Giải SBT Vật lí lớp 11 Cánh diều Chủ đề 1: Dao động có đáp án

Một vật dao động điều hoà có đồ thị li độ – thời gian được cho trong Hình 1.1.

a) Xác định biên độ và chu kì của dao động.

d) Tìm vận tốc của vật khi nó có li độ 20,0 cm.

Một xe chạy trên đệm khí được mắc vào lò xo nhẹ có một đầu cố định như trong Hình 1.2. Khối lượng của xe là 0,120 kg và xe dao động với biên độ 0,0750 m. Khi qua vị trí cân bằng, xe có tốc độ 0,524 m/s. Hãy xác định:

a) Độ cứng của lò xo.

Cho đồ thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hoà như Hình 1.3. Thông tin nào dưới đây là đúng?

Trong ba đồ thị ở Hình 1.4, đồ thị nào mô tả vật dao động điều hoà? Giải thích vì sao.

Âm thoa y tế như trong Hình 1.5 được sử dụng để phát hiện triệu chứng giảm sự nhạy cảm với các rung động – một biểu hiện của chứng rối loạn thần kinh. Âm thoa này có tần số 128 Hz. Chu kì dao động của âm thoa là bao nhiêu?

Một nguyên tử trong tinh thể dao động điều hoà với tần số 1,0.10$^{1}$$^{4}$ Hz. Biên độ dao động của nguyên tử đó là 2,0.10$^{-12}$ m. Xác định:

a) Tốc độ cực đại của nguyên tử.

Cho hai dao động điều hoà (1) và (2) có đồ thị li độ – thời gian như Hình 1.6. Xác định:

a) Biên độ, chu kì, tần số của mỗi dao động.

b) Độ lệch pha của hai dao động tính theo đơn vị độ và rad

Bố trí thí nghiệm như trong Hình 1.7. Vật có khối lượng m được gắn chặt vào một đầu thước kẻ và cho dao động điều hoà tự do dưới tác dụng của cú gảy ban đầu. Một máy đo gia tốc được gắn với vật giúp ta xác định được gia tốc của nó ở các vị trí khác nhau. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của gia tốc vào li độ được cho như trong Hình 1.8.

a) Giải thích tại sao đồ thị có dạng đường thẳng với độ dốc âm.

Bánh xe trong mô hình động cơ đơn giản ở Hình 1.9 có bán kính $A=0{,}250\ m$ . Khi pít-tông dao động điều hoà theo phương ngang với biên độ bằng A và tần số góc $ω=12{,}0\text{rad/s}$thì bánh xe quay đều liên tục với tốc độ góc ω. Tại thời điểm t=0, pít-tông đang ở vị trí $x=A$

a) Viết các phương trình li độ, vận tốc và gia tốc của pít-tông.

Cho đồ thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hoà như Hình 1.10. Xác định:

a) Biên độ, chu kì, tần số và tần số góc của dao động.

Cho đồ thị vận tốc – thời gian của một vật dao động điều hoà như Hình 1.11. Xác định:

a) Biên độ và tần số góc của dao động.

Thú nhún lò xo (Hình 1.12) là một loại đồ chơi của các em nhỏ. So sánh chu kì dao động của thú nhún nếu hai em bé có khối lượng khác nhau lượt ngồi lên con thú nhún này.

Các nhạc sĩ sử dụng máy gõ nhịp như trong Hình 1.13 để rèn luyện khả năng chơi nhạc theo một nhịp độ nhất định. Thanh gõ nhịp của máy có thể coi gần đúng là một con lắc đơn. Nếu muốn máy gõ nhịp nhanh hơn thì cần điều chỉnh đầu trượt của thanh lên cao hay xuống thấp? Giải thích vì sao.

Trong các máy đo gia tốc thường có một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng m, gắn với một cặp lò xo. Vật sẽ dao động điều hoà khi máy chuyển động có gia tốc. Một máy đo gia tốc gồm vật khối lượng 0,080 kg, gắn với cặp lò xo có độ cứng 4,0.10$^{3}$ N/m. Biên độ của vật khi dao động là 2,0 cm. Xác định:

a) Chu kì dao động của con lắc lò xo.

Một vật có khối lượng 0,250 kg được gắn vào lò xo nhẹ để dao động với biên độ 0,125 m trên mặt bàn nằm ngang không ma sát. Khi vật đi qua vị trí cân bằng, tốc độ của nó là 3,00 m/s.

a) Tìm độ cứng của lò xo.

Một con lắc đơn gồm vật nhỏ treo vào sợi dây có chiều dài l và dao động điều hoà tại nơi có gia tốc trọng trường 9,81 m/s$^{2}$. Đồ thị li độ - thời gian của vật được cho trong Hình 1.14. Xác định:

a) Biên độ và chu kì của dao động.

Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật có khối lượng gắn vào lò xo nhẹ có độ cứng k. Trong quá trình vật dao động với chu kì 0,40 s, chiều dài của lò xo thay đổi trong khoảng ${l}_{\min }=0{,}20m$ đến ${l}_{\max }=0{,}24m$ . Gia tốc trọng trường tại nơi treo con lắc là 9,8 m/s$^{2}$. Xác định:

a) Biên độ của dao động.

Một con lắc đơn gồm vật nhỏ treo vào sợi dây có chiều dài 2,23 m tại nơi có gia tốc trọng trường g. Đồ thị vận tốc – thời gian của vật nhỏ khi con lắc dao động như ở Hình 1.15. Xác định:

a) Gia tốc trọng trường tại nơi treo con lắc.

Một đồng hồ quả lắc chạy đúng giờ nếu con lắc đơn của nó có chu kì 1,000 s, khi treo ở nơi có gia tốc trọng trường 9,800 m/s$^{2}$.

a) Xác định chiều dài dây treo con lắc đơn của đồng hồ.

Một con lắc đơn gồm sợi dây có chiều dài 1,20 m và vật có khối lượng 0,500 kg. Treo con lắc tại nơi có gia tốc trọng trường 9,81 m/s$^{2}$. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng sao cho sợi dây tạo với phương thẳng đứng một góc ${α}_{0}$ rồi thả tay cho vật dao động không vận tốc đầu. Bỏ qua mọi lực cản. Tính tốc độ của vật khi nó qua vị trí cân bằng và độ lớn lực căng của dây treo khi đó trong trường hợp:

a, ${α}_{0}=8{,}00^{\circ}.$

Tính tốc độ của vật khi nó qua vị trí cân bằng và độ lớn lực căng của dây treo khi đó trong trường hợp:

b) ${α}_{0}=30{,}00^{\circ}.$

Phát biểu nào sau đây sai?

Cơ năng của vật dao động điều hoà

Đồ thị Hình 1.16 biểu diễn sự thay đổi động năng theo li độ của một vật dao động điều hoà có chu kì 0,12 s. Xác định:

a) Khối lượng của vật.

Một con lắc lò xo dao động điều hoà với cơ năng 1,0 J. Biết rằng biên độ của vật dao động là 10,0 cm và tốc độ cực đại của vật là 1,2 m/s. Hãy xác định:

a) Khối lượng của vật gắn với lò xo.

Đồ thị Hình 1.17 mô tả sự thay đổi động năng của một vật dao động điều hoà có khối lượng 0,40 kg theo thời gian. Xác định:

a) Chu kì của dao động.

Một con lắc lò xo dao động điều hoà trên mặt bàn nằm ngang không ma sát với tần số 2,0 Hz. Khối lượng của vật gắn với lò xo là 0,20 kg. Tại thời điểm ban đầu, vật ở vị trí có li độ 5,0 cm và vận tốc –0,30 m/s.

a) Viết phương trình li độ của vật.

Trong phân tử hydrochloric acid (HCl), nguyên tử clorine (Cl) và nguyên tử hydrogen (H) có thể được coi là kết nối với nhau giống như có một lò xo nối giữa chúng. Vì khối lượng của nguyên tử clorine lớn hơn nhiều so với khối lượng của nguyên tử hydrogen nên có thể coi gần đúng là nguyên tử clorine đứng yên còn nguyên tử hydrogen dao động điều hòa quanh một vị trí cân bằng.

Hình 1.18 biểu diễn thế năng tương tác giữa hai nguyên tử trong phân tử HCl. Dựa vào đồ thị hãy xác định tần số dao động của nguyên tử hydrogen. Biết rằng khối lượng của nguyên tử hydrogen là 1,67.10$^{-27}$ kg.

Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng 0,500 kg gắn vào đầu tự do của một lò xo nhẹ có độ cứng 20,0 N/m. Con lắc dao động theo phương nằm ngang với biên độ 4,00 cm.

a) Tính tốc độ cực đại của vật dao động.

Hình 1.19 là đồ thị vận tốc – thời gian của một con lắc đơn dao động điều hoà với cơ năng 9,6 mJ. Hãy xác định:

a) Khối lượng của vật nhỏ.

Hình 1.20 là đồ thị gia tốc – thời gian của một vật có khối lượng 0,15 kg đang dao động điều hoà. Hãy xác định:

a) Biên độ của dao động.

Vào năm 2007, một hiện tượng gây hoảng loạn cho người dân ở một toà nhà 14 tầng tại Hà Nội. Sàn của các phòng rung chuyển làm đĩa, cốc trên bàn dịch chuyển rơi vỡ ở một số căn nhà. Nguyên nhân sau đó được tìm ra là ở gần đó có một máy đầm đất đang thi công (Hình 1.21). Hãy giải thích tại sao một máy đầm đất nhỏ mà có thể làm rung chuyển các sàn nhà của một toà chung cư hàng ngàn tấn.

Quả lắc của đồng hồ cổ treo tường có tác dụng vận hành cho đồng hồ chạy đúng giờ (Hình 1.22). Cứ sau mỗi chu kì dao động của quả lắc, do sức cản và việc vận hành hệ thống bánh răng để các kim đồng hồ chạy nên nó tiêu hao một năng lượng là $ΔE=0{,}100mJ$. Năng lượng này được lấy từ một quả tạ có trọng lượng $P=50{,}0\ N$ treo trong hoặc ngoài đồng hồ.

a) Vì sao sau một thời gian dài đồng hồ chạy thì quả tạ bị hạ thấp xuống và ta lại phải đưa nó lên cao?