TUYỂN TẬP CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ LUYỆN THI 12 CẤP TỐC

* Dao động tuần hoàn: Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái của vật vị trí vàvận tốc được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau.. Chọn trục ox trùng với tr

TUYỂN TẬP CÁC CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI 12 CẤP TỐC

CHUYÊN ĐỀ 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

A - LÝ THUYẾT CHUNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

I - Các định nghĩa cơ bản và phương trình đặc trưng

1 Định nghĩa:

* Dao động cơ học: Dao động cơ học (gọi tắt là dao động) là chuyển động qua lại của

vật xung quanh một vị trí cân bằng xác định

* Dao động tuần hoàn: Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái của vật (vị trí vàvận tốc) được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau Khoảngthời gian đó được gọi là chu kỳ, ký hiệu là T (s)

Lưu ý: Đại lượng nghịch đảo của chu kỳ được gọi là tần số, ký hiệu là f (Hz): f = 1/T.

* Dao động điều hòa: Dao động điều hòa là dao động mà li dộ của vật phụ thuộc thờigian dưới dạng hàm cosin hay hàm sin

Lưu ý: Dao động điều hòa chính là một dao động tuần hoàn.

2 Các phương trình đặc trưng trong dao động điều hòa

*Phương trình li độ (Phương trình dao động): x Ac= os( ω ϕt+ )

1 Mối quan hệ giữa: x - v - a

* Mối quan hệ về pha:

+ Gia tốc ngược pha so với li độ

* Mối quan hệ độc lập thời gian:

+ Đồ thị x - a là đoạn thẳng nghịch biến đi qua gốc tọa độ

2 Mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều tương ứng

- Dao động điều hòa luôn được xem là hình chiếu của chuyển đông tròn đều

∆ (con lắc dao đông trên mặt phẳng nghiêng).

- Độ biến dạng của lò xo khi vật ở VTCB:

+ ∆ =l0 0 (con lắc dao động theo phương ngang).

+ 0

mg l k

∆ = (con lắc dao động theo phương thẳng đứng)

+ 0

sin

mg l

- Sức căng của dây: R= 3mgcos α − 2mgcos α 0

Lưu ý: Khi vật dao động từ biên về vị trí cân bằng: sức căng của dây treo và tốc độ dài

của vật tăng dần từ min →max.

5 Những vị trí đặc biệt và những khoảng thời gian đặc biệt

g Gia tốc và lực hồi phục đổi chiều.

- Tại hai biên: g x= ±A

F a

=

∆ (Con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nghiêng) (9)

* Tìm ϕ: Dựa vào thời điểm ban đầu, giải hệ phương trình:

0 0

A sin

x Ac hay v

g Nếu chuyển động theo chiều dương, chọn góc phía dưới đường tròn lượng giác.

g Nếu t= 0, vật ở biên dương → = ϕ 0

g Nếu t= 0, vật ở qua VTCB theo chiều âm

2

π ϕ

→ =

g Nếu t= 0, vật ở qua VTCB theo chiều dương

2

π ϕ

là lúc:

a, Vật xuất phát

b, Vật qua VTCB theo chiều âm

c, Vật qua VTCB theo chiều dương

d, Động năng bằng thế năng lần thứ hai

e, Chuyển động (vận tốc) đổi chiều lần thứ (2n+ 1),(n N∈ ).

A x v

π ϕ

→ =

c, t=0, vật ở qua VTCB theo chiều dương

2

π ϕ

x A v

π ϕ

Câu 1: Chất điểm dao động điều hoà trên trục Ox, chiều dài quỹ đạo là 10 cm Sau

khoảng thời gian 2π s chất điểm thực hiện được 20 dao động.Tại thời điểm ban đầu giatốc của vật đổi chiều từ âm sang dương Phương trình dao động của chất điểm là:

Câu 2: Một Con lắc lò xo dao động với chu kỳ T= o,1s Trong quá trình dao động,

chiều dài lớn nhất và nhỏ nhất của lò xo tương ứng là 21 cm và 9 cm Tại thời điểm banđầu, vật đang ở biên dương Phương trình dao động của con lắc là:

Xác định chu kỳ, tần số dao động chất điểm

A x = 6cos(20πt) cm B x = 12cos(20πt) cm

C x = 12cos(20πt - π) cm D x = 6cos(20πt +π) cm

Câu 3: Một vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 3cos(2πt - π/3) cm , trong đó

x tính bằng cm, t tính bằng giây Gốc thời gian đã được chọn lúc vật có trạng tháichuyển động như thế nào?

