Trang 1 http://vatlypt.com – Website học vật lý free CHU VĂN BIÊN
GIÁO VIÊN CHƯƠNG TRÌNH BỔ TRỢ KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 KÊNH VTV 2 – ĐÀI TRUYỀN HÌNH VIỆT NAM
Tuyệt phẩm công phá
GIẢI NHANH THEO CHỦ ĐỀ TRÊN KÊNH VTV 2
Phân 1. DAO ĐỘNG
Cập nhật bài giải mới trên kênh VTV2
Các bài toán hay, lạ và khó
Áp dụng giải toán nhiều công thức mới nhất
NHÀ XUẤT BẢN TỔNG HỢP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VẬT LÍ
Trang 2 http://vatlypt.com – Website học vật lý free MỤC LỤC
GIẢI NHANH DAO ĐỘNG CƠ TRONG ĐỀ CỦA BỘ GIÁO DỤC ... 4
Chủ đề 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ... 23
Bài toán liên quan đến thời gian ... 23
Bài toán liên quan đến quãng đường ... 50
Bài toán liên quan đến vừa thời gian vừa quãng đường ... 77
Chủ đề 2: CON LẮC LÒ XO ... 90
Bài toán liên quan đến công thức tính, , , ,f T m k ... 90
Bài toán liên quan đến cơ năng, thế năng và động năng ... 92
Bài toán liên quan đến cắt ghép lò xo ... 104
Bài toán liên quan đến chiều dài của lò xo và thời gian lò xo nén, dãn ... 112
Bài toán liên quan đến kích thích dao động ... Error! Bookmark not defined. Bài toán liên quan đến hai vật ... 143
CHỦ ĐỀ 3. CON LẮC ĐƠN ... 162
Bài toán liên quan đến công thức tính , ,f T ... 162
Bài toán liên quan đến năng lượng dao động ... 166
Bài toán liên quan đến vận tốc của vật, lực căng sợi dây, gia tốc ... 170
Bài toán liên quan đến va chạm con lắc đơn ... 178
Bài toán liên quan đến thay đổi chu kì ... 184
Bài toán liên quan đến dao động con lắc đơn có thêm trường lực ... 192
Trang 3 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Bài toán liên quan đến hệ con lắc và chuyển động của vật sau khi dây đứt ... 212
CHƯƠNG 4: DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG DUY TRÌ. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC. CỘNG HƯỞNG. ... 221
Bài toán liên quan đến hiện tượng cộng hưởng ... 221
Bài toán liên quan đến dao động tắt dần của con lắc lò xo ... 223
Bài toán liên quan đến dao động tắt dần của con lắc đơn ... 256
CHỦ ĐỀ 5: TỔNG HỢP CÁC DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ... 264
Bài toán thuận trong tổng hợp dao động điều hòa ... 264
Bài toán ngược và “biến tướng” trong tổng hợp dao động điều hòa ... 276
Các câu hỏi định tính dao động cơ học ... 308
Các câu hỏi định lượng dao động cơ học ... 357
Trang 4 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
GIẢI NHANH DAO ĐỘNG CƠ TRONG ĐỀ CỦA BỘ GIÁO DỤC
1. NĂM 2010Câu 1: (ĐH 2010): Lực kéo về tác dụng lên một chất điểm dao động điều hòa có độ lớn.
A. tỉ lệ với độ lớn của li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng.
B. tỉ lệ với bình phương biên độ.
C. không đổi nhưng hướng thay đổi.
D. và hướng không đổi.
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Lực kéo về tác dụng lên một chất điểm dao động điều hòa có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng.
Câu 2: (ĐH 2010): Một vật dao động ̣ tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là : A. biên đô ̣và gia tốc. B.li đô ̣và tốc đô.̣
C. biên đô ̣và năng lươṇg. D. biên đô ̣và tốc đô.̣
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Một vật dao động ̣ tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là biên đô ̣ và năng lượng .
Câu 3: (ĐH 2010): Vật nhỏ của một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang, mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Khi gia tốc của vật có độ lớn bằng một nửa độ lớn gia tốc cực đại thì tỉ số giữa động năng và thế năng của vật là
A. 1
2 B. 3 C. 2 D. 1
3 Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Theo bài ra: 1 max 2 1 2
2 2 2
a a x A x A
2
2
1
W W W W 1 2 1 3
W W W 1
2
d t
t t t
kA kx
Câu 4: (ĐH‒2010) Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T. Trong khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí biên có li độ x A đến vị trí
2
x A , chất điểm có tốc độ trung bình là :
A. 6A
T B. 4.5 A
T C. 1.5A
T D. 4A
T Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Trang 5 http://vatlypt.com – Website học vật lý free 1, 5 9
2 4 12
S A A
v t T T T
Câu 5: (ĐH‒2010) Một con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T và biên độ 5 cm. Biết trong một chu kì, khoảng thời gian để vật nhỏ của con lắc có độ lớn gia tốc không vượt quá
100cm s/ 2 là 3
T . Lấy2 10 . Tần số dao động của vật là
A. 4 Hz B. 3 Hz C. 2 Hz D. 1Hz
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Để độ lớn gia tốc không vượt quá 100cm s/ 2 thì vật nằm trong đoạn
x x1: 1
. Khoảng thời gian trong một chu kì a nhỏ hơn 100cm s/ 2là 4t1 , tức là 413 t T 1
12 t T
1 1
1 2
1 arcsin 1arccos t x
A t x
A
Thay vào phương trình 1 sin 1 5sin2 . 2,5( ) 12
x A t T cm
T
Tần số góc : 1
1
2 1( )
2
a f Hz
x
Câu 6: (ĐH‒2010) Tại nơi có gia tốc trọng trường g, một con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ góc max nhỏ. Lấy mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Khi con lắc chuyển động nhanh dần theo chiều dương đến vị trí có động năng bằng thế năng thì li độ góc của con lắc bằng
A. 3
max
B.
