KHOẢNG THỜI GIAN VÀ QUÃNG ĐƯỜNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Bài toán 1: Một vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc ω.. Tính từ thời điểm t0 thời gian ngắn nhất để gia tốc của vậ
Trang 1KHOẢNG THỜI GIAN VÀ QUÃNG ĐƯỜNG
TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Bài toán 1: Một vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc ω Xác định thời gian để
vật đi từ vị trí có li độ x0 đến vị trí có li độ x
Phương pháp:
- Vẽ đường tròn bán kính RA
- Xác định các vị trí tương ứng của x0 và x
trên đường tròn
Chú ý:+ Điểm nằm ở phía trên đường tròn
ứng với vận tốc dương
+ Điểm nằm phía dưới đường tròn ứng
với vận tốc âm
- Xác định góc quét φ tương ứng
t
Bài tập mẫu 1: Một vật dao động điều hòa với phương trình x 10 cos 2 t
3
(cm, s)
Xác định thời gian để vật đi qua vị trí có li độ x 5cm theo chiều âm kể từ thời điểm ban đầu
Gợi ý:
- Tại thời điểm ban đầu t0 0 ta có:
0
0
3
3
- Tại thời điểm t ta có:
0
- Dễ dàng thấy rằng :
3
Vậy thời gian để vật đi qua vị trí có li độ
x 5cm theo chiều âm kể từ thời điểm ban
đầu là :
1
t
6
s
Bài tập mẫu 2: Một con lắc gồm lò xo có độ cứng k100N/m và vật nặng có khối lượng
m 100 g Con lắc lò xo đang dao động điều hòa với biên độ A5cm Thời điểm ban đầu con lắc đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương Xác định thời gian để vật đi qua vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng lần thứ nhất
Trang 2- Tần số góc của dao động k 10
m
rad/s
- Vị trí ban đầu ứng với điểm M0 trên đường
tròn
- Khi động năng bằng 3 lần thế năng ta có:
2
1
2
Mà Wd Wt 1kA2
2
Vậy động năng bẳng 3 lần thế năng ứng với
A
x
2
- Ta có thể tính được
6
Vậy thời gian tương ứng là
1
t
60
s
Bài tập mẫu 3: Một vật dao động điều hòa với phương trình li độ x5cos 2t cm Xác định thời gian để vật đi qua vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng lần thứ 2016 kể từ thời điểm ban đầu
Gợi ý:
- Vị trí vật có động năng bằng 3 lần thế năng:
d t
Vậy các vị trí thõa mãn là x A
2
- Trong một chu kì vật đi qua vị trí động năng
bằng 3 lần thế năng 4 lần (2 lần cho vị trí A/2
và 2 lần cho vị trí –A/2)
- Dễ thấy rằng vật mất 503T để đi qua các vị
trí này 2012 lần Do đó thời gian cần thiết là
t503Tt
φ là giá trị góc ứng với thời gian để vật qua vị
trí động năng bằng 3 lần thế năng lần thứ 4
7
- Tổng thời gian sẽ là:
Trang 3Bài toán 2: Một vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc ω Xác định quãng
đường mà vật đi được từ thời điểm t0 đến thời điểm t t t t0 T
2
Phương pháp:
- Vẽ đường tròn bán kính RA
- Xác định các vị trí tương ứng của vật trên
đường tròn tại các thời điểm t0 và t
Chú ý:+ Điểm nằm ở phía trên đường tròn
ứng với vận tốc dương
+ Điểm nằm phía dưới đường tròn
ứng với vận tốc âm
- Tính quãng đường tương ứng với sự dịch
chuyển giữa hai vị trí trên đường tròn
Bài tập mẫu 1: Một chất điểm dao động điều hòa với phương trình li độ được cho bởi
2
Xác định quãng đường mà chất điểm đi được kể từ thời điểm ban đầu đến