A Đi qua Vị trí có li độ x = - 1,5 cm và đang chuyển động theo chiều dương trục Ox

B Đi qua vị trí có li độ x = 1,5 cm và đang chuyển động theo chiều âm của trục Ox

C Đi qua vị trí có li độ x = 1,5 cm và đang chuyển động theo chiều dương trục Ox

D Đi qua vị trí có li độ x = - 1,5cm và đang chuyển động theo chiều âm trục Ox

Câu 4: Một vật dao động điều hoà với tần số góc ω = 5rad/s Lúc t = 0, vật đi qua vị trí

có li độ x = -2cm và có tốc độ 10(cm/s) hướng về phía vị trí biên xa nhất Phương trìnhdao động của vật là

Câu 6: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng Ở vị trí cân bằng lò xo

giãn ra 10 cm Cho vật dao động điều hoà Ở thời điểm ban đầu có vận tốc 40 cm/s vàgia tốc -4m/s2 Biên độ dao động của vật là (g =10m/s2)

A cm B 8cm C 8cm D.4cm

Câu 7: Một vật khối lượng 2kg treo vào một lò xo có hệ số đàn hồi k = 5000N/m Kéo

vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn 5cm rồi thả không vận tốc đầu Thì vận tốc cực đạilà:

A 230cm /s B 253cm/s C 0,5cm/s D 2,5m/s

Câu 8: Một chất điểm dao động điều hoà với tần số bằng 4Hz và biên độ dao động

10cm Độ lớn gia tốc cực đại của chất điểm bằng

A 2,5m/s2 B 25m/s2 C 63,1m/s2 D 6,31m/s2

Câu 9: Một vật dao động điều hòa dọc theo trục Ox Vận tốc của vật khi qua vị trí cân

bằng là 62,8cm/s và gia tốc ở vị trí biên là 2m/s2 Lấy π 2 = 10 Biên độ và chu kì daođộng của vật lần lượt là

A 10cm; 1s B 1cm; 0,1s C 2cm; 0,2s D 20cm; 2s

Câu 10: Một con lắc lò xo ( k=200N/m, m= 200g) dao động trên đoạn thẳng dài 6 cm.

Gia tốc cực đại của con lắc có giá trị:

A 6 cm/s2 B 3 cm/s2 C 6 m/s2 D 3m/s2

Câu 11: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, độ cứng k=100N/m, vật nặng khối lượng

m=100g Từ vị trí cân bằng, kéo vật tới vị trí lò xo dãn 3cm rồi truyền cho vật vận tốc

có độ lớn 20π 3cm/s hướng về vị trí cân bằng Chọn trục ox hướng thẳng đứng, chiềudương từ trên xuống, gốc tọa độ trùng với vị trí cân bằng của vật Mốc thời gian là lúcvật bắt đầu dao động Phương trình dao động của con lắc là:

Câu 13: Môt con lắc lò xo có độ cứng k=300N/m, vật nặng khối lượng m=300g treo

thẳng đứng Từ vị trí cân bằng, đưa vật tới vị trí lò xo nén 3 cm rồi thả nhẹ Chọn trục

ox hướng thẳng đứng, chiều dương từ trên xuống, gốc tọa độ trùng với vị trí cân bằngcủa vật, mốc thời gian là lúc thả vật Phương trình dao động của con lắc là:

A.x= 3 os(10c π πt+ )cm B.x= 4 os(10c π πt− ) cm

3

x= c π−π cm

Câu 14: Môt con lắc lò xo có độ cứng k=500N/m, vật nặng khối lượng m=0,5kg Đặt

trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát Từ vị trí cân bằng, đưa vật tới vị trí lò xo nén

2 cm rồi thả nhẹ Chọn trục ox trùng với trục của lò xo, gốc tọa độ trùng với vị trí cânbằng của vật, mốc thời gian là lúc thả vật, giả thiết vật bắt đầu dao động theo chiềudương Phương trình dao động của con lắc là:

A.x= 2 os(10c π πt+ )cm B.x= 4 os(20c π πt− ) cm

CHUYÊN ĐỀ 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Dạng 2: Bài toán thời gian và quãng đường trong dao động điều hòa

I Phương pháp giải

Phương pháp: Cách giải (tối ưu nhất trong nhiều cách giải khác nhau) cho bài toán này là sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều tương ứng:

* Để thời gian là ngắn nhất thì chuyển

động từ P 1 đến P 2 là chưa đổi chiều.

