I. KHÁI NIỆM DAO ĐỘNG TỰ

Thảo luận 1 trang 5 sgk vật lý 11 ctst

Từ một số dụng cụ đơn giản như: lò xo nhẹ, dây nhẹ không dãn, vật nặng và giá đỡ.

a) Em hãy thực hiện hai thí nghiệm sau:

– Có định một đầu của lò xo, gần vật nặng vào đầu còn lại của lò xo như Hình 1.2a. Kéo vật nặng xuống một đoạn theo phương thẳng đứng và buông nhẹ.

– Cố định một đầu của dây nhẹ không dãn, gắn vật nặng vào đầu còn lại của dây. Kéo vật nặng để dây treo lệch một góc xác định và buông nhẹ.

b) Quan sát và mô tả chuyển động của các vật, nêu điểm giống nhau về chuyển động của chúng.

Đáp án:

a) Học sinh thực hành theo hướng dẫn và quan sát hiện tượng.

b) Con lắc lò xo: Con lắc dao động lên xuống quanh vị trí cân bằng cách vị trí lò xo không biến dạng 1 đoạn và không vượt qua biên dao động.

Con lắc đơn: Con lắc chuyển động quanh vị trí cân bằng trong mặt phẳng đứng đi qua điểm treo và vị trí ban đầu của vật. VTCB là vị trí dây treo thẳng đứng. Con lắc cũng không chuyển động qua biên dao động.

Đặc điểm chung của  hai chuyển động là vật chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng và có biên dao động.

Thảo luận 2 trang 6 sgk vật lý 11 ctst

Nêu một số ví dụ về dao động tuần hoàn.

Đáp án:

Ví dụ về dao động tuần hoàn

• Dao động của con lắc đồng hồ, 

• Chuyển động của con lắc đơn; 

• Chuyển động lên xuống của lò xo; 

• Dao động của sóng điện từ,…

Thảo luận 3 trang 6 sgk vật lý 11 ctst

Hãy nêu một ứng dụng của dao động tuần hoàn trong cuộc sống.

Đáp án:

Ứng dụng của dao động tuần hoàn:

• Chuyển động của pit-tông trong động cơ xe, 

• Dao động con lắc đồng hồ,...

Luyện tập trang 6 sgk vật lý 11 ctst

Nêu một số ví dụ về các vật dao động tự do trong thực tế.

Đáp án:

Ví dụ các vật dao động tự do trong thực tế: 

• Dao động của dây đàn ghi-ta

• Dao động của âm thoa

II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Thảo luận 4 trang 7 sgk vật lý 11 ctst

Nhận xét về hình dạng đồ thị tọa độ - thời gian của vật dao động trong Hình 1.4.

Đáp án:

Nhận xét:

• Hình dạng đồ thị: Đồ thị toạ độ thời gian của vật có dạng một đường cong biến đổi theo thời gian và thể hiện tính chu kỳ, tức là có sự lặp lại sau những khoảng thời gian bằng nhau.

• Toạ độ của vật: Toạ độ của vật có thể nhận các giá trị dương, âm hoặc bằng 0, tùy thuộc vào hướng và khoảng cách từ vị trí cân bằng.

• Khoảng cách từ gốc toạ độ đến các vị trí mà toạ độ có độ lớn cực đại là không đổi. 

Thảo luận 5 trang 8 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 1.5 và chỉ ra những điểm:

a) Có tọa độ dương, âm hoặc bằng 0.

b) Có khoảng cách đến vị trí cân bằng cực đại.

c) Gần nhau nhất có cùng trạng thái chuyển động.

Đáp án:

a) Các điểm G, P có tọa độ dương; điểm E, M, R có tọa độ âm; điểm F, H, N, Q có tọa độ bằng 0.

b) Khoảng cách đến vị trí cân bằng cực đại: E, G, M, P, R 

c) Những cặp điểm gần nhau nhất có cùng trạng thái chuyển động: G và P; F và N; H và Q; E, M và R  

Thảo luận 6 trang 9 sgk vật lý 11 ctst

Một con ong mật đang bay tại chỗ trong không trung (Hình 1.6), đập cánh với tần số khoảng 300 Hz. Xác định số dao động mà cánh ong mật thực hiện trong 1s và chu kì dao động của cánh ong.