2
max
C. 2
max
D.
3
max
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Trang 6 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
t d max
Đ i theo chiều dương về vị trí cân bằng <0
W W 1W
2 2
max 2
Cõu 7: (ĐH‒2010) Dao động tổng hợp của hai dao động điều hũa cựng phương, cựng tõ̀n sụ́
cú phương trỡnh li độ 3cos( 5 )
x t 6 cm. Biết dao động thứ nhất cú phương trỡnh li độ . 1 5cos( )
x t6 cmDao động thứ hai cú phương trỡnh li độ là A. 2 8cos( )
x t6 cm B. 2 2 cos( )
x t6 cm
….C. 2 2 cos( 5 )
x t 6 cm D. 2 8cos( 5 ) x t 6 cm Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn D
Từ cụng thức 1 2 2 1 3 5 5 8 5
6 6 6
x x x x x x Dựng mỏy tớnh Casio fx 570 – ES, bấm như sau:
Shift MODE 4 (Để chọn đơn vị gúc là radian) MODE 2 (Để chọn chế độ tớnh toỏn với số phức) 3 Shift ( ) 5
6
5 Shift ( ) 6
(Màn hỡnh mỏy tớnh sẽ hiển thị 5
3 5
6 6
)
Shift 2 3
Màn hỡnh sẽ hiện kết quả: 8 5 6
Nghĩa là biờn độ A2 8cm và pha ban đõ̀u 2 5 6
Cõu 8: : (ĐH‒2010) Một con lắc lũ xo gồm vật nhỏ khụ́i lượng 0,02 kg và lũ xo cú độ cứng 1 N/m. Vật nhỏ được đặt trờn giá đỡ cụ́ định nằm ngang dọc theo trục lũ xo. Hệ sụ́ ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,1. Ban đõ̀u giữ vật ở vị trớ lũ xo bị nộn 10 cm rồi buụng nhẹ để con lắc dao động tắt dõ̀n. Lấyg10m s/ 2 . Tụ́c độ lớn nhất vật nhỏ đạt được trong quá trỡnh dao động là
Trang 7 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
A. 10 30 cm/s. B. 20 6 cm/s. C. 40 2 cm/s. D. 40 3 cm/s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
1 1
1 1
0,1.0, 02.10
0, 02( ) 2( ) 1
10 2 8( )
ms ms
F mg
kx F x m cm
k k
A A x cm
1 5 2( / )
0, 02
k rad s
m
Xem I là tâm dao động tức thời nên:v1 .A1 40 2(cm s/ )
Câu 9: (ĐH‒2010) Môṭ con lắc đơn có chiều dài dây treo 50 cm và vât nhỏ có khối lươṇg 0,01 kg mang điêṇ tích q 5.106C đươc ̣ coi là điêṇ tích điểm. Con lắc dao đôṇg điều hoà trong điêṇ trường đều mà vectơ cường đô ̣điêṇ trường có độ lớn E104V m/ và hướng thẳng đứng xuống dưới . Lấy g 10m s/ 2, = 3,14. Chu kì dao động điều hòa của con lắc là:
A. 0,58 s B. 1,40 s C. 1,15 s D. 1,99 s
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Vì q > 0 nên lực điện trường tác dụng lên vật F qE cùng hướng với E , tức là F cùng hướng với P . Do đó, P cũng có hướng thẳng đứng xuống và độ lớn P P F nên
g g F
m hay
6 4
5.10 .10 2
10 15( / )
0.01
g g qE m s
m
2 l 1,15( )
T s
g
2. NĂM 2011
Câu 1: (ĐH‒2011) Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox. Khi chất điểm đi qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là 20 cm/s. Khi chất điểm có tốc độ là 10 cm/s thì gia tốc của nó có độ lớn là 40 3cm s/ 2 . Biên độ dao động của chất điểm là
A. 5cm B. 4cm C. 10cm D. 8cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án A Phối hợp các công thức
2
2 2 2
2 : ; max .
w
x v A x v A ta suy ra
Trang 8 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
2 2 2 2
2 2
max max
40 3 10
1 1 5( )
20 20
A v
A A cm
v v
Câu 2: (ĐH‒2011) Một chất điểm dao động điều hòa theo phương trìn 4 cos(2 ) 3
x t
(x tính bằng cm; t tính bằng s). Kể từ t = 0, chất điểm đi qua vị trí có li độ x = ‒2 cm lần thứ 2011 tại thời điểm
A. 3015s B. 6030s C. 3016s D. 6031s
Hướng dẫn: Chọn đáp án C Cách 1: Giải PTLD. T 2 3( )s
4 cos2 2 cos2 1
3 3 2
t t
2 2
3 3
2 2
3 3 2
t t
1 2
1( ) 2( )
t s
t s
2011 1005
2 dư 1 t2.1005 1 1005T t1 1005.3 1 3016( ) s Cách 2: Dùng VTLG
Quay một vòng đi qua li độ x = ‒2 cm là hai lần. Để có lần thứ 2011 = 2.1005 + 1 thì phải quay 1005 vòng và quay thêm một góc 2
3
, tức là tổng góc quay 1005.2 2 3
Thời gian:
1005.2 2
3 3016( ) 2
3
t s
Câu 3: ĐH‒2011) Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với biên độ 10 cm, chu kì 2 s. Mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Tốc độ trung bình của chất điểm trong khoảng thời gian ngắn nhất khi chất điểm đi từ vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng đến vị trí có động năng bằng 1/3 lần thế năng là
A. 26,12 cm/s B. 7,32 cm/s C. 14,64 cm/s D. 21,96 cm/s Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Trang 9 http://vatlypt.com – Website học vật lý free 3
5( 3 1)
2 2
1
24 24 6
21.96( / )
A A
v S
T T
t
v cm s
Câu 4: (ĐH 2011): Khi nói về một vật dao động điều hòa, phát biểu nào sau đây sai?
A. Lực kéo về tác dụng lên vật biến thiên điều hòa theo thời gian.
………B. Động năng của vật biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
………C. Vận tốc của vật biến thiên điều hòa theo thời gian.
………D. Cơ năng của vật biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Cơ năng của vật dao động điều hòa được bảo toàn.
Câu 5: (ĐH‒2011) Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox. Trong thời gian 31,4 s chất điểm thực hiện được 100 dao động toàn phần. Gốc thời gian là lúc chất điểm đi qua vị trí có li độ 2 cm theo chiều âm với tốc độ là 40 3 cm/s. Lấy = 3,14. Phương trình dao động của chất điểm là
A. 6 cos(20 )( ) x t6 cm
B. 4 cos(20 )( ) x t3 cm C. 4 cos(20 )( )
x t 3 cm
D. 6 cos(20 )( )
x t 6 cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Không cần tính toán đã biết chắc chắn20(rad s/ ) ! Gốc thời gian là lúc chất điểm đi qua vị trí có li độ 2 cm theo chiều âm nên chuyển động tròn đều phải nằm ở nửa trên vòng tròn chỉ có thể là B hoặc D!
Để ý x0 Acos thì chỉ B thỏa mãn chọn B.
Bình luận: Đối với hình thức thi trắc nghiệm gặp bài toán viết phương trình dao động nên khai thác thế mạnh của VTLG và chú ý loại trừ trong 4 phương án (vì vậy có thể không dùng đến một vài số liệu của bài toán!).
Câu 6: (ĐH‒2011) Một con lắc đơn đang dao động điều hòa với biên độ góc 0 tại nơi có gia tốc trọng trường là g. Biết lực căng dây lớn nhất bằng 1,02 lần lực căng dây nhỏ nhất. Giá trị của 0là
A. 6, 6o B. 3, 3o C. 5, 6o D. 9, 6o
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Trang 10 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
max max
max
min max max
max
max max
(3cos 0 2 cos ) (3cos 2 cos )
(3cos 2 cos ) 3 (2 cos )
1, 02 6, 6 cos
o
R mg
R mg
R mg
Cõu 7: (ĐH‒2011) Một con lắc đơn được treo vào trõ̀n một thang mỏy. Khi thang mỏy chuyển động thẳng đứng đi lờn nhanh dõ̀n đều với gia tụ́c cú độ lớn a thỡ chu kỡ dao động điều hũa của con lắc là 2,52 s. Khi thang mỏy chuyển động thẳng đứng đi lờn chậm dõ̀n đều với gia tụ́c cũng cú độ lớn a thỡ chu kỡ dao động điều hũa của con lắc là 3,15 s. Khi thang máy đứng yờn thỡ chu kỡ dao động điều hũa của con lắc là
A. 2,96s B. 2,84s C. 2,61s D. 2,78s
Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn D
1
2
Khi đứng yên: T=2 l g
Đ i lên nhanh dần đều (a hướng lên): T 2 l
g a
Đ i lên chậm dần đều(a hướng xuống): T 2 l
g a
Ta rỳt ra hệ thức :
1 2
2 2 2 2 2
1 2 1 2
T T
1 1 2
T 2 2,78(s)
T T T T T
Cõu 8: ĐH‒2011) Dao động của một chất điểm cú khụ́i lượng 100 g là tổng hợp của hai dao động điều hũa cựng phương, cú phương trỡnh li độ lõ̀n lượt là x15cos10t và x2 10cos10t (x1 và x2 tớnh bằng cm, t tớnh bằng s). Mụ́c thế năng ở vị trớ cõn bằng. Cơ năng của chất điểm bằng
A. 0,1125 J B. 225 J C. 112,5 J D. 0,225 J Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn A
1 2 m2A2 0,1.10 .0,152 2
A A A 15cm W 0,1125(J)
2 2
3. NĂM 2012
Cõu 1: Một chất điểm dao động điều hũa trờn trục Ox. Vectơ gia tụ́c của chất điểm cú A. độ lớn cực đại ở vị trớ biờn, chiều luụn hướng ra biờn.
B. độ lớn cực tiểu khi qua vị trớ cõn bằng luụn cựng chiều với vectơ vận tụ́c C. độ lớn khụng đổi, chiều luụn hướng về vị trớ cõn bằng.
D. độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ, chiều luụn hướng về vị trớ cõn bằng.
Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn D
Trang 11 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Vỡ a 2x nờn gia tụ́c luụn hướng về VTCB và độ lớn tỉ lệ với li độ x
Cõu 2: (ĐH‒2012): Một vật dao động tắt dõ̀n cú các đại lượng nào sau đõy giảm liờn tục theo thời gian?
A. Biờn độ và tụ́c độ B. . Li độ và tụ́c độ C. Biờn độ và gia tụ́c D. Biờn độ và cơ năng Cõu 3: (ĐH‒2012) Một vật nhỏ cú khụ́i lượng 500 g dao động điều hũa dưới tỏc dụng của một lực kộo về cú biểu thức F 0,8cos 4 ( )t N (t đo bằng s). Dao động của vật cú biờn độ là
A. 8cm B. 6cm C. 12cm D. 10cm
Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn D
Đụ́i chiếu F 0,8cos 4 ( )t N với biểu thức tổng quỏt F m2Acos( t )
2
4( / )
0,1 10 0,8( )
rad s
A m cm
m A N
Cõu 4: ĐH‒2012)Một con lắc lũ xo gồm lũ xo nhẹ cú độ cứng 100 N/m và vật nhỏ khụ́i lượng m. Con lắc dao động điều hũa theo phương ngang với chu kỡ T. Biết ở thời điểm t vật cú li độ 5 cm, ở thời điểm
4
tT vật cú tụ́c độ 50 cm/s. Giỏ trị của m bằng :
A. 0,5 kg B. 1,2 kg C. 0,8 kg D. 1 kg
Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn D
Vỡ xv và hai thời điểm vuụng pha (2 1) (2 1) 4 t t n T nờn
2
2 2
1
50 100
10( / ) 1
5 10
v k
rad s m kg
x
Cõu 5: (ĐH‒2012) Một chất điểm dao động điều hũa với chu kỡ T. Gọi vtb là tụ́c độ trung bỡnh của chất điểm trong một chu kỡ, v là tụ́c độ tức thời của chất điểm. Trong một chu kỡ, khoảng thời gian mà v0, 25vtb là:
A. 3
T B. 2
3
T C.
6
T D.
2 T Hướng dẫn: Chọn đỏp ỏn B
1 tb 1 1
1 1 1 1
4A 4A A A 3 T
v 0,25 v 0,25 0,25 . 0,25 .4A. x t
T T 2 2 2 6
Vùng tốc độ v nằm trong x , x t 4t 2T 3
Trang 12 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
1 2
2 2
1 1
1 2
1 2
2 1 1
1arcsin 1 w
arccos
t x v
x A
A
t x a x
A
Câu 6: (ĐH‒2012) Một con lắc đơn gồm dây treo có chiều dài 1 m và vật nhỏ có khối lượng 100 g mang điện tích 2.105C . Treo con lắc đơn này trong điện trường đều với vectơ cường độ điện trường hướng theo phương ngang và có độ lớn 5.104V m/ . Trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua điểm treo và song song với vectơ cường độ điện trường, kéo vật nhỏ theo chiều của vectơ cường độ điện trường sao cho dây treo hợp với vectơ gia tốc trọng trường một góc 54o rồi buông nhẹ cho con lắc dao động điều hòa. Lấyg10m s/ 2 . Trong quá trình dao động, tốc độ cực đại của vật nhỏ là
A. 0,59 m/s B. 3,41 m/s C. 2,87 m/s D. . 0,50 m/s Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Lực tĩnh điện có phương ngang, có độ lớn FqE1( )N
2 2
2 2 2
tan 1 45
0,1.10
10 1 10 2( / )
0,1 F o
P
g g F m s
m
Khi ở VTCB phương dây treo lệch sang phải so với phương thẳng đứng một góc 45o nên biên độ góc max 54o 49o 9o
Tốc độ cực đại:
max 2 . (1 cos max) 2.10 2.1(1 cos 9 )o 0,59( / )
v g l m s
Câu 7: (ĐH‒2012) Tại nơi có gia tốc trọng trường g10m s/ 2, một con lắc đơn có chiều dài 1 m, dao động với biên độ góc 60o . Trong quá trình dao động, cơ năng của con lắc được bảo toàn. Tại vị trí dây treo hợp với phương thẳng đứng góc 30o , gia tốc của vật nặng của con lắc có độ lớn là
A. 1232cm s/ 2 B. 500cm s/ 2 C. 732cm s/ 2 D. 887cm s/ 2 Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Trang 13 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Dao động của con lắc lò xo là chuyển động tịnh tiến nên nó chỉ có gia tốc tiếp tuyến. Dao động của con lắc đơn vừa có gia tốc tiếp tuyến vừa có gia tốc pháp tuyến (gia tốc hướng tâm) nên gia tốc toàn phần là tổng hợp của hai gia tốc nói trên:
2 2
2
max
sin
2 (cos cos )
t tt
tt ht tt ht
ht
a P g
a a a a a a m
a v g
l
Nếu max nhỏ thì
2 2
max max
(cos cos ) 1( )
2 sin
nên 2 2
( max )
tt ht
a g
a g
2
max
sin cos
2 cos cos
t n
P mg P mg v gl
2 2
2
max
sin
2 (cos cos )
tt ht tt ht
t tt
ht
a a a a a a
a P g
m
a v g
l
max
2
sin 5
2 (cos cos ) 10( 3 1)
t tt
tt ht
ht
a P g
a a a m
a v g
l
2 2 2
8,87( / )
tt ht
a a a m s
Câu 8: (ĐH‒2012): Tại nơi có gia tốc trọng trường là g, một con lắc lò xo treo thẳng đứng đang dao động đều hòa. Biết tại vị trí cân bằng của vật độ dãn của lò xo là l . Chu kì dao động của con lắc này là
A. 2 g . T l
B. 1 .
2 T l
g
C. 1
2 . T g
l
D. 2 l.
T g Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Tại VTCB, lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng lực nên k l mg hay m l
k g
Do đó,
chu kì: 2 m 2 g .
T k l
Trang 14 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Câu9: ĐH‒2012) Hai dao động cùng phương lần lượt có phương trình
1 1cos( )( )
x A t6 cm và 2 6 cos( )( )
x t2 cm . Dao động tổng hợp của hai dao động này có phương trình x10cos( t )(cm) . Thay đổi A1 cho đến khi biên độ A đạt giá trị cực tiểu thì bằng
A. 6
B.
3
C. D. 0
Hướng dẫn: Chọn đáp án B
2 2 2
1 2 1 2 2 1
2 2 2
1 1 1 1
0
2 cos( )
6 6 ( 3) 27 3( )
A A A A A
A A A A cm
Phương pháp cộng số phức: 1 2 1 1 2 2
3 6 3 3 1
6 2 3
x x x A A
Câu 10: (ĐH‒2012) Một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang với cơ năng dao động là 1 J và lực đàn hồi cực đại là 10 N. Mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Gọi Q là đầu cố định của lò xo, khoảng thời gian ngắn nhất giữa 2 lần liên tiếp Q chịu tác dụng lực kéo của lò xo có độ lớn 5 3 là 0,1 s. Quãng đường lớn nhất mà vật nhỏ của con lắc đi được trong 0,4 s là
A. 40cm B. 60cm C. 80cm D. 115cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án B
max max
2
max
5 3 3
10 2
1 20
10 2
2
F x A
F k x x
F A
F kA
W A
A cm
W kA F
Vì là lực kéo nên lúc này lò xo dãn. Vật đi từ 3 2
x A đến x A rồi đến 3 2 x A
Thời gian sẽ đi là: 0,1 0, 6( )
12 12 6
T T T
t T s
Trang 15 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
max
max 2
0, 4 0,3 0,1 3 60( )
2 6
A S A
T T
t s S A cm
Câu 11: (ĐH‒2012) Hai chất điểm M và N có cùng khối lượng, dao động điều hòa cùng tần số dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox. Vị trí cân bằng của M và của N đều ở trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với Ox. Biên độ của M là 6 cm, của N là 8 cm. Trong quá trình dao động, khoảng cách lớn nhất giữa M và N theo phương Ox là 10 cm. Mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Ở thời điểm mà M có động năng bằng thế năng, tỉ số động năng của M và động năng của N là
A. 4
3 B. 3
4 C. 9
16 D. 16
9 Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Cách 1: Khoảng cách giữa hai chất điểm lớn nhất khi M M1 2 // MN và tứ giác MM M N1 2 là hình chữ nhật M M1 2 MN10(cm)
2 2
1 2 1 2
1 2
1
1 2
2 1 2
( ) ( ) ( )
cos 2 . 2
2 2 4 4 2
0, 5 9
0, 5 16
N M
tM dM tN dN
dM M
dN N
OM OM M M
OM OM
W
W A
W W OM W W
W W A
W W A
Cách 2 : Khoảng cách giữa hai chất điểm ở thời điểm bất kì :
1 2 12
6 cos( ) 8cos( ) 10 cos( )
M N
x x x
t t t
Vì 6282 102 nên xM vuông pha với xN Do đó
2 2
2 2
1 2
N 1
M x
x
A A Khi
2 2
W 1
W W
2 4
tM dM
m A
thì xM A1 2
Từ đó suy ra : xN A2 2 hay
2 2
W 2
W W
2 4
N
tM dM
m A
Tỉ số động nặng của M và động nặng của N là:
2 1 2
W 9
W 16
dM dN
A A
Cách 3 : Áp dụng công thức:
2 2 2
1 2
1 2
cos 0
2 2
A A b
A A
. Hai dao động này vuông pha. Ở một thời điểm nào đó, dao động này có thế năng bằng động năng thì dao động kia cũng vậy nên tỉ số động năng bằng tỉ số thế năng và bằng tỉ số cơ năng:
Trang 16 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
2
1 1
2 2
W W 9
W W 16
dM dN
A A
4. NĂM 2013
Câu 1: ĐH ‒ 2013): Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một quỹ đạo dài 12 cm. Dao động này có biên độ:
A. 12cm B. 24cm C. 6cm D. 3cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án C 6( )
2
A L cm
Câu 2: ĐH ‒ 2013): Một vật dao động điều hòa với biên độ 4 cm và chu kí 2 s. Quãng đường vật đi được trong 4 s là:
A. 64cm B. 16cm C. 32cm D. 8cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
2 2.4 32( )
t T S A cm
Câu 3: (ĐH ‒ 2013): Một vật dao động điều hòa dọc theo trục Ox với biên độ 5 cm, chu kì 2 s. Tại thời điểm t =0 s vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là:
A. 5cos(2 )( )
x t2 cm B. 5cos(2 )( )
x t2 cm C. 5cos( )( )
x t2 cm D. 5cos( )( )
x 2 cm Hướng dẫn: Chọn đáp án D
2 (rad s/ ) T
. Khi t = 0 s vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương
5cos( )( ) x 2 cm
Câu 4: (ĐH ‒ 2013): Một vật nhỏ dao động điều hòa theo phương trình x Acos 4t (t tính bằng s). Tính từ t = 0 khoảng thời gian ngắn nhất để gia tốc của vật có độ lớn bằng một nửa độ lớn gia tốc cực đại là
A. 0,083s B. 0,104s C. 0,167s D. 0,125s
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
1 max 0,5
2 2
0, 0833( )
2 2 6
x A x A
x A
t T s
a A
a x
Trang 17 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Câu 5: (ĐH ‒ 2013): Một vật nhỏ khối lượng 100 g dao động điều hòa với chu kì 0,2 s và cơ năng là 0,18 J (mốc thế năng tại vị trí cân bằng); lấy 2 10 . Tại li độ 3 2 cm tỉ số động năng và thế năng là
A. 1 B. 4 C. 3 D. 2
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
2 2
1 0, 06( ) 6( )
2
3 2( )
2 t d 2
W m A A m cm
A W
x cm W W
Câu 6: (ĐH ‒ 2013): Một con lắc lò xo có khối lượng vật nhỏ là m1 = 300 g dao động điều hòa với chu kì 1 s. Nếu thay vật nhỏ có khối lượng m1 bằng vật nhỏ có khối lượng m2 thì con lắc dao động với chu kì 0,5 s. Giá trị m2 bằng
A. 100g B. 150g C. 25g D. 75g
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
2
2 2 2
2
1 1 1
2 0,5
75( )
1 300
2 m
T k m m m g
T m m
k
Câu 7: (ĐH ‒ 2013): Một con lắc đơn có chiều dài 121 cm, dao động điều hòa tại nơi có gia tốc trọng trường g. Lấy 2 10 . Chu kì dao động của con lắc là:
A. 0,5s B. 2s C. 1s D. 2,2s
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
2
1, 21
2 l 2 2, 2( )
T s
g
Câu 8: : (ĐH ‒ 2013): Gọi M, N, I là các điểm trên một lò xo nhẹ, được treo thẳng đứng ở điểm O cố định. Khi lò xo có chiều dài tự nhiên thì OM = MN = NI = 10 cm. Gắn vật nhỏ vào đầu dưới I của lò xo và kích thích để vật dao động điều hòa theo phương thẳng đứng.
Trong quá trình dao động tỉ số độ lớn lực kéo lớn nhất và độ lớn lực kéo nhỏ nhất tác dụng lên O bằng 3; lò xo dãn đều; khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm M và N là 12 cm. Lấy
2 10
. Vật dao động với tần số là:
A. 2,9Hz B. 2,5Hz C. 3,5Hz D. 1,7Hz
Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Trang 18 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
max min
max
3 2
10 12 4 1 2, 5( )
3 3 2
F A l
l A
F l A
l A g
MN cm l cm f Hz
l
Câu 9: (ĐH ‒ 2013): Một con lắc
lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng 100 g và lò xo có độ cứng 40 N/m được đặt trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát. Vật nhỏ đang nằm
yên ở vị trí cân bằng, tại t = 0, tác dụng lực F = 2 N lên vật nhỏ (hình vẽ) cho con lắc dao động điều hòa đến thời điểm ( )
t 3 s
thì ngừng tác dụng lực F. Dao động điều hòa của con lắc sau khi không còn lực F tác dụng có giá trị biên độ gần giá trị nào nhất sau đây:
A. 9cm B. 7cm C. 5cm D. 11cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
2 2
2
3
2 ( ) 3 2
10 3 4 12 2 3
2 3 3 0, 0866( )
x x A A
m T T A
T s t T x
k A
v
v F
A x A m
k
Câu 10: (ĐH ‒ 2013): Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là 81 cm và 64 cm được treo ở trần một căn phòng. Khi các vật nhỏ của hai con lắc đang ở vị trí cân bằng, đồng thời truyền cho chúng các vận tốc cùng hướng sao cho hai con lắc dao động điều hòa với cùng biên độ góc, trong hai mặt phẳng song song với nhau. Gọi t là khoảng thời gian ngắn nhất kể từ lúc truyền vận tốc đến lúc hai dây treo song song nhau. Giá trị t gần giá trị nào nhất sau đây:
A. 2,36s B. 8,12s C. 0,45s D. 7,2s
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
1 2
1 2
10 10
( / ); ( / )
9 8
g g
rad s rad s
l l
Trang 19 http://vatlypt.com – Website học vật lý free Hai sợi dây song song thì x2 x1 hay
2 1 2 1
2 1
sin sin 0, 43( )
A t A t t t s
Câu 11: (ĐH ‒ 2013): Hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có biên độ lần lượt làA18cm ; A2 15cm và lệch pha nhau
2
. Dao động tổng hợp của hai dao động này có biên độ bằng:
A. 23cm B. 7cm C. 11cm D. 17cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
2 2 2 2
1 2 2 1 2cos( 2 1) 8 15 2.8.15cos 17( )
A A A A A 2 cm
5. NĂM 2014
Câu 1: (ĐH‒2014) Một con lắc đơn dao động điều hòa với biên độ góc 0,1 rad; tần số góc 10 rad/s và pha ban đầu 0,79 rad. Phương trình dao động của con lắc là
A. 0,1cos(20 0, 79)(rad) B. 0,1cos(10 0, 79)( rad) C. 0,1cos(200, 79)(rad) D. 0,1cos(10 0, 79)( rad) Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Phương trình dao động: 0,1cos(10 0, 79)( rad)
Câu 2: (ĐH‒2014) Một vật dao động điều hòa với phương trình x5cost cm( ) . Quãng đường vật đi được trong một chu kì là
A. 10cm B. 5cm C. 15cm D. 20cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Quãng đường đi được trong 1 chu kì : S4A20cm
Câu 3: (ĐH‒2014) Một chất điểm dao động điều hòa với phương trình x6cost (x tính bằng cm, t tính bằng s). Phát biểu nào sau đây đúng?
A. Tốc độ cực đại của chất điểm là 18,8 cm/s B. Chu kì của dao động là 0,5 s.
C. Gia tốc của chất điểm có độ lớn cực đại là 113cm s/ 2 D. . Tần số của dao động là 2 Hz.
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Tốc độ cực đại: vmax A18,85cm s/
Câu 4: (ĐH‒2014) Một vật có khối lượng 50 g, dao động điều hòa với biên độ 4 cm và tần số
góc 3 rad/s. Động năng cực đại của vật là
A. 7,2J B. 3, 6.104J. C. 7, 2.104J D. 3,6 J.
Hướng dẫn: Chọn đáp án B Động năng cực đại bằng cơ năng:
Trang 20 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
2 2 2 2
4 max
0, 05.3 .0, 04
3, 6.10 ( )
2 2
d
m A
W W J
Câu 5: (ĐH‒2014) Một vật dao động cưỡng bức dưới tác dụng của một ngoại lực biến thiên điều hòa với tần số f. Chu kì dao động của vật là :
A. 1
2 f . B. 2
f
C. 2f D. 1
f Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Chu kì dao động cưỡng bức bằng chu kì ngoại lực: 1 T f
Câu 6: (ĐH‒2014) Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ và vật nhỏ khối lượng 100g đang dao động điều hòa theo phương ngang, mốc tính thế năng tại vị trí cân bằng. Từ thời điểm t10 đến 2 ( )
t 48 s
, động năng của con lắc tăng từ 0,096 J đến giá trị cực đại rồi giảm về 0,064 J.
Ở thời điểm t2 , thế năng của con lắc bằng 0,064 J. Biên độ dao động của con lắc là
A. 5,7cm B. 7,0cm C. 8,0cm D. 3,6cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Tại thời điểm t2 động năng bằng thế năng nên:
2 2
2
1 ( ) ( )
2
0,128( )
t t d t
x A
x W W J
Tại thời điểm t1 0 thì W 0, 096 3W, W W
4 4
d J t nên lúc này
o 2
x A Ta có thể biểu diễn quá trình chuyển động như trên hình vẽ sau:
Ta có 1 ( )
12 8 48 T T
t s
suy raT 0,1 ( )s 2 20(rad s/ ) T
Biên độ tính từ công thức:
2 2
W 2
m A
2 2
2 2.0,128
0, 08( ) 8( ) 0,1.20
A W m cm
m
Câu 7: (ĐH‒2014) Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một quỹ đạo thẳng dài 14 cm với chu kì 1 s. Từ thời điểm vật qua vị trí có li độ 3,5 cm theo chiều dương đến khi gia tốc của vật đạt giá trị cực tiểu lần thứ hai, vật có tốc độ trung bình là
A. 27,3 cm/s B. 28,0 cm/s. C. 27,0 cm/s D. 26,7 cm/s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án C Biên độ 14 7 .
A 2 cm Gia tốc của vật đạt giá trị cực tiểu (amin 2A) khi x A
Trang 21 http://vatlypt.com – Website học vật lý free Thời gian và quãng đường đi được:
7( )
6 6
27( / )
4 31,5( )
2
tb
t T T s
v S cm s
A t
S A cm
Câu 8: (ĐH‒2014) Một con lắc lò xo treo vào một điểm cố định, dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với chu kì 1,2 s. Trong một chu kì, nếu tỉ số của thời gian lò xo giãn với thời gian lò xo nén bằng 2 thì thời gian mà lực đàn hồi ngược chiều lực kéo về là
A. 0,2 s B. 0,1s C. 0,3s D. 0,4s
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Vì td· n/ tnÐn 2 nên +A 2 l .0 Lực đàn hồi và lực kéo về ngược hướng khi vật ở trong đoạn A
0 x .
2 Khoảng thời gian cần tính chính là 2T
t 0, 2(s)
12
Câu 9: (ĐH‒2014) Một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang với tần số góc
. Vật nhỏ của con lắc có khối lượng 100 g. Tại thời điểm t = 0, vật nhỏ qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Tại thời điểm t = 0,95 s, vận tốc v và li độ x của vật nhỏ thỏa mãn v x lần thứ 5. Lấy 2 10 . Độ cứng của lò xo là
A. 85N/m B. 37N/m C. 20N/m D. 25N/m
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Thay x Asint v; x Acost vào vx ta được
tan 1 ( 0 1, 2...).
t t 4 n t n
Lần thứ 5 ứng với n=5 .0,95 5 4
5 (rad s/ ) k m 2 25N m/
Câu 10: (ĐH‒2014) Cho hai dao động điều hòa cùng phương với các phương trình lần lượt là x1 A1cos(t0,35)(cm) và x1 A2cos( t )(cm) Dao động tổng hợp của hai dao động này có phương trình làx20cos( t )(cm). Giá trị cực đại của (A1A2) gần giá trị nào nhất sau đây?