* Khi chất điểm dao động điều hòa đi từ

P 1 đến P 2 thì chuyển động tròn đều tương ứng

Bài toán 2: Xác định thời điểm vật đạt một trạng thái xác định: x = x 1 , v = v 1 , W đ =

Phương pháp:

- Bước 1: Xác định số lần trong 1 chu kỳ để x = x 1 , v = v 1 , W đ = nW t là k (k =

1, 2 hoặc 4).

- Bước 2: Lập tỉ số: m/k →m = a.k +b (a, b là những số nguyên, b≤k)

- Bước 3: Xác đinh thời điểm thứ m: t = aT +∆t

(Tính ∆t dựa vào trục phân bố thời gian).

- Nếu vật xuất phát từ biên hoặc vị trí cân bằng, quãng đường vật đi được sau

khoảng thời gian t = n

Tính ∆s = x t( 1 + ∆ −t) x t( ) 1 (Nếu chuyển động sau khoảng thờ gian ∆t chưa đổi

chiều) Hoặc dùng trục phân bố thời gian (phân tích ∆t thành tổng các khoảng thời gian đặc biệt, từ đó đo quãng đường trên trục).

Bài toán 4: Tính thời gian để vật đi hết quãng đường cho trước (Bài toán ngược của bài toán 3)

Phương pháp:

Phân tích quãng đường: s/4A = n,m → s = n4A + ∆s → t = nT + ∆t

Tính ∆t: Dùng trục phân bố thời gian, hoặc 1 1

li độ xuất phát, x1 ± ∆s là li độ cuối của vật, và chuyển động sau quãng đường ∆s là

chưa đổi chiều).

Bài toán 5: Tính quãng đường lớn nhất , nhỏ nhất vật đi được sau khoảng thời gian cho trước

Phương pháp:

Trường hợp 1: khoảng thời gian t * < T/2

* Để quãng đường là lớn nhất nhất thì chuyển

động của chất điểm phải đối xứng quanh VTCB

* Để quãng đường là nhỏ nhất thì chuyển động

của chất điểm phải đối xứng quanh vị trí biên.

→

* ax

* min

2A sin( )

2 2A 1 os( )

2

m

t s

Bài toán 6: Vận tốc trung bình - Tốc độ trung bình

t t

−

=

− uur

- Tốc độ trung bình:

TB

s s v

b Xác định thời điểm vật qua vị trí có động năng bằng 1/3 lần thế năng lần thứ 2017

c Tính quãng đường vật đi được sau khoảng thời gian 2,25 s kể từ lúc t = 0

d Tính thời gian để vật đi hết quãng đường 65 cm kể từ lúc tốc độ của vật bị triệt tiêu

e Tính quãng đường lớn nhất, nhỏ nhất vật có thể đi được sau khoảng thời gian 1/3 s và13/6 s

f Tính vận tốc trung bình và tốc độ trung bình của vật sau khoảng thời gian 0,5 s kể từ lúc t = 0

c Tỉ số: t/T =2,25 =9/4 → t = 2T +T/4 = 2T + T/ 12 + T/6

→ s =2.4A + A/2 +A 3

2 = 42,5 +2,5 3 (cm).

d Tốc độ vật bị triệt tiêu ở biên: s = 13A → t = 13T/4 = 3,25 (s).

Trường hợp 1: khoảng thời gian t * = 1/3 s < T/2:

→

* ax

* min

1 2A sin( ) 2.5sin(2 ) 5 3( )

1 2A 1 os( ) 2.5 1 os(2 ) 5( )

* Tốc độ trung bình:

TB

s s v

Thời gian trong dao động điều hòa

Câu 1: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 4cos(4πt +

6

π ) cm Thời điểm

lần thứ 3 vật qua vị trí x = 2cm theo chiều dương là:

A 9/8 s B 11/8 s C 5/8 s D 1,5 s

Câu 2: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x = Acosωt Thời điểm đầu tiên

gia tốc của vật có độ lớn bằng nửa gia tốc cực đại là:

A T/4 B 5T/12 C T/6 D T/12

Câu 3: Một vật dao động điều hòa với phương trình x = 4cos(πt - π/6)cm Thời điểm thứ

2016 vật đi qua vị trí cách vị trí cân bằng một đoạn 2cm là:

A 1007,83 s B 504 s C 503 s D 2015, 83 s

Câu 4: Một vật dao động điều hoà có chu kì T = 4s và biên độ dao động A = 4cm Thời

gian để vật đi từ vị trí có li độ cực tiểu đến vị trí có li độ bằng một nửa biên độ là:

Câu 10: Con lắc lò xo dao động điều hoà trên mặt phẳng ngang với chu kì T = 3 s, biên

độ A = 4cm, pha ban đầu là 5 π / 6 Tính từ lúc t = 0, thời điểm vật có toạ độ x = -2 cmlần thứ 2016 là:

A 6048 s B 1511,87 s C 3023,75 s D 3021 s

Câu 11: Một vật dao động điều hoà theo phương trình x = 10cos(10 π t) cm Thời điểm vật đi qua vị trí có li độ x = 5cm lần thứ 2016 theo chiều dương là:

A 403, 17s B 403,03 s C 4031,7 s D 4030,3 s

Câu 12: Một chất điểm dao động điều hoà với biên độ dao động là A.Chọn gốc toạ độ

O trùng vị trí cân bằng Thời gian ngắn nhất để chất điểm đi từ vị trí có li độ x1 = -A đến

vị trí có li độ x2 = +A 3 là ∆t1; thời gian ngắn nhất để chất điểm đi từ vị trí cân bằng tới

Câu 13: 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 gia tốc không vượt quá

100 cm/s2 là T/3, lấy π2 = 10 Tần số dao động của vật là

A 4 Hz B 3 Hz C 1 Hz D 2 Hz Câu 14: Cho dao động điều hoà có phương trình dao động: ( )

3 8 cos

Câu 16: Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ có độ cứng 100 N/m và vật nhỏ khối lượng

m Con lắc dao động điều hòa theo phương ngang với chu kì T Biết ở thời điểm t vật

Quãng đường trong dao động điều hòa

Câu 17: Một chất điểm dao động điều hoà với phương trình x = 10cos(4πt-2π/3) cm

Tìm quãng đường vật đi được sau 10 chu kỳ đầu tiên

A 40 cm B 100cm C 400 cm D 200 cm

Câu 18: Cho một vật dao động điều hoà với phương trình x = 10cos(2πt-5π/6) cm

Tìm quãng đường vật đi được kể từ lúc t = 0 đến lúc t = 2,5s

Câu 19: Cho một con lắc lò xo dao động điều hoà với phương trình x = 10cos(2πt-3π

/2) cm Tìm quãng đường vật đi được kể từ lúc t = 0 đến lúc t = 4,75 s

Câu 21: Vật dao động điều hoà theo phương trình x = 5cos(10πt+π)(cm) Thời gian vật

đi được quãng đường S = 12,5cm kể từ thời điểm ban đầu t = 0 là:

A 1/15 s B 2/15 s C 1/30 s D 1/12 s

Câu 22: Một con lắc lò xo dao động điều hoà theo phương trình x = 5cos(10πt -π) cm.

Thời gian vật đi được quãng đường S = 15cm kể từ thời điểm ban đầu t = 0 là

A 1/15 s B 2/15 s C 1/30 s D 3/10 s

Câu 23: Vật dao động điều hòa với phương trình: x = 8cos (ωt + π/2) (cm) Sau thời gian

t1 = 0,5 s kể từ thời điểm ban đầu vật đi được quãng đường S1 = 4cm Sau khoảng thời giant2 = 12,5 s (kể từ thời điểm ban đầu) vật đi được quãng đường:

A 160 cm B 68cm C 50 cm D 36 cm

Câu 24: Một vật dao động điều hòa 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 điđược là:

Câu 27: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T Trong một cho kì, tốc độ trung

bình là:

Câu 28: Một vật dao động điều hoà với tần số f = 2Hz Tốc độ trung bình của vật trong

thời gian nửa chu kì là:

