(150123BT) Hai vật cùng dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục Ox, vị trí cân bằng của hai vật đều ở trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vu[r]
Trang 1ĐỘNG NĂNG CỰC ĐẠI CỦA CON LẮC
LÒ XO TRONG QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG
Câu 1 Hai con lắc lò xo giống hệt nhau, đầu trên của mỗi lò xo được cố định trên một giá đỡ nằm ngang.
Vật nặng của mỗi con lắc dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ của con lắc 1 là A, của con lắc 2 làA 3 Trong quá trình dao động chênh lệch độ cao lớn nhất là A Khi động năng của con lắc 1 cực đại
và bằng 0,12 J thì động năng của con lắc 2 là
Hướng dẫn
Động năng cực đại của con lắc 1: Wd1max W1 m A2 2 0,12 H
2
Trong quá trình dao động chênh lệch độ cao lớn nhất là A, đây chính là khoảng cách cực đại theo phương thẳng đứng của hai vật trong quá trình dao động
Mà khoảng cách cực đại tính theo công thức
2 2
1 2 1 2
B A A 2A A cos
A A 3A 2A 3 cos
6
Có thể chọn: 1
2
v A cos t
v A 3 cos t
6
và khi động năng con lắc 1 cực đại chọn t = 0
1
2
2 2
d2
v A cos 0 A
6
Chọn A
Câu 2 Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số, nhưng vuông pha nhau,
có biên độ tương ứng là A1và A2 Biết dao động tổng hợp có phương trình x = 16cosωt (cm) và lệch pha so
Trang 2tăng lên 15lần (nhưng vân giữ nguyên pha của hai dao động thành phần) khi đó dao động tổng hợp có biên
độ không đổi nhưng lệch pha so với dao động thứ nhât một góc α2 , với 1 2 / 2 Giá trị ban đầu của biên độ A2là
(Trích đề thì thử chuyển Vinh lần 3 − 2017)
Hướng dẫn
A 15A 16 A 4 cm Chọn A
Câu 3 Tồng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số có phương trình lần lượt là
x A cos 10t / 2 cm ;x A cos 10t / 3 cm là dao động có phương trình x = 5cos(10t + π/6) cm Chọn phương án đúng
1 2
A A 50 3 cm
Hướng dẫn Cách 1:
* Mọi t thì
2
1
x x x
2,5 3 0,5A cos10t A 0,5 3A 2,5 sin10t 0; t
A 10
Chọn D
Trang 3Cách 2:
5
tan 30 5
sin 30
Chọn D
Câu 4 Cho ba dao động điều hòa cùng phương cùng tần số có phương
trình lần lượt
x 1,5a cos t (cm);x A cos t (cm);x A cos t (cm)
với 3 1 Gọi x12= x1+ x2và x23= x2+ x3 Biết đồ thị sụ phụ thuộc x12
và x23theo thời gian như hình vẽ Tính A2
A A2= 3,17 cm B A2= 6,15 cm
C A2= 4,87 cm D A2= 8,25 cm
Hướng dẫn
Từ đồ thị: T/4 = 0,5 s → T = 2 s → ω = 2π/T = π (rad/s)
Tại thời điểm t = 0,5 s, đồ thị x12ở vị trí nửa biên âm đi xuống và đồ thị x23ở vị trí biên âm nên:
12
23
1 3 12 23
2
2
Mặt khác:
1
1 3
2,5a cos t
0,i
2,5a 4 3 a 1,6 3 cm
Tương tự:
Trang 4
31 3 1
12 23 31
2
2
2
0,8 3 cos t
x
4 37
x
5
A 4,866 cm
Chọn C
Câu 5 (150179B) Một chất điểm thực hiện đồng thời hai dao
động điều hòa cùng phương cùng tần số có đồ thị li độ phụ thuộc
vào thời gian như hình vẽ Tốc độ cực đại của vật là
A 10,96 cm/s B 8,47 cm/s.
C 11,08 cm/s D 9,61 cm/s.