thời điểm t0, 25s
Gợi ý:
- Tại thời điểm ban đầu t0 0 vị trí tương
ứng của chất điểm trên đường tròn là M0
- Tại thời điểm t0, 25s vị trí tương ứng
của chất điểm trên đường tròn là M
M
M
- Dựa vào hình vẽ ta có thể tính được
quãng đường mà chất điểm đi được sẽ là
4
Thay các giá trị và ta sẽ thu được:
S 12 3 2 cm
Bài tập mẫu 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình li độ x5cos t cm Xác định quãng đường mà vật đi được sau 2,25 s kể từ thời điểm ban đầu
Gợi ý:
Vì quãng đường mà vật đi được trong một chu kì T luôn là 4A Do đó với trường hợp này ta
có thể tính đơn giản bằng cách phân tích t T T
8
Trang 4- Vậy quãng đường vật đi được sẽ là:
T/8
S4A S
Với ST/8là quãng đường vật đi trong khoảng
thời gian T/8 từ thời điểm ban đầu
- Dựa vào hình vẽ ta tính được:
4
Bài tập mẫu 3: Con lắc lò xo nằm ngang có vật nhỏ dao động với biên độ A4cm, chu kì dao động của con lắc là T 1 s Xác định quãng đường nhỏ nhất mà vật đi được trong khoảng thời gian t 0, 25s
Gợi ý:
Vật đi được quãng đường nhỏ nhất khi nó
chuyển động ở những vị trí xa vị trí cân bằng
nhất
+ Góc quét φ ứng với khoảng thời gian Δt:
t
+ Quãng đường nhỏ nhất mà vật đi được:
min
2
+ Thay các giá trị vào ta thu được:
min
S 8 4 2cm
Bài tập mẫu 4: Một vật nhỏ dao động điều hòa với phương trình li độ được cho bởi
x5cos 2 t cm (t tính bằng s) Xác định quãng đường lớn nhất mà vật đi được trong khoảng thời gian t 0, 25s
Gợi ý:
Vật đi được quãng đường lớn nhất khi nó
chuyển động ở những vị trí gần vị trí cân
bằng nhất
+ Góc quét φ ứng với khoảng thời gian Δt:
t
+ Quãng đường lớn nhất vật đi được:
max
2
+ Thay các giá trị vào ta thu được:
max
S 5 2cm
Trang 5BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Một vật dao động điều hòa trên một quỹ đạo có chiều dài 10 cm Quãng đường mà
vật này đi được trong một chu kì là:
A 10 cm B 15 cm C 20 cm D 25 cm
Câu 2: Một con lắc lò xo đang dao động điều hòa theo phương ngang Khi vật đi qua vị trí
cân bằng tốc độ của vật nặng là 4π cm/s, gia tốc cực đại mà vật nặng đạt được là 40 cm/s2 Quãng đường mà vật này đi được trong khoảng thời gian T
2 là:
Câu 3: Trong dao động điều hòa Thời gian để một chất điểm đi từ vị trí x A đến vị trí có
li độ x0lần thứ 2 sẽ là:
3T
T 4
Câu 4: Một vật nhỏ dao động điều hòa với biên độ 4 cm và chu kì 2 s Quãng đường mà vật
đi được trong 4 s là:
A 64 cm B 32 cm C 16 cm D 8 cm
Câu 5: Một vật nhỏ dao động điều hòa theo phương trình xA cos 4 t cm (t tính bằng s) Tính từ thời điểm t0 thời gian ngắn nhất để gia tốc của vật có độ lớn bằng một nửa độ lớn gia tốc cực đại
A 0,083 s B 0,104 s C 0,167 s D 0,125 s Câu 6: Một vật dao động điều hòa với phương trình x5cos t cm Quãng đường mà vật
đi được trong một chu kì là:
Câu 7: Một vật nhỏ dao động điều hòa theo quỹ đạo thẳng dài 14 cm với chu kì 1 s Từ thời
điểm vật qua vị trí có li độ 3,5 cm theo chiều dương đến thời điểm gia tốc của vật đạt giá trị cực tiểu lần thứ 2 Vật có tốc độ trung bình là:
