lambda }x)cm\)
\( \to 50x = \frac{{2\pi }}{\lambda }x \to \lambda = 0,04\pi (m)\)
Vậy tốc độ truyền của sóng cơ này bằng:
\( v = \frac{\lambda }{T} = \lambda .\frac{\omega }{{2\pi }} = 0,04\pi .\frac{{{{4.10}^3}}}{{2\pi }} = 80m/s\)
Một vật dao động điều hòa với chu kì T. Động năng của vật này biến thiên điều hòa với chu kì
Động năng của vật này biến thiên điều hòa với chu kì bằng một nửa chu kỳ của vật T/2.
Một con lắc lò xo có vật nhỏ khối lượng 200g dao động cưỡng bức ổn định dưới tác dụng của ngoại lực biến thiên điều hòa với tần số f. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ vào tần số góc của ngoại lực tác dụng lên hệ có dạng như hình vẽ. Lấy \( {\pi ^2} = 10\). Độ cứng
của lò xo là
+ Từ đồ thi ta thấy rằng dao động xảy ra cộng hưởng tại \( f = {f_0} = 5\pi rad/s\)
+ Độ cứng của lò xo là: \( \to k = m{\omega ^2} = m{(2\pi f)^2} = 50N/m\)
Một con lắc đơn dao động điều hòa với phương trình là s = 6cos2πt(cm) (t tính bằng s). Chu kì dao động của con lắc là:
Chu kì dao động của con lắc là: \( T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{{2\pi }}{{2\pi }} = 1s\)
Một ống dây có độ tự cảm L, dòng điện chạy qua ống dây là I. Năng lượng từ trường của ống dây là:
Năng lượng từ trường của ống dây là: \( {\rm{W}} = \frac{1}{2}L{i^2}\)
Để phân biệt được sóng ngang và sóng dọc ta dựa vào
Để phân biệt được sóng ngang và sóng dọc ta dựa vào phương dao động và phương truyền sóng
Xét hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số, độ lệch pha không đổi theo thời gian.Dao động thứ nhất có biên độ A1 và pha ban đầu \(
{\varphi _1}\), dao động thứ hai có biên độ A2 và pha ban đầu \(
{\varphi _2}\). Pha ban đầu của dao động tổng hợp xác định bởi công thức:
Pha ban đầu của dao động tổng hợp xác định bởi công thức:\( \tan \varphi = \frac{{{A_1}\sin {\varphi _1} + {A_2}\sin {\varphi _2}}}{{{A_1}\cos {\varphi _1} + {A_2}\cos {\varphi _2}}}\)
Một chất điểm dao động điều hòa có vận tốc cực đại 60 cm/s và gia tốc cực đại 2π (m/s2).Chọn mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Thời điểm ban đầu (t = 0), chất điểm có vận tốc 30 cm/s và thế năng đang tăng. Chất điểm có gia tốc bằng π (m/s2) lần đầu tiên ở thời điểm
Ta có: tần số góc:
\(\left\{ \begin{array}{l} {a_{\max }} = {\omega ^2}A\\ {v_{\max }} = \omega A \end{array} \right. \to \omega = \frac{{{a_{\max }}}}{{{v_{\max }}}} = \frac{{200\pi }}{{60}} = \frac{{10\pi }}{3}(rad/s)\)
+ Tại thời điểm ban đầu t = 0, vật có vận tốc v > 0 và thế năng đang tăng, vật chuyển động đến biên, ta có:
\( \to x_0^2 + \frac{{{{30}^2}}}{{{{(\frac{{10\pi }}{3})}^2}}} = {(\frac{{18}}{\pi })^2} \to {x_0} = \pm \frac{{18\sqrt 3 }}{{2\pi }}(cm) = \pm \frac{{A\sqrt 3 }}{2}\)
+ Ở thời điểm chất điểm có gia tốc 100π cm/s2 lần đầu tiên, ta có:
\( a = - {\omega ^2}x \to 100\pi = - {(\frac{{10\pi }}{3})^2}.x \to x = \frac{{ - 9}}{\pi } = \frac{{ - A}}{2}(cm)\)
+ Biễu diễn trên đường tròn lượng giác:
+ Từ vòng tròn lượng giác, ta thấy tại thời điểm vật có gia tốc 100π cm/s2 lần đầu tiên, vecto quay được góc 5π/6rad
Thời điểm vật có gia tốc 100π cm/s2 lần đầu tiên là:
\( \Delta t = \frac{{\Delta \varphi }}{\omega } = \frac{{\frac{{5\pi }}{6}}}{{\frac{{10\pi }}{3}}} = 0,25s\)
Một con lắc lò xo đang dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với tần số 5Hz. Trong quá trình dao động, chiều dài lò xo biến đổi từ 40cm đến 56cm. Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng lên, lúc t=0 lò xo có chiều dài 52cm và vật đang ra xa vị trí cân bằng. Phương trình dao động của vật là
Ta có:
+ Tần số góc của dao động: ω= 2πf =2π.5=10π(rad/s)
+ Biên độ dao động: \( A = \frac{{{l_{\max }} - {l_{\max }}}}{2} = \frac{{56 - 40}}{2} = 8cm\)
+ Tại t=0: lò xo có chiều dài l=52cm
⇒ li độ của vật khi đó
x = −4cm
\( A\cos \varphi = - 4 \Rightarrow \cos \varphi = \frac{{ - 4}}{A} = \frac{{ - 4}}{8} = \frac{1}{2} \to \left[ \begin{array}{l} \varphi = \frac{{2\pi }}{3}\\ \varphi = - \frac{{2\pi }}{3} \end{array} \right.\)
Mặt khác, vật đang ra xa vị trí cân bằng ⇒ φ=2π/3(rad)
⇒ Phương trình dao động của con lắc:
\( x = 8\cos (10\pi t + \frac{{2\pi }}{3})(cm)\)
Một sóng cơ lan truyền trong một môi trường với tốc độ 120cm/s, tần số của sóng thay đổi từ 10Hz đến 15Hz. Hai điểm cách nhau 12,5cm luôn dao động vuông pha. Bước sóng của sóng cơ đó là
Ta có:
+ Vận tốc truyền sóng cơ: v=120cm/s
+ Độ lệch pha của 2 điểm trên phương truyền sóng: (hai dao động vuông pha) (*)
\( \Delta \varphi = \frac{{2\pi d}}{\lambda } = (2k + 1)\frac{\pi }{2} \Leftrightarrow \frac{{2\pi .12.5}}{{\frac{v}{f}}} = (2k + 1)\frac{\pi }{2} \Leftrightarrow \frac{{25\pi f}}{{120}} = (2k + 1)\frac{\pi }{2} \to f = 2,4(2k + 1)\)
Ta có:
\( 10Hz \le f \le 15Hz \to 10 \le 2,4(2k + 1) \le 15 \Leftrightarrow 1,58 \le k \le 2,625 \to k = 2\)
+ Với k=2 thay vào (*) ta suy ra:
\( \lambda = \frac{{2\pi d}}{{(2k + 1)\frac{\pi }{2}}} = \frac{{2\pi .12,5}}{{(2.2 + 1)\frac{\pi }{2}}} = 10cm\)
Cho mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động E = 12V, điện trở trong r = 2,5Ω,mạch ngoài gồm điện trở R1=0,5Ω mắc nối tiếp với một biến trở R. Giá trị của R để công suất tiêu thụ trên biến trở R đạt giá trị cực đại là:
Công suất tiêu thụ trên R:
\( P = {I^2}R = \frac{{{E^2}}}{{{{(r + {R_1} + R)}^2}}} = \frac{{{{12}^2}R}}{{{{(2,5 + 0,5 + R)}^2}}} = \frac{{144R}}{{{{(3 + R)}^2}}} = \frac{{144R}}{{\frac{9}{R} + R + 6}}\)
+ Áp dụng bất đẳng thức Cosi:
\( \frac{9}{R} + R \ge 2\sqrt {\frac{9}{R}.R} = 6\) , dấu "=" xảy ra khi \( \frac{9}{R} = R \to R = 3\)
⇒ Khi \( R = 3 \to {(\frac{9}{R} + R)_{\min }} = 6\) thì công suất đạt cực đại:
\( \to {P_{\max }} = \frac{{144}}{{6 + 6}} = 12{\rm{W}}\)
Tại một nơi, chu kì dao động điều hoà của một con lắc đơn là 2,0 s. Sau khi tăng chiều dàicủa con lắc thêm 21 cm thì chu kì dao động điều hoà của nó là 2,2 s. Chiều dài ban đầu của con lắc này là
Ta có: chu kỳ con lắc \( {\rm{T = 2}}\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \to T \sim \sqrt l \)