Hướng dẫn
Chu kỳ (ứng với 12 ô): T 12s 2 rad / s
* Đường x1cắt trục hoành sớm hơn đường x2cắt trục hoành 1 ô T 2
12 12
1
x
sớm pha hơn x2là π/6
* Tại điểm cắt:
1
2
2 2
1 2 1 2
max
4 3
A 8 cm
A 8 3 cm
a A A 2A A cos 8 7 cm
6
v 11,08 cm / s
Chọn C
phương:x 1 A cos t 1 / 2 (cm);;x 2 A cos t cm ;x 2 3 A cos t 3 / 2 cm Tại thời điểm t1các giá trị li độ lần
Trang 5lượt là: −10 3 cm; 15cm; 30 /3 cm Tại thời điểm t2các giá trị li độ làx t 1 2 20cm;x t 2 2 0 Biên độ dao động tổng hợp là
Hướng dẫn
Vì x1vuông pha với x2nên khi x2= 0 thì x 1 A 1 Tại thời điểm t2thì x2= 0
Nên x1 A1 20cm A1 20cm.
Cũng vị x1vuông pha với x2nên:
1
2 2
Vì x3 ngược pha với x1 và tại thời điểm t1 có x 1 10 3cm 0,5A 3 1 thì tại thời điểm đó
3
x 0,5A 3 hay 0,5A 3 30 3cm
Tổng hợp dao động điều hòa bằng phương pháp số phức:
1 1 2 2 3 3
20 30 60
50 0,93
x 50cos t 0,93 cm
A 50 cm
Chọn D
Câu 6 Hai chất điểm dao động điều hòa hên hai đường thẳng song song rất gần nhau, vị trí cân bằng trùng
tại gốc tọa độ 0 với phương trình lần lượt là x1= 6cos(4πt + π/6) cm, x2= 8cos(4πt + 2π/3) cm Tại thời điểm khoảng cách giữa hai chất điểm lớn nhất, vận tốc tương đối của chất điểm 1 so với chất điểm 2 là
A 19,2πt (cm/s) B −19,2π (cm/s) C 25,2π (cm/s) D 0 (cm/s).
Hướng dẫn
Trang 6
1 2
1 2
max
x x x 10cos 4 t 0,404
Chọn D
Câu 7 Hai chất điểm dao động điều hòa vị trí cân bằng là gốc tọa độ.
Hình vẽ là đồ thị phụ thuộc thời gian li độ cùa hai chất điểm Tỉm khoána
cách lớn nhất giữa hai chất điểm trong quá trình dao động
Hướng dẫn
* Chu kì T = 3 s Khoảng thời gian từ 2,5s đến 3,0s là 0,5s = T/6 → Tọa độ khi gặp nhau ở thời điểm t = 3s là 0,5A /3 Lúc này một đồ thị đi theo chiều dương một theo chiều âm nên:
1
2
1 2
max
6
6
2
Chọn C
Câu 8 Hai chất điếm M và N dao động điều hoà trên cùng một trục tọa độ Ox (O là vị trí cân bằng của
chúng), coi trong quá trình dao động hai chất điểm không va chạm vào nhau Biết phương trình dao động của chúng lần lượt là: x1= 10cos2πt cm và x2=10 3 cos 2 t / 2 ) cm Thời điểm hai chất điểm gặp nhau lần thứ
2016 là
A 1007,42 s B 1007,92 s C 1006,92 s D 1007,42 s.
Hướng dẫn
* Tính
Trang 7
2 1
2016
2
3 2
1
t n.0,5 t 0 n 1,2
12
1
t 2016.0,5 1007,92 s
12
Chọn B
Câu 9 Hai chất điểm M và N dao động điều hoà trên cùng một trục tọa độ Ox (O là vị trí cân bằng của
chúng), coi trong quá trình dao động hai chất điểm không va chạm vào nhau Biết phương trình dao động cùa chúng lần lượt là: x1= 4cos(4πt − π/3) cm và x2= 4cos(4πt + π/6) cm Thời điểm hai chất điểm gặp nhau lần thứ 2016 là
A 24145/48s B 24181/48s C 24193/48s D 24169/48 s.