A 27,3 cm/s B 28,0 cm/s C 27,0 cm/s D 26,7 cm/s Câu 8: Một vật dao động điều hòa với chu kì T Biết rằng khoảng thời gian giữa hai lần liên
tiếp động năng của vật bằng thế năng là 1 s Chu kì của dao động:
Câu 9: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x4cos 2 t cm (t tính bằng s) Khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí động năng bằng thế năng đến vị trí động năng bằng 3 lần thế năng là:
A 1
1
1
1
3s
Câu 10: Một con lắc lò xo dao động điều hòa 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 của gia tốc không vượt quá 100 cm/s2 là T/3 Lấy 2 10 Tần số của dao động là:
Câu 11: Phương trình li độ của một chất điểm dao động điều hòa được cho bởi x2 cos t
cm (t tính bằng s) Tốc độ trung bình của chất điểm kể từ thời điểm ban đầu đến khi nó đi qua
vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng lần thứ nhất
A 3 cm/s B 4 cm/s C 5 cm/s D 6 cm/s
Câu 12: Chọn phát biểu sai
Trong dao động điều hòa
Trang 6B quãng đường mà vật đi được trong khoảng thời gian T/2 là 2A
C quãng đường vật đi được trong T/4 là A
D quãng đường mà vật đi được trong khoảng thời gian 2T là 8A
Câu 13 : Trong dao động điều hòa của một vật Khoảng thời gian trong một chu kì để vận tốc
của vật có độ lớn v 0,5vmaxlà :
A T
T
T
T 6
Câu 14 : Xác định thời gian để vật đi qua vị trí gia tốc cực tiểu lần thứ 2 kể từ thời điểm ban
đầu Biết rằng ban đầu vật đang ở vị trí biên âm và vật dao động với chu kì 4s
Câu 15 : Một vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc π rad/s Thời gian ngắn nhất
trong một chu kì để hai lần liên tiếp vật đi qua vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng :
A 2
1
Câu 16 : Biết rằng trong một chu kì quãng đường mà vật dao động điều hòa đi được là 20
cm, tần số góc của dao động là π rad/s Thời gian để vật từ vị trí biên âm đi qua vị trí vật có vận tốc 4π rad/s lần đầu tiên là :
Câu 17 : Phương trình li độ của một vật dao động điều hòa được cho bởi x 4 cos 2 t
3
cm (t tính bằng s) Quãng đường mà vật đi được từ thời điểm ban đầu đến vị trí mà gia tốc của vật bằng một nửa gia tốc cực đại lần đầu tiên
Câu 18 : Một vật dao động điều hòa theo phương trình x 5cos t
2
cm (t được tính
bằng s) Quãng đường lớn nhất mà vật đi được trong 2/3 s là :
A 5 cm B 5 2 cm C 5 3cm D 6 cm
Câu 19 : Một con lắc gồm lò xo có độ cứng 100 N/m, vật nặng có khối lượng 100 g dao động
điều hòa với biên độ 4 cm Tốc độ trung bình của vật khi nó đị từ vị trí biên dương đến vị trí thế năng bằng 3 lần động năng lần thứ 2 là :
A 70 cm/s B 80 cm/s D 90 cm/s D 100 cm/s Câu 20: Khảo sát dao động điều hòa của một chất điểm có biên đô A, tần số góc ω Trong
một khoảng thời gian Δt < T/2 Ta có thể xác định quãng đường lớn nhất mà vật đi được qua biểu thức:
A Smax 2A cost B Smax 2Asint
2
D max
t
2
Câu 21: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T Trong khoảng thời gian ngắn nhất
khi đi từ vị trí có biên độ xA đến vị trí có li độ x A / 2 chất điểm có tốc độ trung bình là:
A 6A
9A
3A
4A T