+ Chiều dài ban đầu của con lắc này là
\( \to \frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = \sqrt {\frac{{{l_2}}}{{{l_1}}}} = \sqrt {\frac{{{l_1} + \Delta l}}{{{l_1}}}} \Leftrightarrow {(\frac{{2,2}}{2})^2} = \frac{{{l_1} + 21}}{{{l_1}}} \to {l_1} = 100cm\)
Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, dao động điều hòa với biên độ A, chu kì T. Khi vật ở vị trí cân bằng, tại nơi có gia tốc trọng trường g, lò xo dãn một đoạn l = 0,5A. Thời gian trong một chu kì mà độ lớn gia tốc của vật đó lớn hơn hoặc bằng gia tốc trọng trường g là
+ Độ lớn gia tốc của vật là: \( a = \left| {\frac{{gx}}{{\Delta l}}} \right| = \frac{{g\left| x \right|}}{{0,5A}} = \frac{{2g\left| x \right|}}{A}\)
+ Độ lớn gia tốc của vật đó lớn hơn hoặc bằng gia tốc trọng trường g, ta có:
\(a \ge g \to \frac{{2g\left| x \right|}}{A} \ge g \to \left| x \right| \ge \frac{A}{2} \to \left\{ \begin{array}{l} x \ge \frac{A}{2}\\ x \le \frac{A}{2} \end{array} \right.\)
+Ta có vòng tròn lượng giác:
+ Từ vòng tròn lượng giác, ta thấy trong 1 chu kì, vật có độ lớn gia tốc lớn hơn hoặc bằng gia tốc trọng trường khi vecto quay được góc: Δφ=2.2π/3=4π/3 (rad)
+ Thời gian vật có độ lớn gia tốc lớn hơn hoặc bằng gia tốc trọng trường trong 1 chu kì là: \( \Delta t = \frac{{\Delta \varphi .T}}{{2\pi }} = \frac{{\frac{{4\pi }}{3}.T}}{{2\pi }} = \frac{{2T}}{3}\)
Một vật dao động điều hòa với phương trình x=6cos(10πt+π3)(cm). Vận tốc của vật có độ lớn cực đại lần đầu tiên vào thời điểm
Ta có, phương trình dao động của vật: x=6cos(10πt+π3)cm
+ Chu kì dao động của vật: \( {\rm{T = }}\frac{{{\rm{2}}\pi }}{\omega } = 0,2s\)
+ Tại thời điểm ban đầu: \(\left\{ \begin{array}{l} {x_0} = 6\cos \frac{\pi }{3} = 3cm\\ v = - 6.10\pi \sin \frac{\pi }{3} < 0 \end{array} \right.\)
+ Vật có độ lớn cực đại khi ở vị trí cân bằng x=0x=0
Vẽ trên vòng tròn lượng giác ta được:
Từ vòng tròn lượng giác, ta suy ra vận tốc của vật có độ lớn cực đại lần đầu tiên vào thời điểm: \( {\rm{t = }}\frac{{\rm{T}}}{{12}}{\rm{ = }}\frac{{0,2}}{{12}}{\rm{ = }}\frac{1}{{60}}{\rm{s}}\)
Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng 100g và một lò xo nhẹ có độ cứng 40N/m. Khi vật ở vị trí cân bằng, người ta truyền cho nó một vận tốc ban đầu bằng 2m/s dọc theo trục lò xo. Sau đó vật nhỏ dao động điều hòa. Biên độ dao động của vật nhỏ sau khi truyền vận tốc là
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} m = 0,1kg\\ k = 40N/m \end{array} \right.\)
⇒ Tần số góc của dao động: \( \omega = \sqrt {\frac{k}{m}} = 20rad/s\)
+ Vận tốc tại vị trí cân bằng:\( {v_{\max }} = \omega A \to A = \frac{{{v_{\max }}}}{\omega } = \frac{2}{{20}} = 0,1m = 10cm\)
Cho hai dao động điều hòa cùng phương có phương trình lần lượt là \( {x_1} = 4\cos (\pi t - \frac{\pi }{6})cm\) và\( {x_1} = 4\cos (\pi t - \frac{\pi }{2})cm\) Li độ dao động tổng hợp của hai dao động này không thể nhận giá trị nào sau đây?
+ Biên độ dao động tổng hợp:
\( {A^2} = A_1^2 + A_2^2 + 2.{A_1}.{A_2}.\cos \Delta \varphi \to A = \sqrt {48} = 4\sqrt 3 cm\)
Một vật nhỏ khối lượng 200g dao động điều hòa với chu kỳ 2,0s. Khi gia tốc của vật là 0,5m/s2 thì động năng của vật là 1mJ. Lấy π2=10. Biên độ dao động của vật xấp xỉ bằng là
+ Tần số góc: \( \omega = \frac{{2\pi }}{T} = \pi rad/s\)
+ Gia tốc của vật: \( a = - {\omega ^2}x \to x = \frac{a}{{ - {\omega ^2}}} = - 0,05m\)
+ Cơ năng của vật: \( {\rm{W}} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2} = {{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t}\)
Lại có thế năng: \( {{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}k{x^2} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{x^2} = {2,5.10^{ - 3}}J\)
\(\begin{array}{l} {\rm{W}} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2} = {{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t} = {10^{ - 3}} + {2,5.10^{ - 3}} = {3,5.10^{ - 3}}J\\ \Leftrightarrow \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2} = {3,5.10^{ - 3}}J \to A = 0,059m \approx 6cm \end{array}\)
Một vật tham gia đồng thời hai dao động cùng phương, có phương trình lần lượt là\( {x_1} = 3\cos (10t - \frac{\pi }{3})cm\); \( {x_2} = 4\cos (10t + \frac{\pi }{6})cm\). Vận tốc cực đại của vật là
Ta có:
+ Độ lệch pha cua hai dao dộng: \( \Delta \varphi = \frac{\pi }{6} + \frac{\pi }{3} = \frac{\pi }{2}\)
+ Biên độ tổng hợp: \( A = \sqrt {{A_1}^2 + {A_2}^2} = 5cm\)
+ Vận tốc cực đại của vật là: \( {v_{\max }} = \omega A = 10.5 = 50cm/s\)
Một con lắc đơn đang dao động điều hòa với biên độ góc bằng 9o. Ở thời điểm t0, vật nhỏ của con lắc có li độ góc và li độ cung lần lượt là 4,5o và 2,5π cm. Lấy g = 10 m/s2. Tốc độ của vật ởthời điểm t0
+ Với góc α<100 ta đổi độ sang rad: 10=π/180
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} s = 2,5\pi cm\\ \alpha = {4,5^0} = \frac{{4,5\pi }}{{180}}rad \end{array} \right.\)
+ Lại có: \( s = l.\alpha \to l = \frac{s}{\alpha } = \frac{{2.5\pi }}{{\frac{{4,5\pi }}{{180}}}} = 1m\)
Ta có, vận tốc tại vị trí α bất kì khi góc <100: \( v = \sqrt {gl({\alpha _0}^2 - {\alpha ^2})} \)
Ta suy ra, vận tốc của vật tại thời điểm t0 là:
\( v = \sqrt {gl({\alpha _0}^2 - {\alpha ^2})} = \sqrt {10.1.({{(\frac{{9\pi }}{{180}})}^2} - {{(\frac{{4,5\pi }}{{180}})}^2})} = 0,43m = 43cm\)
Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là l1 và l2 được treo ở trần một căn phòng, dao động điều hòa với chu kì tương ứng là 2,0s và 1,8s. Tỷ số l2/ l1 bằng:
Ta có: chu kỳ con lắc: \( T = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \to T \sim \sqrt l \)
Tỷ số l2/ l1 bằng: \( \to \frac{{{T_2}}}{{{T_1}}} = \sqrt {\frac{{{l_2}}}{{{l_1}}}} = \frac{2}{{1,8}} \to \frac{{{l_2}}}{{{l_1}}} = 0,81\)
Một sóng cơ lan truyền trên một sợi dây dài. Ở thời điểm to, tốc độ dao động của các phần tửtại B và C đều bằng vo, còn phần tử tại trung điểm D của BC đang ở vị trí biên. Ở thời điểm t1, vận tốc của các phần tử tại B và C đều có giá trị bằng vo phần tử D lúc đó có tốc độ bằng
+ Ở thời điểm t0, tốc dộ dao động của các phần tử tại B và C đều bằng v0. còn phần tử tại trung điểm D của BC đang ở biên biểu diễn trên vòng tròn lượng giác ta được:
+ Ở thời điểm t1, vận tốc của các phần tử tại B và C có giá trị đều bằng v0 khi biểu diễn trên đường tròn lượng giác ta có:
Do \( \widehat {COB} = const\) và vận tốc tại t0 và t1 bằng nhau nên φ=φ1=π/4
+Tại t1 vận tốc tại D đạt giá trị cực đại nên :
\(\left\{ \begin{array}{l} \cos \varphi = \frac{{{v_1}}}{{{v_{\max }}}}\\ \sin \varphi = \frac{{{v_2}}}{{{v_{\max }}}} \end{array} \right. \to {v_{\max }} = \sqrt {{v_0}^2 + {v_0}^2} = {v_0}\sqrt 2 \)
Hai chất điểm cùng khối lượng, dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox, có phương trình lần lượt là x1=A1cos(ωt+φ1) và x2=A2cos(ωt+φ2). Gọi d là khoảng cách lớn nhất giữa hai chất điểm theo phương Ox. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d theo A1 (với A2,φ1,φ2 là các giá trị xác định). Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng. Nếu W1 là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị a1 và W2 là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị a2 thì tỉ số W2/W1 gần nhất với kết quả nào sau đây?
+ Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} {x_1} = {A_1}\cos (\omega t + {\varphi _1})\\ {x_2} = {A_2}\cos (\omega t + {\varphi _2}) \Leftrightarrow - {x_2} = {A_2}\cos (\omega t + {\varphi _2} + \pi ) \end{array} \right.\)
+ Khoảng cách giữa hai chất điểm theo phương Ox:
\( \Delta d = \left| {{x_1} - {x_2}} \right| = d\cos (\omega t + \varphi )\)
Với: \(\left\{ \begin{array}{l} \Delta \varphi = {\varphi _1} - ({\varphi _2} + \pi )\\ d = \sqrt {{A_1}^2 + {A_2}^2 + 2{A_1}{A_2}\cos \Delta \varphi } \end{array} \right.\)
- Khi A1=0 ⇒ d=A2=12cm
\( {d^2} = {A_1}^2 + {A_2}^2 + 2{A_1}{A_2}\cos \Delta \varphi = {({A_1} + {A_2}\cos \Delta \varphi )^2} + {A_2}^2(1 - {\cos ^2}\Delta \varphi )\)
\(\begin{array}{l} {d_{\min }} \Leftrightarrow {A_1} + {A_2}\cos \Delta \varphi = 0\\ \to {A_1} = - {A_2}\cos \Delta \varphi \Leftrightarrow 9 = - 12\cos \Delta \varphi \to \cos \Delta \varphi = \frac{{ - 3}}{4} \end{array}\)
- Khi d=10cm, ta có: \(\begin{array}{l} {d^2} = {A_1}^2 + {A_2}^2 + 2{A_1}{A_2}\cos \Delta \varphi \\ \Leftrightarrow {10^2} = {A_1}^2 + {12^2} + 2{A_1}.12.\cos (\frac{{ - 3}}{4}) \to \left[ \begin{array}{l} {A_1} = 15,08 = {a_2}\\ {A_1} = 2,92 = {a_1} \end{array} \right. \end{array}\)
Tỉ số cơ năng:
\( \frac{{{{\rm{W}}_2}}}{{{{\rm{W}}_1}}} = \frac{{\frac{1}{2}m{\omega ^2}a_2^2 + \frac{1}{2}m{\omega ^2}A_2^2}}{{\frac{1}{2}m{\omega ^2}a_1^2 + \frac{1}{2}m{\omega ^2}A_2^2}} = \frac{{a_2^2 + A_2^2}}{{a_1^2 + A_2^2}} = \frac{{{{15,08}^2} + {{12}^2}}}{{{{2,92}^2} + {{12}^2}}} = 2,435\)
Cho hai con lắc lò xo nằm ngang (k1, m) và (k2, m) như hình vẽ. Trục dao động M và N cách nhau 9cm. Lò xo k1 có độ cứng 100 N/m ; chiều dài tự nhiên l1 = 35cm. Lò xo k2 có độ cứng 25N/m, chiều dài tự nhiên l2 = 26cm. Hai vật có khối lượng cùng bằng m. Thời điểm ban đầu (t = 0), giữ lò xo k1 dãn một đoạn 3cm, lò xo k2 nén một đoạn 6cm rồi đồng thời thả nhẹ để hai vật dao động điều hoà. Bỏ qua mọi ma sát. Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật trong quá trình dao động xấp xỉ bằng :
+ Tần số góc của vật 1 và vật 2 là :\(\left\{ \begin{array}{l} {\omega _1} = \sqrt {\frac{{{k_1}}}{m}} = \frac{{10}}{{\sqrt m }}\\ {\omega _2} = \sqrt {\frac{{{k_2}}}{m}} = \frac{5}{{\sqrt m }} \end{array} \right.\)
+ Lò xo k1 có chiều dài tự nhiên l1 = 35cm. Lò xo k2 có chiều dài tự nhiên l2 = 26cm → Vị trí cân bằng của hai lò xo cách nhau theo phương ngang 1 đoạn : 35 – 26 = 9cm
+ Thời điểm ban đầu (t = 0), giữ lò xo k1 dãn một đoạn 3cm, lò xo k2 nén một đoạn 6cm rồi đồng thời thả nhẹ để hai vật dao động điều hoà. Chọn gốc toạ độ trùng với VTCB của lò xo k1.
→ Phương trình dao động điều hoà của hai vật :
\( \to \left\{ \begin{array}{l} {x_1} = 3\cos ({\omega _1}t) = 3\cos (2{\omega _2}t)\\ {x_2} = - 9 + 6\cos ({\omega _2}t + \pi ) = - 9 - 6\cos ({\omega _2}t) \end{array} \right.\)
→ Khoảng cách giữa hai vật theo phương ngang trong quá trình dao động là :
\( \Delta x = \left| {{x_1} - {x_2}} \right| = \left| {3\cos (2{\omega _2}t) + 9 + 6\cos ({\omega _2}t)} \right|\)
Vì :
\(\begin{array}{l} \cos (2{\omega _2}t) = 2{\cos ^2}({\omega _2}t) - 1 \Rightarrow \Delta x = \left| {3(2{{\cos }^2}({\omega _2}t) - 1) + 9 + 6\cos ({\omega _2}t)} \right|\\ \to \Delta x = \left| {6{{\cos }^2}({\omega _2}t) + 6\cos ({\omega _2}t) + 6} \right| \end{array}\) Đặt \( a = \cos ({\omega _2}t) \to \Delta x = \left| {6{a^2} + 6a + 6} \right|\)
Ta có: \(\begin{array}{l} 6{a^2} + 6a + 6 = 6({a^2} + a + 1) = 6({(a + \frac{1}{2})^2} + \frac{3}{4})\\ 6({(a + \frac{1}{2})^2} + \frac{3}{4} \le \frac{3}{4} \to {(6{a^2} + 6a + 6)_{\min }} = \frac{3}{4}\\ \to \Delta {x_{\min }} = \frac{3}{4}cm \end{array}\)
→ Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật trong quá trình dao động là :
\( \to {d_{min}} = \sqrt {M{N^2} + \Delta {x_{\min }}^2} = \sqrt {{9^2} + {{(\frac{3}{4})}^2}} = 10,06cm\)
Hai vật A và B có cùng khối lượng 1kg và có kích thước nhỏ được nối với nhau bởi sợi dây mảnh, nhẹ dài 15cm, hai vật được treo vào lò xo thẳng đứng có độ cứng k=100N/m tại nơi có gia tốctrọng trường g=10m/s2, lấy \(\pi^2=10\). Khi hệ vật và lò xo đang ở vị trí cân bằng thì người ta đốt sợi dây nối hai vật, ngay sau đó vật B sẽ rơi tự do còn vật A sẽ dao động điều hòa. Biết rằng độ cao đủ lớn, bỏ qua mọi ma sát. Lần đầu tiên vật A lên đến điểm cao nhất thì khoảng cách giữa hai vật bằng:
Tại vị trí cân bằng:
+ Khi chỉ có vật A thì lò xo dãn: \( \Delta {l_1} = \frac{{{m_A}.g}}{k} = 10cm\)
+ Khi treo đồng A và B thì lò xo dãn: \( \Delta {l_2} = \frac{{({m_A} + {m_B}).g}}{k} = 20cm\)
+ Khi hệ vật đang ở VTCB, dây đứt, vật A dao động điều hòa với biên độ A=Δl2−Δl1=20−10=10cm
+ Chu kỳ con lắc lò xo khi gắn vật A là: \( T = 2\pi \sqrt {\frac{{\Delta {l_1}}}{g}} = \frac{\pi }{5}s\)
+ Thời gian vật A đi từ vị trí đốt dây (biên dưới) đến vị trí cao nhất lần đầu tiên (biên trên ) hết \( t = \frac{T}{2} = \frac{\pi }{{10}}s\) khi đó, vị trí của vật A là : xA=−10cm
+ Sau khi đót dây nối hai vật, vật B rơi tự do từ B cách O1:
\( {O_1}B = B{O_2} + {O_1}{O_2} = {l_d} + A = 15 + 10 = 25cm\)
+ Tọa độ của B: \( {x_B} = {O_1}B + \frac{{g{t^2}}}{2} = 0,25 + \frac{{10.{{(\frac{\pi }{{10}})}^2}}}{2} = 0,75m = 75cm\)
+ Vậy khoảng cách giữa hai vật lúc này là:
Δx=xB−xA=75−(−10)=85cm
Một vật dao động điều hòa trên trục Ox theo phương trình \(
x = A\cos (\frac{\pi }{3}t + \varphi )\)( t tính bằng s). Trong ba khoảng thời gian theo thứ tự liên tiếp nhau là \(
\Delta t = 1s,\Delta {t_2} = \Delta {t_3} = 2s\) thì quãng đườngchuyển động của vật lần lượt là S1=5cm, S2=15cm và S3. Quãng đường S3 gần nhất với kết quả nào sau đây?