Hướng dẫn
* Tính
2 1
2016
5
x x x 4 2 cos 4 t 0
12 5
12 2
1
t n.0,25 t 0 n 0,1,2
45
Chọn B
Câu 10 Hai chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox, vị trí cân bằng của chúng lần lượt là O1và O2 Gốc tọa độ O trùng với O1và chiều dương hướng từ O1đến O2 Phương trình dao động lần lượt là x1= 4cos(4πt + π/3) cm và x2= 12 + 4cos(4πt − π/6) cm Trong quá trình dao động khoảng cách gần nhất giữa hai chất điểm là
Hướng dẫn
* Khoảng cách đại số:
Trang 8
2 1
min
5
12
Chọn B
Câu 11 Hai điểm sáng dao động động trên hai trục tọa độ vuông góc Oxy (O là vị trí cân sáng) với phương
trình lằn lượt là x1= 4cos( 10πt + π/6) cm và x1= 4cos(10πt + π/3) cm Khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm sáng là
Hướng dẫn
2 2
1 2
2
16 8cos 20 t 8cos 20 t
16 8 3 cos 20 t 5,46
2
Chọn D
Câu 12 Hai điểm sáng dao động trên hai trục tọa độ vuông góc Oxy (O là vị trí cân bằng của hai điểm sáng)
với phương trình lần lượt là x1 2 3 cos t / 9 / 3 cm ;x 1 3cos t / 9 / 6 cm Tính từ lúc t = 0, thời điểm lần thứ 2017 khoảng cách giữa hai điểm sáng là
A 18143 s B 18147 s C 18153 s D 18150 s.
Hướng dẫn
* Khoảng cách:
2 2
1 2
2017
2 t 2
2 t 2 k2
t 3 9k t 0 k 1,2,
t 3 9.2017 18150 s
Trang 9Câu 13 Hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số có biên độ lần lượt là A1 và A2 = 3 cm, lệch pha nhau một góc sao cho / 2 Khi t = t1thì dao động 1 có li độ −2 cm và dao động tổng hợp có li độ
−3,5 cm Khi t = t2thì dao động 2 và dao động tổng họp đều có li độ 1,5 V3cm Tìm biên độ dao động tổng hợp
Hướng dẫn
* Mọi thời điểm thì x = x1+ x2
*Khi t = t2thì x2= x – x1= 0 và x 2 A 3 / 2 2 nên véc tơ A1và A2có vị trí như hình b
*Tính được / 6; 2 / 3.
* Khi t = t1 thì x2 = x – x 1 = − 1,5 = −A2/2 nên véc tơ A1 và A2 có vị trí như hình a, tính được
1
1
2 2
1 2 1 2
2 A cos / 3
A 4 cm
Chọn D
Câu 14 (150175BT)Haì dao động điều hòa, cùng phương, cùng tần số, biên độ dao động thứ nhất là A1= 10
cm Khi x1= −5 cm thì li độ tổng hợp x = −2 cm Khi x2= 0, thì x 5 3cm Độ lệch pha của dao động của hai dao động nhỏ hơn π/2 Tính biên độ của dao động tổng hợp
Hướng dẫn
Trang 10Ta luôn có x = x1+ x2 Khi x2= 0 thì x x 1 5 3cm A 3 / 21
Nghĩa là lúc này véc tơ A2 hợp với trục hoành một góc π/2 và véc tơ A1 hợp với chiều dương của trục hoành một góc 5π/6 Vậy x1sớm pha hơn x2lả π3
Khi x1 = −5cm = −A1/2 véc tơ A1 hợp với chiều dương của trục hoành một góc 2π/2 và x2 = x – x1= −2 – (−5) = 3 cm>0 Lúc này A2 hợp với chiều dương của trục hoành một góc π/3 nên x2
=A2cosπ/3 3 A cos / 3 2 A 2 6 cm
Biên độ dao động tổng hợp:
2 2
2 2
A A A 2A A cos
10 6 2.10.6cos 14 cm
3
Chọn A
Câu 15 (150176BT) Hai con lắc lò xo giống hệt nhau dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang dọc