Câu 29: Một chất điểm dao động dọc theo trục Ox với phương trình dao động là x = 6

cos (20πt-π/2) (cm) Vận tốc trung bình của chất điểm trên đoạn đường từ vị trí cânbằng tới điểm có li độ 3cm là:

Câu 30: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T Trong khoảng thời gian ngắn

nhất khi đi từ vị trí biên có li độ x = A đến vị trí x= -A/2, chất điểm có tốc độ trung bìnhlà:

A 6A/ T B 4,5A/T C 1,5A/T D 4A/T

Câu 31: Một vật dao động điều hòa với phương trình x = A.cos(ωt) Tỉ số giữa tốc độ

trung bình và vận tốc trung bình khi vật đi được sau thời gian 3T/4 đầu tiên kể từ thờiđiểm ban đầu là:

A 1/3 B 3 C 2 D 1/2

Câu 32: Một chất điểm dao động điều hòa hòa ( dạng hàm cos) có chu kì T, biên độ A

A 3A/T B 4A/T C 3,6A/T D 6A/T

Câu 33: Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox có vận tốc của chất điểm bằng 0

tại hai thời điểm liên tiếp là t1 = 2,8s và t2 = 3,6s; vận tốc trung bình trong khoảng thời gian đó là 10cm/s Biên độ dao động là

A 4 cm B 5 cm C 2 cm D 3 cm

CHUYÊN ĐỀ 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Dạng 3: Tổng hợp dao động điều hòa

I Lý thuyết và phương pháp giải

1 Véc tơ quay

* Định nghĩa: Véc tơ quay là véc tơ biểu diễn dao động điều hòa tương ứng trên

mặt phẳng tọa độ: urA⇔ =x Acos( ω ϕt+ )

* Đặc điểm: urA

- Thuộc mặt phẳng Oxy, gốc tại O.

- Độ dài bằng biên độ dao động tương ứng.

- Quay đều quanh gốc tọa độ O với tốc độ góc ω.

- Tại thời điểm ban đầu (t = 0), urA

hợp với trục ox uur

một góc ϕ

2 Khái niệm độ lệch pha

Xét hai dao động cùng phương: 1 1 1 1

Đại lượng: ∆ = ϕ ( ω 2t+ ϕ 2 ) ( − ω 1t+ ϕ 1 ) được gọi là độ lệch pha tương đối giữa hai dao động.

Khi hai dao động cùng tần số → ∆ = ϕ ϕ ϕ 2 − 1.

* Nếu: ∆ > ⇔ ϕ 0 ϕ 2 > ϕ 1 →Dao động 2 lớn hơn dao động 1 (dao động 1 trễ pha hơn dao

động 2)

* Nếu: ∆ = ϕ ϕ ϕ 2 − = 1 2k k Zπ ; ∈ → hai dao động cùng pha.

* Nếu: ∆ = ϕ ϕ ϕ 2 − = 1 (2k+ 1) ; π k Z∈ → hai dao động ngược pha.

* Nếu: 2 1 ;

2 k k Z

π

∆ = − = + ∈ → hai dao động ngược pha

3 Điều kiên để tổng hợp các dao động điều hòa

Để tổng hợp được các dao động điều hòa thành phần thành một dao động diều hòa, các dao động thành phần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Các dao động phải cùng phương

- Các dao động có cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian

4 Phương pháp tổng hợp dao động điều hòa

Phương pháp giản đồ Fre-nen:

Giả sử các dao động thành phần: x1 =A c1 os( ω ϕt+ 1 );x2 =A c2 os( ω ϕt+ 2 );x3 =A c2 os( ω ϕt+ 3 )

có véc tơ quay tương ứng là: ur ur urA A A1 ; 2 , 3

Dao động tổng hợp có phương trình: x x= + + + = 1 x2 x3 Acos( ω ϕt+ ) sẽ tương ứng với

Lưu ý: - Từ hai phương trình (*) và (**), chia vế với vế ta thu được tanϕ, kết hợp với

dấu của sin ϕ hoặc cos ϕ sẽ xác định được ϕ, thay ϕ vào (*) hoặc (**) ta tìm được A).

- Khi hai dao động cùng pha, dao động tổng hợp có biên độ cực đại: A A= + 1 A2

- Khi hai dao động ngược pha, dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu:

ϕ