Đáp án:     

Tần số 300Hz => Cánh ong thực hiện 300 dao động trong 1s

Chu kì dao động của cánh ong là: T = 1/f = 1/300 = 0,0033s

Thảo luận 7 trang 10 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 1.7, so sánh biên độ và li độ của hai dao động 1 và 2 tại mỗi thời điểm.

Đáp án:     

– Hai dao động 1 và 2 luôn có cùng biên độ.

– Tại mỗi thời điểm, li độ của hai dao động khác nhau, trừ khi xảy ra những trường hợp đặc biệt khi li độ của chúng bằng nhau tương ứng với khi đồ thị của hai dao động cắt nhau. Sau một khoảng thời gian ngắn nhất Δt, dao động 2 sẽ có cùng trạng thái với dao động 1, và quá trình dao động sẽ tiếp tục lặp đi lặp lại.

Thảo luận 8 trang 10 sgk vật lý 11 ctst

Dựa vào dữ kiện trong câu Thảo luận 6, xác định tần số góc khi ong đập cánh. Xem biên độ dao động của cánh ong là không đổi.

Đáp án:     

ω = 2πf = 2π.300 = 600π(rad/s)

Luyện tập 1 trang 10 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát đồ thị li độ - thời gian của hai dao động điều hòa được thể hiện trong Hình 1.8. Hãy xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc của mỗi vật dao động và độ lệch pha giữa hai dao động.

Đáp án:     

Độ lệch pha của 2 dao động là Δφ = π/2 – (−π/2) = π

Thảo luận 9 trang 11 sgk vật lý 11 ctst

Xác định độ lệch pha dao động trong Hình 1.9.

Đáp án:     

Từ đồ thị, ta thấy hai dao động có cùng chu kì T = 2 s và sau một khoảng thời gian ngắn nhất là 0,5 s kể từ thời điểm t = 0, dao động 1 có cùng trạng thái như dao động 2 tại thời điểm t = 0. Độ lệch pha giữa hai dao động này được xác định:

Δφ = 2π.$\frac{\Delta t}{T}$= 2π.$\frac{0,5}{2}$ =$\frac{\pi }{2}$

Luyện tập 2 trang 12 sgk vật lý 11 ctst

Xét vật thứ nhất bắt đầu dao động điều hòa từ vị trí cân bằng, vị trí thứ hai dao động điều hòa với biên độ lớn gấp hai lần, cùng chu kì và lệch pha Δφ=π/4rad so với vật thứ nhất. Vẽ phác đồ thị li độ - thời gian của hai vật trong hai chu kì dao động đầu tiên.

Đáp án:     

Dao động 1 vẽ với biên độ A và chu kì T

Dao động 2 có cùng chu kì với dao động 1 và biên độ $A_{2}$ = 2A. Hai dao động lệch pha nhau π/4rad nên vị trí đầu tiên của dao động thứ hai bằng $\frac{\sqrt{2}}{2}A_{2}$ và ở thời điểm T/8 thì dao động 2 sẽ đi qua vị trí cân bằng.

Cứ thế tiếp tục vẽ 2 chu kì dao động của hai dao động

Đường màu đỏ là dao động thứ nhất, đường màu xanh là dao động thứ 2

Vận dụng trang 12 sgk vật lý 11 ctst

Tìm hiểu và trình bày một số ứng dụng thực tiễn của hiện tượng dao động.

Đáp án:

Ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tế như cửa đóng tự động, giảm xóc xe máy, ô tô, …

Bài tập 1 trang 13 sgk vật lý 11 ctst

Xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc của mỗi dao động và độ lệch pha giữa hai dao động có đồ thị li độ - thời gian như trong Hình 1P.1.

Đáp án:     

Bài tập 2 trang 13 sgk vật lý 11 ctst

Vẽ phác đồ thị li độ – thời gian của hai dao động điều hoà trong các trường hợp:

a) Cùng biên độ, chu kì của dao động thứ nhất bằng ba lần chu kì của dao động thứ hai.

b) Biên độ của dao động thứ nhất bằng hai lần biên độ của dao động thứ hai, cùng chu kì, cùng pha.

c) Cùng biên độ, cùng chu kì và có độ lệch pha là π rad.

Đáp án:

Dao động thứ nhất là đường màu xanh, dao động thứ hai là đường màu đỏ

a) 

b) 

c)