Câu 22 : Một vật thực hiện dao động điều hòa với biên độ 4 cm Trong khoảng thời gian Δt
quãng đường lớn nhất mà vật đi được là 20 cm Quãng đường ngắn nhất mà vật đi được trong khoảng thời gian trên là :
A 17,07 cm B 30 cm C 15,87 cm D 12,46 cm
Trang 7Câu 23 : Một vật dao động điều hòa với biên độ A, chu kì T Tốc độ trung bình của vật trong
một chu kì là :
A A
2A
3A
4A T
Câu 24 : Một chất điểm dao động điều hòa theo phương trình x4 cos t cm (t được tính bằng s) Khoảng thời gian kể từ thời điểm ban đầu để chất điểm đi qua vị trí thõa mãn điều kiện a 2 A
2
lần thứ 3 :
Câu 25 : Chọn phát biểu đúng :
Trong dao động điều hòa, khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp động năng của vật bằng thế năng là :
A T
T
T
T 5
Câu 26 : Xét một chất điểm dao động điều hòa với biên độ A, tần số góc ω Trong một
khoảng thời gian t T
2
Quãng đường nhỏ nhất mà vật đi được có thể xác định bởi :
A Smin 2A 1 cos t
2
C Smin 2A 1 sin t
2
Câu 27 : Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ A và chu kì T Quãng đường lớn nhất
mà chất điểm này đi được trong khoảng thời gian T/4 là :
Câu 28 : Một vật dao động điều hòa với biên độ A và chu kì T Khoảng thời gian ngắn nhất
trong một chu kì để vật đi từ vị trí có gia tốc cực đại đến vị trí vận tốc của vật cực đại là 1 s Tốc độ của vật khi đi qua vị trí cân bằng là 8π cm/s Quãng đường mà vật này đi được trong 4
s là :
Câu 29 : Phương trình li độ của một vật được cho bởi x2 cos t cm (t tính bằng s) Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần thế năng của vật bằng 3 lần động năng là Δt Quãng đường tương ứng mà vật đi được trong khoảng thời gian Δt này gần giá trị nào sau đây
Câu 30 : Phương trình li độ của một vât được cho bởi x5cos 2 t cm (t được tính bằng s) Tốc độ trung bình khi vật đi từ vị trí gia tốc cực đại đến vị trí thõa mãn a 1amax
2
lần thứ 2
là :
A 20 cm/s B 21 cm/s C 22 cm/s D 23 cm/s Câu 31: Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ A và chu kì T Trong một chu kì
khoảng thời gian để tốc độ của vật thỏa mãn v 0,5vmaxlà 2 s Chu kì T của dao động này là:
Câu 32: Một vật dao động điều hòa Khi đi qua vị trí cân bằng tốc độ của vật là 4π cm/s Gia
tốc cực đại của vật trong quá trình dao động là 10 cm/s2 Quãng đường lớn nhất mà vật đi được trong 2,5 s gần giá trị nào sau đây nhất:
Trang 8A 20 cm B 21 cm C 22 cm D 23 cm
Câu 33: Một vật dao động điều hòa với biên độ A và chu kì T Quãng đường nhỏ nhất mà vật
đi được trong khoảng thời gian T/4 là:
A 2 2 A B 2 2 A C 2A D A
Câu 34: Phương trình li độ của một vật dao động được cho bởi x 2 cos t
3
cm (t được
tính bằng s) Quãng đường vật đi được tương ứng với khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ
vị trí thế năng bằng 3 lần động năng đến vị trí tốc độ của vật thỏa mãn v 1vmax
2
là:
Câu 35: Một chất điểm dao động điều hào theo phương trình x 4 cos 2 t
3
cm (t được tính
bằng s) Kể từ thời điểm t0 Chất điểm đi qua vị trí có li độx 2cm lần thứ 2011 tại thời điểm?
