BÀI 5. ĐỘNG NĂNG. THẾ NĂNG. SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG GIAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

III. CƠ NĂNG

Hoạt động trang 21 sgk vật lí 11 kntt

Hình 5.3 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa theo li độ. Hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng bằng đồ thị.

Giải nhanh:

Khi x = -A thì W_đ = 0; .

Khi x từ -A đến 0 thì W_đ tăng dần, W_t giảm dần.

Khi x = 0 thì W_t = 0;

Khi x từ 0 đến A thì W_t tăng dần, W_đ giảm dần.

Khi x = A thì W_đ = 0; .

Hoạt động trang 21 sgk vật lí 11 kntt

Hình 5.4 là đồ thị động năng, thế năng và cơ năng của một vật dao động điều hòa theo thời gian.

a) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào trong các khoảng thời gian: từ 0 đến  , từ   đến  , từ   đến  , từ   đến  T.

b) Tại các thời điểm: , động năng và thế năng của vật có giá trị như thế nào (tính theo W). Nghiệm lại để thấy ở mỗi thời điểm đó .

Giải nhanh:

a) - Từ 0 đến  và từ   đến   W_t giảm dần về 0, W_đ  tăng dần đến giá trị cực đại.

- Từ   đến  : và từ   đến T W_đ giảm dần về 0, còn W_t tăng dần đến giá trị cực đại.

b) – Tại t = 0: .

- Tại :

- Tại  : .

- Tại : .

IV. CƠ NĂNG CỦA CON LẮC LÒ XO VÀ CON LẮC ĐƠN

Hoạt động trang 22 sgk vật lí 11 kntt

Làm thí nghiệm để xác nhận rằng khi góc lệch  thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động.

Giải nhanh:

Đổi α theo đơn vị rad và tính sinα để so sánh.

Câu hỏi trang 22 sgk vật lí 11 kntt

Hãy chứng minh rằng, khi góc lệch  nhỏ  thì công thức  trở thành công thức

Giải nhanh:

Ta có:  với  rất nhỏ  ( tính theo rad).

Khi đó:  với .

Suy ra: .

Hoạt động trang 22 sgk vật lí 11 kntt

Một con lắc lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m.

1. Tính chu kì T.

2. Đo chu kì T bằng đồng hồ. So sánh kết quả thu được với kết quả tính ở câu 1.

Giải nhanh:

1. Tính  chu kì T theo công thức

2.Bươc 1: Gắn vật nặng vào lò xo và treo theo phương thẳng đứng để tạo thành con lắc lò xo như Hình 1.1a SGK.

Bước 2 :Dùng đồng hồ bấm giây, đếm số chu kỳ (n) con lắc thực hiện trong thời gian Δt.

Bước 3: Xác định chu kỳ của con lắc T bằng công thức T = Δt/n.

Bước 4: So sánh chu kỳ T đo được với kết quả tính toán ở câu a.

Câu hỏi trang 23 sgk vật lí 11 kntt

Một con lắc lò xo có vật nặng khối lượng 0,4 kg, dao động điều hòa. Đồ thị vận tốc v theo thời gian t như Hình 5.7. Tính:

a) Vận tốc cực đại của vật.

b) Động năng cực đại của vật.

c) Thế năng cực đại của con lắc.

d) Độ cứng k của lò xo.

Giải nhanh:

a) v_max = 0,3 cm/s.

b) = J.

c)  J.

d) Từ đồ thị xác định được T = 1,2 s, suy ra  rad/s.

Độ cứng  N/m.

Câu hỏi trang 23 sgk vật lí 11 kntt

Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100 N/m, vật nặng có khối lượng m = 200 g, dao động điều hòa với biên độ A = 5cm. Xác định:

a) Li độ của vật tại thời điểm động năng của vật bằng ba lần thế năng của con lắc.

b) Tốc độ của vật khi vật qua vị trí cân bằng.

c) Thế năng của con lắc khi vật có li độ x = 2,5 cm.

Giải nhanh:

a) Khi W_đ = 3W_t ta có: W = W_t + 3W_t = 4W_t

cm

b) cm/s.

c)  J.