theo hai đường thẳng song song cạnh nhau và song song với trục Ox Biên độ của con lắc 1 là 3 cm, của con lắc 2 là 6 cm Trong quá trình dao động khoảng cách lớn nhất giữa hai vật theo phương Ox là 3 3 cm Khi động năng con lắc1 là cực đại bằng w thì động năng của con lắc 2 là
Hướng dẫn
Có thể chọn:
Trang 111 1
2
v A cos t
3
t 0 :
1
2
Chọn D
Câu 16 (150178BT) Ba vật giống hệt nhau dao động điều hòa cùng phương (trong quá trình dao động không
va chạm nhau) với phương trình lần lượt là x1= Acos(ωt + φ1) (cm), x2= Acos(ωt + φ2) (cm), x3= Acos(ωt +
φ3) (cm) Biết tại mọi thời điểm thỉ động năng của chất điểm thứ nhất luôn bằng thế năng của chất điểm thứ hai và li độ của ba chất điểm thỏa mãn (trừ khi đi qua vị trí cân bằng) 2
1 2 3
x x x
Tại thời điểm mà
2 1
x x 2A / 3 thì tỉ số giữa động năng của chất điểm thứ nhất so với chất điểm thứ ba là:
Hướng dẫn
Vì mọi thời điểm thì động năng của chất điểm thứ nhất luôn bằng thế năng của chất điểm thứ hai nên x1 vuông pha với x2:
2 2 2
1
2
2A
x x A ;x x
3
3 2 2
6
3 2 2
6
Tỉ số giữa động năng của chất điểm thứ nhất so với chất điểm thứ ba:
2 2 2
2 2 2
2 2
1
2 1
2
2
A x 1 0,0286 0,97
x 1 0,0286
A
0,9714 x
Chọn B
Câu 17 Hai dao động điều hoà cùng phưong, cùng tần số có phương trình x 1 A cos t 1 / 6 (cm) và
Trang 12các giá trị hợp lý của A1và A2tìm giá trị của A1để A2có giá trị cực đại.
Hướng dẫn
2 2 2
2 2
1 2 1 2 1
2max
2
1
1
A A A 2A A cos
3A
2
A 8 3 cm
Chọn B
Câu 18 (150123BT) Hai vật cùng dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song
song với trục Ox, vị trí cân bằng của hai vật đều ở trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với Ox Biết phương trình dao động của hai vật lần lượt là x1= 4cos(4πt + π/3) cm và x2 = 4 2 cos(4πt + π/12) cm Tính từ thời điểm t1 = 1/24 s đến thời điểm t2= 1/3 s thì thời gian khoảng cách giữa hai vật theo Ox không nhỏ hơn 2 3 cm là bao nhiêu?
Hướng dẫn
Khoảng cách đại số hai vật: x x x 1 2 4cos 4 t 5 / 6 cm
Theo bài ra: x 2 3cm x 2 3cm
Khi t = t1 = 1/24s thì Δx = − 4cm
Khi t = t2 = 1/3 s thì Δx 2 3
Góc quét từ t1đến t2là: t2 t1 4 1 1 7
Tổng số góc quét theo yêu cầu bài toán là:
Trang 13Câu 19 (150116BT) Hai chất điểm dao động điều hòa với cùng chu kì T, lệch pha nhau π/3 với biên độ lần
lượt là A2, A2trên hai trục tọa độ song song cùng chiều, gốc tọa dộ nằm trên đường vuông chuna với hai trục Khoảng thời gian nhỏ nhất giữa hai lần chúng ngang nhau là
Hướng dẫn
Vì Δx = x2– x1luôn có dạng Δx = Acos(2πt/T + φ) nên khoảng thời gian hai lần liên tiếp để Δx = 0 là T/2 Chọn A
Câu 20 (15017BT) Hai chất điểm dao động điều hoà trên cùng một trục tọa độ Ox (O là vị trí cân bằng của
chúng), coi trong quá trình dao động hai chất điểm không va chạm vào nhau Biết phương trình dao động của chúng lần lượt là: x1 = 4cos(πt + π/6) cm và x2 = 8cos(πt + π/2) cm Hai chất điểm cách nhau 6 cm ở thời điểm lần thứ 2016 kể từ lúc t = 0 là
A 1008,5 s B 1007,5 s C 6043/6 s D 1006,5 s.