A 3015 s B 6030 s C 3016 s D 6031 s
Câu 36: Li độ của một vật dao động điều hòa được xác định bởi x 4 cos 2 t
2
cm Thời gian để vật đi qua vị trí có thế năng cực đại là thứ 5 là:
A 1,25 s B 2,25 s C 3,25 s D 4,25 s
Câu 37: Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng 200 g và lò xo có độ cứng 100 N/m
Chọn gốc thời gian là lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm Thời gian để vật đi qua vị trí vật có động năng bằng thế năng lần thứ 9 là:
A 0,5 s B 0,2 s C 0,3 s D 0,1 s
Câu 38: Một vật dao động điều hòa với phương trình li độ x 5cos 2 t
3
cm Thời gian
để vật đi qua vị trí có li độ 2,5 2cm lần thứ 2015 kể từ thời điểm ban đầu
A 1007,8 s B 1005 s C 2000 s D 1000,8 s Câu 39: Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với biên độ 10 cm, chu kì 2 s Mốc
thế năng ở vị trí cân bằng Tốc độ trung bình của chất điểm trong khoảng thời gian ngắn nhất khi chất điểm đi từ vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng đến vị trí thế năng bằng 3 lần động năng:
A 26,12 cm/s B 7,32 cm/s C 14,64 cm/s D 21,96 cm/s Câu 40: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T Gọi vtb là tốc độ trung bình của chất điểm trong một chu kì, v là tốc độ tức thời của chất điểm Trong một chu kì, khoảng thời gian
mà v0, 25 v tb là:
A T
2T
T
T 2
Câu 41: Một vật dao động điều hòa tại thời điểm t vật có li độ 4 cm, tại thời điểm t + T/4 tốc
độ của vật là 4π rad/s Quãng đường mà vật đi được trong 2 s là bao nhiêu Biết biên độ dao động của vật là 2 cm
Câu 42: Một con lắc do động điều hòa với biên độ A và chu kì T Khoảng thời gian ngắn
nhất để vật đi từ vị trí có li độ A đến vị trí có li độ A
2
là 1 s Chu kì dao động của vật là:
Trang 9Câu 43: Một vật dao động điều hòa với vận tốc cực đại 3 m/s và gia tốc cực đại là 30π m/s2 Tại thời điểm t = 0 vật có vận tốc 1,5 m/s và thế năng đang giảm Sau khoảng thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu để vận tốc của vật bằng -1,5 m/s
A 0,05 s B 0,15 s C 0,10 s D 1/12 s
Câu 44: Một vật dao động điều hòa với vận tốc cực đại 3 m/s và gia tốc cực đại là 30π m/s2 Tại thời điểm t = 0 vật có vận tốc 1,5 m/s và thế năng đang giảm Sau khoảng thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu để vận tốc của vật bằng -15π m/s2
A 0,05 s B 0,15 s C 0,10 s D 1/12 s
Câu 45: Một vật nhỏ dao động điều hòa với biên độ A và chu kì 4 s Xác định khoảng thời
gian trong một chu kì để Wd Wt
Câu 46: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x 4 cos t
cm (t tính bằng s)
Thời điểm vật đi qua vị trí có li độ 2 3cm theo chiều âm lần thứ 2 là:
Câu 47: Một chất điểm dao động điều hòa theo phương trình x 5cos t
6
cm (t được tính bằng s) Thời điểm vật đi qua vị trí có li độ 2,5 cm lần thứ 2016 gần giá trị nào sau đây nhất
A 1007 s B 1008 s C 1009 s D 1010 s
Câu 48: Một vật nhỏ dao động điều hòa với phương trình x2cos 2 t cm (t được tính bằng s) Quãng đường lớn nhất mà vật đi được trong 1,1 s gần giá trị nào sau đây nhất?
Câu 49: Một vật dao động điều hòa với biên độ 10 cm và chu kì 1 s Thời gian ngắn nhất để
vật đi được quãng đường 16,2 cm là:
A 0,25 s B 0,3 s C 0,35 s D 0,45 s
Câu 50: Một vật dao động điều hòa với biên độ A và chu kì T Quãng đường nhỏ nhất mà vật
đi được trong khoảng thời gian 4T
3 là: