Vật lý ✅ (ĐÃ XÁC MINH)

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết là tâm huyết biên soạn của đội ngũ giáo viên giỏi vật lý trên toàn quốc nhằm múc đích giúp các em nắm được chu kỳ, tần số của con lắc lo xo dao động điều hoa được tính như thế nào? động năng và thế năng và cơ năng của nó ra sao? để ứng dụng làm các dạng bài tập về con lắc lò xo. Top giải bài tập Vật lý 12 hay được cập nhật nhanh nhất tại Soanbaitap.com.

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết thuộc: CHƯƠNG I. DAO ĐỘNG CƠ

I. Tóm tắt Lý thuyết con lắc lò xo

1.1. Con lắc lò xo

  • Con lắc lò xo gồm một vật nặng m gắn vào 1 đầu của lò xo có độ cứng K và khối lượng không đáng kể, Đầu còn lại của lò xo cố định.
  • Xét một con lắc lò xo gồm một vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu của một lò xo có độ cứng k và có khối lượng không đáng kể; đầu kia của lò xo được giữ cố định. Vật m có thể trượt trên một mặt phẳng nằm ngang không có ma sát.

Con lắc lò xo là gì

  • Vị trí cân bằng của vật là vị trí khi lò xo không biến dạng (Hình a).
  • Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay (Hình b), ta thấy vật dao động trên một đoạn thẳng quanh vị trí cân bằng (Hình c và d).
  • Ta hãy xét xem dao động của vật m (hay của con lắc lò xo) có phải là dao động điều hòa hay không?

1.2. Con lắc lò xo : khảo sát giao động về mặt động lực học
• Chọn trục tọa độ x như hình trên .

– Xét vật ở li độ x, lò xo giản một đoạn Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 30, lực đàn hồi F = -kΔl

– Tổng lực công dụng lên vật ( cũng là lực đàn hồi của lò xo ) là : F = − kx .

– Áp dụng định luật II Niu-tơn, ta được: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 31

– Đặt Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 32 , ta rút ra kết luận:

• Dao động của con lắc lò xo là xê dịch điều hòa theo phương trình x = Acos ( ωt + φ ) .
• Tần số góc và chu kì của con lắc lò xo .

– Tần số góc của con lắc lò xo là: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 33

– Chu kì dao động của con lắc lò xo là:Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 34

• Lực luôn hướng về vị trí cân đối gọi là lực kéo về, có độ lớn tỉ lệ với li độ là lực gây ra tần suất cho vật giao động điều hòa .

– Công thức: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 35

Đặc điểm của lực kéo:

– Là lực gây ra tần suất giao động cho vật ;
– Tỉ lệ với li độ giao động và luôn hướng về vị trí cân đối ;
– Biến thiên điều hòa cùng tần số xê dịch .
1.3. Con lắc lò xo : khảo sát xê dịch về mặt nguồn năng lượng

Động năng của con lắc lò xo

– Công thức tính động năng của con lắc lò xo :

 Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 36 (m là khối lượng của vật).

Thế năng của con lắc lò xo

– Công thức tính thế năng của con lắc lò xo

 Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 37 (x là li độ của vật m).

Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng

– Công thức tính cơ năng của con lắc lò xo :

 Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 38 hay Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 39 (hằng số).

– Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ xê dịch .
– Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ lỡ mọi ma sát .

Đối với con lắc lò xo thẳng đứng

con lắc lò xo thẳng đứng

– Khi vật ở vị trí cân bằng, độ biến dạng của lò xo thẳng đứng là: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 40

– Chiều dài của lò xo tại vị trí cân bằng: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 41 (l0 là chiều dài tự nhiên ban đầu khi chưa treo vật).

– Chiều dài cực tiểu ( khi vật ở vị trí cao nhất ) : lmin = l0 + Δl – A
– Chiều dài cực lớn ( khi vật ở vị trí thấp nhất ) : lmax = l0 + Δl + A

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 42

– Lực đàn hồi cực lớn : Fmax = k ( Δl + A ) khi vật ở trị trí thấp nhất .
– Lực đàn hồi cực tiểu :
° Nếu A < Δl ⇒ Fmin = k ( Δl - A ) ° Nếu A ≥ Δl ⇒ Fmin = 0 khi vật đi qua vị trí cân đối

II. Hướng giải bà tập vật lý 12 bài 2

Bài 1 trang 13 SGK Vật lý 12: Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về.

* Lời giải bài 1 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Chọn hệ trục tọa độ có Ox có gốc tọa độ O trùng với vị trí cân đối, chiều dương là chiều quy ước ( như hình vẽ phần kim chỉ nan ) .
– Từ vị trí cân đối O kéo vật m cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, vật sẽ xê dịch trên một đường thẳng quanh vị trí cân đối .

– Tại vị trí cân bằng: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 43 (1)

– Tại vị trí có li độ x bất kì (có thêm lực đàn hồi): Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 44 (2)

– Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta được:

Fđh = ma ⇔ – kx = ma = mx ‘ ‘ ⇒ x ‘ ‘ + ω2x = 0 ( * ) với ω2 = k / m
– Phương trình ( * ) là phương trình vi phân màn biểu diễn hoạt động của con lắc lò xo, phương trình này có nghiệm là : x = Acos ( ωt + φ ), như vậy hoạt động của con lắc lò xo là một giao động điều hòa .
– Hợp lực tính năng lên con lắc chình là lực kéo về, do vậy : Fhl = Fkéo về = m. a = – kx = – mω2x .
– Trong đó :
° x là li độ của của vật m ;
° k là độ cứng của lò xo ;
° Dấu trừ chỉ rằng lực F luôn luôn hướng về vị trí cân đối .

Bài 2 trang 13 SGK Vật lý 12: Nêu công thức tính chu kì của con lắc lò xo.

* Lời giải bài 2 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Công thức chu kì con lắc lò xo: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 45

– Trong đó :
° m : khối lượng quả nặng ( kg )
° k : là độ cứng của lò xo, có đơn vị chức năng là Niuton trên mét ( N / m )
° T : là chu kì, có đơn vị chức năng là giây ( s ) .

Bài 3 trang 13 SGK Vật lý 12: Viết công thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo. Khi con lắc lò xo dao động điều hòa thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi qua lại như thế nào?

* Lời giải bài 3 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Công thức tính dộng năng của con lắc lò xo xê dịch điều hòa :

 Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 46

– Trong đó : Wđ : Động năng của con lắc lò xo ( J )
m : khối lượng của vật ( kg )
v : tốc độ của vật ( m / s )
– Công thức tính dộng năng của con lắc lò xo giao động điều hòaThế năng ( chọn gốc thế năng đàn hồi tại vị trí cân đối của vật ) :

 Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 47

– Trong đó : Wt : thế năng đàn hồi ( J )
k : độ cứng lò xo ( N / m )
x : li độ ( m )
– Cơ năng của con lắc lò xo xê dịch điều hòa bằng tổng động năng và thế năng :
hay ( hằng số ) .
– Khi con lắc giao động điều hòa, động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại, động năng giảm thì thế năng tăng .

Bài 4 trang 13 SGK Vật lý 12: Chọn đáp án đúng. Công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo là:

A.Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 50   B.Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 51

C.Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 52   D.Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 53

* Lời giải bài 4 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Đáp án đúng : D .

Bài 5 trang 13 SGK Vật lý 12: Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Lò xo có độ cứng k = 40 N/m. Khi vật m của con lắc đi qua vị trí có li độ x = – 2cm thì thế năng của con lắc là bao nhiêu?

A. – 0,016 J B. – 0,008 J
C. 0,016 J D. 0,008 J

* Lời giải bài 5 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Đáp án đúng : D. 0,008 J

– Thế năng: Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 55Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 56

Bài 6 trang 13 SGK Vật lý 12: Một con lắc lò xo gồm một khối lượng m = 0,4 kg và một lò xo có độ cứng k = 80 N/m. Con lắc dao động điều hòa với biên độ bằng 0,1 m. Hỏi tốc độ của con lắc khi qua vị trí cân bằng?

A. 0 m / s B. 1,4 m / s
C. 2,0 m / s D. 3,4 m / s

* Lời giải bài 6 trang 13 SGK Vật lý 12:

– Đáp án đúng : B. 1,4 m / s

– Tốc độ của con lắc qua vị trí cân bằng là cực đại, ta có vmax = ωA với:

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 57

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết 58

Giải bài tập vật lý 12 bài 2 Lý thuyết Con lắc lò xo chi tiết được Soanbaitap.com đăng trong chuyên mục giải bài tập vật lý 12 theo thứ tứ khoa học giúp các em học tốt môn vật lý lớp 12. Nếu thấy hay hãy comment và chia sẻ để các bạn khác cùng học tập.

VIETLIKE.VN

CEO: Công ty TNHH Công Nghệ Truyền Thông Ez Media.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button