Vật lí 11 Chân Trời Sáng Tạo Bài 1: Mô tả dao động điều hòa

a. Khái niệm dao động

- Dao động cơ học là sự chuyển động có giới hạn trong không gian của một vật quanh một vị trí xác định. Vị trí đó gọi là vị trí cân bằng

- Dao động mà trạng thái chuyển động của vật (vị trí và vận tốc) được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau được gọi là dao động tuần hoàn

Ví dụ: dao động của quả lắc đồng hồ

b. Dao động tự do

- Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực được gọi là dao động tự do (dao động riêng)

a. Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc tọa độ của vật dao động theo thời gian

Hình 1.1. Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc tọa độ của vật dao động theo thời gian

– Hệ thống giá đỡ (1) và con lắc lò xo (2).

– Cảm biến khoảng cách (3).

– Dây cáp nối cảm biến với bộ ghi số liệu (4).

– Bộ ghi số liệu (5).

– Dây cáp nối bộ ghi số liệu và máy tính (6), máy tính (7).

b. Li độ, biên độ, chu kì dao động, tần số dao động

Hình 1.2. Vị trí của vật nặng trong hệ con lắc lò xo tại các thời điểm khác nhau

Chọn hệ trục tọa độ Oxt như hình 1.2

- Li độ của vật dao động là tọa độ của vật mà gốc tọa độ được chọn trùng với VTCB. Biên độ là độ lớn cực đại của li độ

- Chu kì dao động là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động, đơn vị: giây (s)

- Tần số dao động được xác định bởi số dao động mà vật thực hiện được trong một giây, đơn vị: héc (Hz)

\(f = \frac{1}{T}\)

c. Khái niệm dao động điều hòa

Dao động điều hòa là dao động tuần hoàn mà li độ của vật dao động là một hàm côsin (hoặc sin) theo thời gian

d. Pha dao động, độ lệch pha, tần số góc

- Pha dao động là một đại lượng đặc trung cho trạng thái của vật trong quá trình dao động

- Độ lệch pha giữa hai dao động điều hòa cùng chu kì (cùng tần số) được xác định theo công thức:

\({\rm{\Delta }}\varphi  = 2\pi \frac{{{\rm{\Delta }}t}}{T}\)

- Tần số góc của dao động là đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của pha dao động. Đối với dao động điều hòa tần số góc có giá trị không đổi và được xác định theo công thức

\(\omega  = \frac{{{\varphi _2} - {\varphi _1}}}{{{t_2} - {t_1}}} = \frac{{2\pi }}{T}\)

e. Vận dụng các đại lượng vật lí đặc trưng để mô tả dao động điều hoà

Ví dụ

Hình 1.3. Đồ thị li độ - thời gian của một vật được kích thích dao động theo hai cách khác nhau

Hướng dẫn giải

Hình 1.3 thể hiện đô thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hoà được kích thích theo hai cách khác nhau. Hãy xác định các đại lượng biên độ, chu kì, tần số và tần số góc trong từng trường hợp.

- Trong trường hợp a), vật bắt đầu dao động từ vị trí cân bằng theo chiều dương quy ước.

- Trong trường hợp b), vật bắt đầu dao động từ vị trí biên dương, ngược chiều dương quy ước.

- Trong hai trường hợp a) và b):

+ Vật dao động cùng biên độ A = 20 cm.

+ Vật dao động cùng chu kì T = 2 s.

+ Tần số dao động của vật trong cả hai trường hợp:

\(f = \frac{1}{T} = \frac{1}{2} = 0,5Hz\)

+ Tần số góc của vật trong cả hai trường hợp:

\(\omega  = 2\pi f = 2\pi .0,5 = \pi Hz\)

Bài tập 1: Một vật dao động điều hòa dọc theo trục Ox. Hình dưới là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của li độ x vào thời gian t. Tần số góc của dao động là

A. 10 rad/s

B. 10л rad/s

C. 5π rad/s

D. 5 rad/s

Hướng dẫn giải

Dựa vào đồ thị ta thấy khoảng thời gian 2 lần liên tiếp vật có li độ x = 0 là:

\(\begin{array}{l}
\frac{T}{2} = 0,2 \Rightarrow T = 0,4s\\
 \Rightarrow \omega  = \frac{{2\pi }}{T} = 5\pi \left( {rad/s} \right)
\end{array}\)

Đáp án C

Bài tập 2: Đồ thị của dao động điều hòa là

A. một đường hình sin.

B. một đường thẳng.

C. một đường elip.

D. một đường parabol.

Hướng dẫn giải

Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin.

Đáp án A

Học xong bài này các em cần biết:

- Thí nghiệm đơn giản về dao động, một số ví dụ đơn giản về dao động tự do.

- Định nghĩa biên độ, chu kì, tần số góc, độ lệch pha.

- Mô tả dao động điều hòa.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Chân Trời Sáng Tạo Bài 1 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Chọn phương án đúng nhất. Pha ban đầu của dao động điều hoà phụ thuộc vào

  • A. gốc thời gian.
  • B. trục tọa độ.
  • C. biên độ dao động.
  • D. gốc thời gian và trục tọa độ.

• Câu 2:

   Dao động điều hòa đổi chiều khi

  • A. lực tác dụng có độ lớn cực đại.
  • B. lực tác dụng có độ lớn cực tiểu.
  • C. lực tác dụng biến mất.
  • D. không có lực nào tác dụng vào vật.

• Câu 3:

  Trong dao động điều hòa của một vật thì đại lượng nào sau đây không thay đổi theo thời gian?

  • A. li độ
  • B. biên độ, li độ.
  • C. pha dao động.
  • D. biên độ, chu kì.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Chân Trời Sáng Tạo Bài 1 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Khởi động trang 5 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 1 trang 5 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 2 trang 6 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 3 trang 6 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Luyện tập trang 6 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 4 trang 7 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 5 trang 8 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 6 trang 9 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 7 trang 10 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 8 trang 10 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Luyện tập trang 10 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 11 trang 11 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Luyện tập trang 12 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Vận dụng trang 12 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Bài tập 1 trang 13 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Bài tập 2 trang 13 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!