Ta có: chu kỳ dao động con lắc
\( T = \frac{{2\pi }}{\omega } = 6s \to \left\{ \begin{array}{l} \Delta {t_1} + \Delta {t_2} = \frac{T}{2}\\ {S_1} + {S_2} = 2A = 20cm \end{array} \right. \to A = 10cm \to \left\{ \begin{array}{l} \Delta {t_1} = 1s = \frac{T}{6}\\ {S_1} = 5cm = \frac{A}{2} \end{array} \right.\)
Suy ra vật xuất phát từ 2 biên ( giá sử từ biên dương) , vậy \( \Delta {t_2} = \Delta {t_3} = 2s = \frac{T}{3} \to {S_2} = {S_3} = 15cm\)
Hai chất điểm dao động điều hòa cùng tần số, có li độ ở thời điểm t là x1 và x2. Giá trị cực đại của tích x1.x2 là M, giá trị cực tiểu của x1.x2 là (-M/3). Độ lệch pha giữa x1 và x2 có độ lớn gần nhất với giá trị nào sau đây ?
+ Gọi độ lệch pha giữa hai dao động là φ
Đặt x1 = A1cos(ωt) và x2 = A2cos(ωt + φ)
Ta có: \( {x_1}{x_2} = {A_1}{A_2}\cos (\omega t).\cos (\omega t + \varphi ) = \frac{{{A_1}{A_2}}}{2}(\cos (2\omega t + \varphi ) + \cos \varphi )\)
Theo đề:
+ x1x2 max = M khi cos(2ωt + φ) = 1
+ x1x2 min = - M/3 khi cos(2ωt + φ) = - 1
Thay vào ta có: \( \frac{{1 + \cos \varphi }}{{ - 1 + \cos \varphi }} = - 3 \to \cos \varphi = 0,5 \to \varphi = \frac{\pi }{3} = 1,05rad\)
Con lắc đơn gồm vật nhỏ có khối lượng 1g treo vào sợi dây nhẹ, không dãn, tại nơi có g=10m/s2, trong điện trường đều có vecto cường độ điện trường E nằm ngang, độ lớn E=1000V/m. Khi vật chưa tích điện, chu kì dao động điều hòa của con lắc là T. Khi con lắc tích điện q, chu kì dao động điều hòa của con lắc là 0,841T. Độ lớn điện tích q là
+ Khi con lắc chưa tích điện, chu kì dao động của con lắc:
\( T = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \)
+ Khi con lắc tích điện, đặt trong điện trường nằm ngang thì nó chịu thêm tác dụng của lực điện theo phương ngang
Chu kì dao động của con lắc tích điện q đặt trong điện trường đều là: \(T' = 2\pi \sqrt {\frac{l}{g'}} \)
+ Gia tốc trọng trường hiệu dụng của con lắc là: \( g' = \sqrt {{g^2} + {{(\frac{{\left| q \right|E}}{m})}^2}} \)
Chu kì của con lắc trong điện trường là:
\(\begin{array}{l} T' = 2\pi \sqrt {\frac{l}{{g'}}} = 2\pi \sqrt {\frac{1}{{\sqrt {{g^2} + {{(\frac{{\left| q \right|E}}{m})}^2}} }}} = 0,841T\\ \Rightarrow 2\pi \sqrt {\frac{1}{{\sqrt {{g^2} + {{(\frac{{\left| q \right|E}}{m})}^2}} }}} = 0,841.2\pi \sqrt {\frac{l}{g}} \Leftrightarrow \sqrt {{g^2} + {{(\frac{{\left| q \right|E}}{m})}^2}} = \frac{g}{{{{0,841}^2}}}\\ \Leftrightarrow {g^2} + {(\frac{{\left| q \right|E}}{m})^2} = \frac{{{g^2}}}{{{{0,841}^4}}} \to {10^2} + {(\frac{{\left| q \right|.1000}}{{{{1.10}^{ - 3}}}})^2} = \frac{{{{10}^2}}}{{{{0,841}^4}}} \to \left| q \right| \approx {1.10^{ - 5}}C \end{array}\)