Hướng dẫn
2
2
3
Hai chất điểm cách nhau 6 cm thì x 6cmvà vòng tròn lượng giác
Đẻ tìm các thời điểm để x 6cmta dùng vòng tròn lượng giác
Thời điểm lần 1, lần 2, lần 3 và laanf 4 lần lượt là t1, t2, t3, t4với t41,5 1,5 s
Ta xét 2016 503
4 dư 4 t 503T t 4 5.3.2 1,5 1007,5 s Chọn B
Trang 14Câu 21 Hai con lắc lò xo giống hệt nhau, được kích thích dao động điều
hòa dọc theo hai đường thẳng song song và song song với trục Ox, vị trí
cân bằng của các con lắc nằm trên đường thẳng đi qua gốc tọa độ o và
vuông góc với Ox Đồ thị phụ thuộc thời gian của li độ của các con lắc như
hình vẽ (con lắc 1 là đường 1 và con lắc 2 là đường 2) Chọn mốc thế năng
ở vị trí cân bằng, lấy π2 = 10 Khi hai vật dao động các nhau 3 cm theo
phương Ox thì thế năng con lắc thứ nhất là 0,00144 J Tính khối lượng vật
nặng của mỗi con lắc
A 0,1 kg B 0,15 kg.
C 0,2 kg D 0,125 kg.
Hướng dẫn
* Phương trình:
1
x 3 cos 4 t 0,2 1
2 1
x 6cos 4 t cm
A
5
x x x 15cos 4 t cm
t1
2 W 0,00144 2
2 2 t1 1 1 1 1 1 160;A 0,0036
Câu 22 Ba vật cùng khối lượng dao động điều hòa cùng phương cùng tần số x1, x2, x3, với x3= x1+ x2 có
cơ năng tương ứng là W, 2W, 3W Gốc tọa độ tại vị trí cân bằng Tại thời điếm t, tỉ số độ lớn li độ của vật 2
và độ lớn li độ của vật 1 là 9/8 thì tỉ số tốc độ của vật 2 và tốc độ của vật 1 gầngiá trị nào nhất sau đây?
Hướng dẫn
2 2
W W W A A x x
* Không làm mất tính tổng quát ta có thể chọn: 1 1 1 1
x A sin t v A cos t
x A cos t v A sin t
2
2 1
v 1,78 v
Chọn B
Câu 23 Môt vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số x1= 2Acos(ωt + φ1) và
x2= 3Acos((ωt + φ2); vận tốc tương ứng là v1và v2 Tại thời điểm t1, v2/v1= 1 và x2/x1= −2 thì li độ tổng
hợp là 15 cm Tại thời điểm t2, v2/v1= −2 và x2/x1= 1 thì độ lớn li độ tổng hợp là
Trang 15A. 5cm B. 2 5cm C. 21 cm D. 2 21 cm.
Hướng dẫn
· Từ
1 2 1
x x 15 2
* Từ
2
1
2
x
2
Chọn D
Câu 24 Môt vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số x1 A 3 cos t 1 và
x 2Acos t vận tốc tương ứng là v1và v2 Tại thời điểm t1, v/v1= 2 và x2/x1= 2/3 thì li độ tổng hợp là 2,5 cm Tại thời điểm t2, v2/v1= 2/3 và x2/x1= 2 thì độ lớn li độ tổng hợp là
Hướng dẫn
* Từ
1 2 1
x x 2,5 2
2 1
x 1,5
x 1
* Từ
2
2
Chọn D
Trang 16Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên
danh tiếng
I Luyện Thi Online
các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và Sinh Học.
PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn Đức Tấn.
II Khoá Học Nâng Cao và HSG
7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG.
học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam
Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi HLV đạt thành
tích cao HSG Quốc Gia.
III Kênh học tập miễn phí
học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất.
từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh.
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí