10 Bt Giai ve dao dong co

Hai vật dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox sao cho không va chạm vào nhau trong quá trình dao động.. Vị trí cân bằng của hai vật[r]

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG CƠ Câu 1 Hai chất điểm M và N dao động điều hòa cùng tần số f = 0,5Hz dọc theo hai đường thẳng song song

kề nhau và song song với trục Ox Vị trí cân bằng của M và N đều trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với trục Ox Trong quá trình dao động khoảng cách lớn nhất giữa M và N theo phương Ox là 10cm Tại thời điểm t1 hai vật đi ngang nhau, hỏi sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu kể từ thời điểm t1 khoảng cách giữa chúng là 5cm

A 1/3s B 1/2s C 1/6s D 1/4s

Câu 2 Hai vật dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ

Ox sao cho không va chạm vào nhau trong quá trình dao động 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(4t + /3)cm và x2 = 4 √ 2 cos(4t + /12)cm Tính từ thời điểm t1 =

1

24 s đến thời điểm t2 =

1

3 s thời gian mà khoảng cách giữa hai vật theo phương Ox không nhỏ hơn 2 √ 3 cm là bao nhiêu ?

A 1/3s B 1/8 C 1/6s D 1/12s

Câu 3: Cho ba chất điểm (1), (2) và (3) dao động theo phương thẳng đứng trong cùng một hệ trục tọa độ với

phương trình của vật (1) và (2) tương ứng là 1 2

x 4cos 5 t cm và x 2cos 5 t

quá trình dao động, chất điểm (2) luôn cách đều chất điểm (1) và (3) và ba chất điểm luôn thẳng hàng

Phương trình dao động của chất điểm thứ (3) là:

A 3

2

3



2

3



C x3=4 cos(5 πt+ π

3)cm

D 3

3



Câu 4 Một chất điểm tham gia đồng thời hai dao động điều hòa trên cùng một trục Ox có phương trình: x1

= 4cos(t/ 3)cm, x2 = A2cos( t 2)cm Phương trình dao động tổng hợp x = 2cos( t )cm Biết

 

2 = / 2 Cặp giá trị nào của A2 và  sau đây là ĐÚNG?

A 3 3 cm và 0 B 2 3 cm và / 4 C 3 3 cm và / 2 D 2 3 cm và 0

Câu 5 Một vật tham gia động thời 2dao động điều hòa cùng phương: x1 = 2cos(4t  1) cm,

x2 = 2cos(4t2 ) cm với 02

1 Biết phương trình dao động tổng hợp x = 2cos(4t / 6)cm Hãy xác định 1

Câu 6: Một vật dao động điều hoà mà 3 thời điểm t1; t2; t3; với t3 – t1 = 2( t3 – t2) = 0,1s , gia tốc có cùng độ lớn a1 = - a2 = - a3 = 1m/s2 thì tốc độ cực đại của dao động là

A 20 √ 2 cm/s B 40 √ 2 cm/s C

10 √ 2 cm/s D 40 √ 5 cm/s

Câu 7 Một chất điểm thực hiện đồng

thời hai dao động điều hòa cùng

chất điểm là 53,4 cm/s Giá trị T gần

giá trị nào nhất:

A.2,56s

B.2,99s

C.2,75s

D.2,64s

0

x(cm )

t(s) -3,95

2,5

x1

x2

Câu 8: Cho soi dây OA đàn hồi đầu O cố định,hai điểm M,N trên dây khi chưa có sóng OM=2cm ;

ON=12cm.tính khoảng cách xa nhất giữa chúng khi có sóng dừng trên dây chiều dài bó sóng 20cm,biên độ bụng sóng 3cm

A.16cm B.13cm C.10,46cm D.10,18cm

Câu 9 Cho hai chất điểm dao động điều hòa trên hai đường thẳng song song theo các phương trình

x1=4cos(10πt) (cm) và x2=2cos(20πt+π) (cm) Kể từ t=0,

vị trí đầu tiên chúng có cùng tọa độ là:

A - 1,46 cm B 0,73 cm.

C - 0,73 cm D 1,46 cm.

Câu 10 : Hai chất điểm dao động điều hòa có đồ thị li

độ theo thời gian như hình vẽ Khoảng cách lớn nhất

giữa hai chất điểm trong quá trình dao

động là

A 8 cm B 4 cm C 4 2 cm D 2 3 cm

GIẢI CHI TIẾT

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG CƠ Câu 1 Hai chất điểm M và N dao động điều hòa cùng tần số f = 0,5Hz dọc theo hai đường thẳng song song

kề nhau và song song với trục Ox Vị trí cân bằng của M và N đều trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với trục Ox Trong quá trình dao động khoảng cách lớn nhất giữa M và N theo phương Ox là 10cm Tại thời điểm t1 hai vật đi ngang nhau, hỏi sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu kể từ thời điểm t1 khoảng cách giữa chúng là 5cm

A 1/3s B 1/2s C 1/6s D 1/4s

Giải: Chu kì dao động của hệ T =

1

f = 2s

Giả sử phương trình dao động của M và N có dạng

x1 = A1cos(t + 1)

x2 = A2cos(t + 2)

Khoảng cách giữa M N theo trục Ox

x = x1 – x2

Vẽ giãn đồ véc tơ A = A1 – A2 = A1 + (-A2)

Khi đó x có dạng: x = A cos(t + )

xmax = A  A = 10 cm

Tại thời điểm t1 hai vật đi ngang nhau x = 0 : x qua gốc tọa độ

Tại thời điểm t2 x = ±5 cm = ±

A

2 Khoảng thời gian ngắn nhất để chất điểm đi từ VTCB đên li độ x = ±

A

2 là t =

T

12

Do đó: khoảng thời gian ngắn nhất kể từ thời điểm t1 khoảng cách giữa chúng là 5cm là

t =

T

12 =

1

6 s Chọn đáp án C

Câu 2 Hai vật dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ

Ox sao cho không va chạm vào nhau trong quá trình dao động 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(4t + /3)cm và x2 = 4 √ 2 cos(4t + /12)cm Tính từ thời điểm t1 =

1

24 s đến thời điểm t2 =

1

3 s thời gian mà khoảng cách giữa hai vật theo phương Ox không nhỏ hơn 2 √ 3 cm là bao nhiêu ?

A 1/3s B 1/8 C 1/6s D 1/12s

Giải:

Xét hiệu y = x2 – x1 = 4 √ 2 cos( 4t +

π

12 ) - 4 cos( 4t +

π

3 )

Vẽ giản đồ véc tơ A1= 4 (cm); 1 =

π

3

A2= 4 √ 2 (cm); 2 =

π

12

A = A2 – A1 y = Acos (4t + )

Theo giản đồ ta có

A2 = A1 + A2 + 2A1A2 cos(1 - 2 )

21= 1 - 2 =

π

4 Thay số ta đươc A = 4cm và tam giác OA2A1 vuông cân tại A1

 =

π

12 +

π

4 +

π

2 =

5 π

6 Vậy ta được y = 4cos (4t +

5 π

6 )

Khi t = t1 =

1

24 s - y1 = 4cos (4

1

24 +

5 π

6 ) = - 4 cm

Khi t = t2 =

1

3 s - y2 = 4cos (4

1

3 +

5 π

6 ) = 2 √ 3 cm

t = t2 – t1 =

1

3 -

1

24 =

7

24 s =

7

12 T ( T = 0,5s là chu kỳ dao động) Khoảng cách giữa hai chất điểm d = y  = 4cos(4t +

5 π

6 )

d = y   2 √ 3 cm =

A √ 3

2

Trong 1 chu kỳ y 

A √

2 trong khoản thời gian 4

T

12 ứng với khoảng thời gian y có li độ trpng khoảng (- A đển -

A √

2 ) và ( A đển

A √ 3

2 ) Tính từ thời điểm t1 =

1

24 s đến thời điểm t2 =

1

3 s thời gian mà khoảng cách giữa hai vật theo phương

Ox không nhỏ hơn 2 √ 3 cm là

7

12 T -

1

3 T = 3,

T

12 =

1

8 s Chọn đáp án B

Câu 3: Cho ba chất điểm (1), (2) và (3) dao động theo phương thẳng đứng trong cùng một hệ trục tọa độ với

phương trình của vật (1) và (2) tương ứng là 1 2

x 4cos 5 t cm và x 2cos 5 t

quá trình dao động, chất điểm (2) luôn cách đều chất điểm (1) và (3) và ba chất điểm luôn thẳng hàng Phương trình dao động của chất điểm thứ (3) là:

O

A

21

A1 A

A2

y2

y1

A 3

2

3



2

3



C x3=4 cos(5 πt+ π

3)cm

D 3

3



Giải: Phương trình dao động của chất điểm thứ (3) có dạng: x3 = Acos(5πt +)

Đề tại thời điểm ban đầu 3 vật nằm trên một đường thẳng

x01 =

4cos(-π

2 ) = 0 ; x02 = 2cos(

π

6 ) = √ 3 cm -> x03 = 2x02 = 2 √ 3 cm

2 √ 3 = Acos (*)

Khi x1 = A1 = 4 cm; cos(5πt -

π

2 ) = 1 .> sin5πt = 1; cos5πt = 0 (**) Khi đó x2 = 2cos(5πt +

π

6 ) = 2cos5πt.cos

π

6 - 2sin5πtsin

π

6 = -1

Để 3 chất điểm thẳng hàng khi x1 = 4cm;

x2 = - 1cm thì x3 = - 6cm

Vì :

IB

IA =

M2B

M1A = 14 ===> IA = 4IB

IB

IC =

M2B

M3C ===>

IB

IC =

IB IB+BC =

IB

2 IB+IA =

IB

2 IB+4 IB =

1 6

M2B

M3C = 61 ===> M3C = 6M2B ====> x3 = 6x2 = - 6 cm

Thay (**) vào biểu thức x3 ta có

x3 = Acos(5πt +) = Acos5πt cos - Asin5πt sin = - Asin = - 6

Asin = 6 (***)

Từ (*) và (***): A = 4 √ 3 cm và  =

π

3

Vậy x 3 = Acos(5πt +) =x 3 = 4 √ 3 cos(5πt +

π

3 ) cm Đáp án D

Câu 4 Một chất điểm tham gia đồng thời hai dao động điều hòa trên cùng một trục Ox có phương trình: x1

= 4cos(t/ 3)cm, x2 = A2cos( t 2)cm Phương trình dao động tổng hợp x = 2cos( t )cm Biết

 

2 = / 2 Cặp giá trị nào của A2 và  sau đây là ĐÚNG?

A 3 3 cm và 0 B 2 3 cm và / 4 C 3 3 cm và / 2 D 2 3 cm và 0

Giải: Vẽ giãn đồ véc tơ

 - 2 =

π

2 > x vuông pha với x2

A2 = A1 – A2 = 42 – 22 = 12 > A2 = 2 √ 3

Gọi α là góc lệch pha giữa x1 và x Trong tam giác vuông

OAA1 tan α = A2/A= √ 3 > α = 1 = π3

Véc tơ A trùng với trục Ox >  = 0

M1

C x1

M3

x0 2 x01

O

x03 x02

I B M2 x2

x3 A

α

O 2 A2

A A1

Chọn đáp án D

Câu 5 Một vật tham gia động thời 2dao động điều hòa cùng phương: x1 = 2cos(4t1) cm, x2 = 2cos(4t

2)cm với 02

1 Biết phương trình dao động tổng hợp x = 2cos(4t / 6)cm Hãy xác định 1

Giải: Vẽ giãn đồ véc tơ

A = A1 + A2

Do A1 = A2 = A = 2cm

nên ta có hình thoi , góc tạo bới A1 và A2 là

2 π

3

mà góc  =

π

6 Do vậy  1 =  -

π

3 = -

π

6

Câu 6: Một vật dao động điều hoà mà 3 thời điểm t1; t2; t3; với t3 – t1 = 2( t3 – t2) = 0,1s , gia tốc có cùng độ lớn a1 = - a2 = - a3 = 1m/s2 thì tốc độ cực đại của dao động là

A 20 √ 2 cm/s B 40 √ 2 cm/s C 10 √ 2 cm/s D 40 √ 5 cm/s

Giải: Do a1 = - a2 = - a3 = 1m/s2 -> x1 = - x2 = - x3 = -

1

ω2 (m)

Từ t3 – t1 = 2( t3 – t2) = 0,1 (s) -> t2 – t1 = t3 – t2 = 0,05 (s)

Giả sử tai 3 thời điểm vật ở M1; M2; M3

Thời gian vật đi từ M1 đến M2 và từ M2 đến M3 bằng nhau

và bằng T/4 > x1 = -

A √

2 ; x2 = x3 =

A √

2

Do đó chu kỳ dao động của vật T = 4.0,05 (s) = 0,2 (s)

a1 = - 2x1 = 2

A √

2 = 1m/s2 >

Biệ độ dao động: A =

√2

ω2 Tốc độ cực đại của dao động là

max = A =

√ 2

√ 2T 2π = 0,1 √ 2

m/s = 10 √ 2 cm/s Đáp án C

Câu 7 Một chất điểm thực hiện đồng

thời hai dao động điều hòa cùng

chất điểm là 53,4 cm/s Giá trị T gần

giá trị nào nhất:

A.2,56s

B.2,99s

C.2,75s

D.2,64s

π/3 π/6

O 1

A2

A

A1

M3

x 3 x 2

x 1

0

x(cm )

t(s) -3,95

2,5

x1

x2

Giải:

2 π

Khi đó v1 =

-2 π

2 π

T t + )( cm/s) v1 =

2 π

2 π

π

2 ) (cm/s)

Do vậy x2 = v1T = 2π.3,95 cos(

2 π

π

2 )

Ta thấy x1 và x2vuông pha nhau Do đó biên độ dao động tổng hợp A2 = A12 + A22 = 3,952( 1 + 4π2) (cm2)

2 π

- T =

2 π.3,95 √ 1+4 π2

Câu 8: Cho soi dây OA đàn hồi đầu O cố định,hai điểm M,N trên dây khi chưa có sóng OM=2cm

;ON=12cm.tính khoảng cách xa nhất giữa chúng khi có sóng dừng trên dây chiều dài bó sóng 20cm,biên độ bụng sóng 3cm

A.16cm B.13cm C.10,46cm D.10,18cm

Giải: Bước sóng  = 40 cm ( hai lần chiều dài bó sóng)

Do OM = 2cm; ON = 12 cm nên M, N ở cùng một bó sóng, chúng luôn dao động cùng pha, khoảng cách

xa nhất giữa chúng khi chúng cùng ở vị trí biên Biểu thức của sóng dừng tại điểm cách nút O đoạn d có dạng u=2 a cos( 2 πd

λ +

π

2)cos(ωt−

π

2) Với 2a = 3 cm biên độ bụng sóng

Biên độ sóng tại M, N aM = 2acos(

2 πd

λ +

π

2 ) = 3cos(

2 π.2

π

2 ) = 3cos(

3 π

5 )= 0,927 cm

aN = 2acos(

2 πd

λ +

π

2 ) = 3cos(

2 π.12

π

2 ) = 3cos(

11π

10 ) =2,427 cm

MNmax = √ ( aN− aM)2+ MN2 = 10,11187 cm

Câu 9 Cho hai chất điểm dao động điều hòa trên hai đường thẳng song song theo các phương trình

x1=4cos(10πt) (cm) và x2=2cos(20πt+π) (cm) Kể từ t=0, vị trí đầu tiên chúng có cùng tọa độ là:

Giai: x = x1 = x2  4cos(10πt) = 2cos(20πt+π)

- 2cos(10πt) = cos(20πt+π) = - cos(20πt = -2cos2(10πt) + 1 2cos2(10πt) +2cos(10πt) - 1 = 0 (*)

Phương trình (*) có nghiêm là cos(10πt) = (- 1 ±√3)/2 -

Kể từ t=0, vị trí đầu tiên chúng có cùng tọa độ là: x = 4cos(10πt) = 4(√3 – 1)/2 = 1,46cm Đáp án D

Câu 10 : Hai chất điểm dao động điều hòa có đồ thị li độ theo thời gian như hình vẽ Khoảng cách lớn nhất

giữa hai chất điểm trong quá trình dao

M N

O

động là

A 8 cm B 4 cm C 4 2 cm D 2 3 cm

Giải:

Theo đồ thi ta có chu kỳ dao động T1 = T2 = 3s -> ω1 = ω2 =

2 π

3 rad/s

Phương trình dao động của 2 chất điểm: x1 = 4cos(

2 π

3 t + φ1) cm; x2 = 4cos(

2 π

3 t + φ2) cm Khi t = 0 x01 = x02 và v01> 0; v02 < 0 -> cosφ1 = cosφ2 và sinφ1 = - sinφ2 < 0

Do đó φ1 = - φ2

Mặt khác khi t = 2,5s thì x1 = 0 -> 4cos(

2 π

3 .2,5 + φ1) = 0 -> φ1 = -

2 π

3

Do vậy φ1 = - φ2 = -

2 π

3

x1 = 4cos(

2 π

3 t -

2 π

3 ) cm; x2 = 4cos(

2 π

3 t +

2 π

3 ) cm

Khoảng cách giữa hai chất điểm: x = |x2 – x1| = |8sin

2 π

3 sin(

2 π

3 t)| cm = |4sin(

2 π

3 t)| cm -> x max = 4 cm Đáp án B