BÀI 3. NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Một con lắc đơn lớn được treo ở sảnh của toà nhà Liên Hợp Quốc tại thành phố New York, Mỹ. Quả cầu có khối lượng 91 kg và sợi dây treo dài 22,9 m. Con lắc liên tục dao động với chu kì 9,6 s. Khi con lắc đơn dao động, nó có những dạng năng lượng nào? 

Đáp án chuẩn:

Động năng, thế năng. 

I. SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Câu hỏi 1: Mô tả sự biến đổi động năng và thế năng của con lắc đơn khi quả cầu đi từ vị trí biên A, qua vị trí cân bằng O rồi sang vị trí biên B.

Đáp án chuẩn:

- Tại vị trí A : động năng giảm dần, thế năng của nó tăng dần.

- VTCB O: động năng lớn nhất và thế năng bằng 0. 

- Tại vị trí B: động năng của nó tăng dần, thế năng của nó giảm dần.

Câu hỏi 2: Chứng minh rằng cơ năng dao động của con lắc đơn tỉ lệ thuận với bình phương của biên độ dao động.

Đáp án chuẩn:

II. ĐỒ THỊ NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIÊU HÒA

Câu hỏi 3: Dựa vào đồ thị Hình 3.3, mô tả sự thay đổi của động năng và thế năng của con lắc đơn khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng và từ vị trí cân bằng đến vị trí biên.

Đáp án chuẩn:

Khi đi từ biên về VTCB thì thế năng giảm dần về 0, động năng tăng dần đến giá trị cực đại.

Khi đi từ VTCB ra biên thì thế năng tăng dần đến giá trị cực đại, động năng giảm dần về 0.

Luyện tập 1: Dựa vào đồ thị Hình 34, tìm số lần vật có động năng bằng thế năng trong mỗi chu kì dao động của vật.

Đáp án chuẩn:

Luyện tập 2: So sánh chu kì biến đổi của động năng và thế năng với chu kì dao động của vật.

Đáp án chuẩn:

Khi động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại nhưng tổng của chúng luôn không đổi.

Luyện tập 3:Cho đồ thị vận tốc – thời gian của một con lắc đơn dao động như Hình 3.5. Biết rằng khối lượng của vật treo vào sợi dây là 0,2 kg. Xác định:

a) Chu kì và tần số góc của con lắc.

b) Vận tốc cực đại của vật.

c) Cơ năng của con lắc.

d) Biên độ của vật.

Đáp án chuẩn:

a) T = 1,2 ;

b) v_max = 0,35m/s

c)

d)

Vận dụng: Đồ thị Hình 3.6 mô tả sự thay đổi động năng theo li độ của quả cầu có khối lượng 0,4 kg trong một con lắc lò xo treo thẳng đứng. Xác định:

a) Cơ năng của con lắc lò xo.

b) Vận tốc cực đại của quả cầu.

c) Thế năng của con lắc lò xo khi quả cầu ở vị trí có li độ 2 cm.

Đáp án chuẩn:

a) W = W_dmax = 80 mJ

b) V_max = 0,632 m/s

c) W_đ = 60 mJ; W_t = 20 mJ