A. 25cm B. 20cm C. 40cm D. 35cm
Hướng dẫn: Chọn đáp án D Áp dụng định lý hàm số sin:
1 2 1 2 1 2
sin1, 22 sin sin sin sin
2sin cos
2 2
A A A A A A
A
1 2 .2sin cos
sin1, 22 2 2
A A A
Trang 22 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
1 2
20 1, 22
.2sin cos
sin1, 22 2 2
A A
1 2 34,912 cos max 34,912( )
A A 2 cm
Trang 23 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Chủ đề 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
I. BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN THỜI GIAN
1. Thời gian đi từ x1 đến x2
a. Thời gian ngắn nhất đi từ x1đến vị trí cân bằng và vị trí biên Phương pháp chung:
Cách 1: Dùng vòng tròn lượng giác (VTLG) giản đồ véc tơ Xác định góc quét tương ứng với sự dịch chuyển: Thời gian:t
Cách 2: Dùng phương trình lượng giác (PTLG)
1 1
1 1 1 1
1 1
1 2 2 2
sin sin 1arcsin
cos cos 1 cos
x x
x A t t t
A A
x x
x A t t t arc
A A
Câu 1: Một chất điểm dao động điều hoà với biên độ 10 (cm) và tần số góc 10 (rad/s).
Khoảng thời gian ngắn nhất để nó đi từ vị trí có li độ +3,5 cm đến vị trí cân bằng là A. 0,036 s. B. 0,121 s. C. 2,049 s. D. 6,951 s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án A Cách 1: Dùng VTLG
Trang 24 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Thời gian ngắn nhất dao động điều hòa đi từ x = 3,5 cm đến x = 0 bằng thời gian chuyển động tròn đều đi từ M đến N: t
mà sin 3,5 0,3576
10 rad
nên 0,3756 0, 036 t 10
(s)
Cách 2: Dùng PTLG
1 1
1 1 3,5
arcsin arcsin 0, 036
10 10
t x
A
(s)
Kinh nghiệm:
1) Quy trình bấm máy tính nhanh:
sin 3,5 10 10
shift (máy tính chọn đơn vị góc là rad) 2) Đối với dạng bài này chỉ nên giải theo cách 2 (nếu dùng quen máy tính chỉ mất cỡ 10 s!).
3) Cách nhớ nhanh “đi từ x1 đến VTCB là shiftsin
x1A
”;“đi từ x1 đếnVT biên là
1
shift cos x A ”.
4) Đối với bài toán ngược, ta áp dụng công thức:x1 Asint1Acos t2 .
Câu 2: Vật dao động điều hoà, thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí x = +A đến vị trí 3 x A là 0,1 s. Chu kì dao động của vật là
A. 1,85 s. B. 1,2 s. C. 0,51 s. D. 0,4 s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án C
1 1
2
1 1
arccos arccos 0,1 arccos 0,51
2 2 3
x T x T
t T
A A
(s)
Chú ý: Đối với các điểm đặc biệt ta dễ dàng tìm được phân bố thời gian như sau:
Kinh nghiệm:
1) Nếu số “xấu” 1 3
0; ; ; ;
2 2 2
A A A
x A thì dùng shift s in
x1A
,Trang 25 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
1
shift cos x A
2) Nếu số “đẹp” 1 3
0; ; ; ;
2 2 2
A A A
x A thì dùng trục phân bố thời gian.
Câu 3: Vật dao động điều hoà với biên độ A. Thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí có li độ
2
Ađến vị trí có li độ A là 0,2 s. Chu kì dao động của vật là:
A. 0,12 s. B. 0,4 s. C. 0,8 s. D. 1,2 s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án D
Dựa vào trục phân bố thời gian ta tính được thời gian ngắn nhất đi từ 2
x A đến x A là 6 T .
Do đó 0, 2 1, 2
6
T T (s).
Chú ý: Khoảng thời gian trong một chu kì vật cách vị trí cân bằng một khoảng + nhỏ hơn x là 1 41 41 arcsinx1
t t
A
+ lớn hơn x là 1 42 41arccosx1 t t
A
Câu 4: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì 1 s với biên độ 4,5 cm. Khoảng thời gian trong một chu kỳ để vật cách vị trí cân bằng một khoảng nhỏ hơn 2 cm là:
A. 0,29 s. B. 16,80 s. C. 0,71 s. D. 0,15 s.
Hướng dẫn: Chọn đáp án A
1 1
1 1 2
4. arcsin 4. arcsin 4. arcsin 0, 29
2 2 4,5
x T x
t A A (s).
Kinh nghiệm: Nếu x1 trùng với các giá trị đặc biệt thì nên dựa vào trục phân bố thời gian Câu 5: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T. Khoảng thời gian trong một chu kỳ để vật cách vị trí cân bằng một khoảng lớn hơn nửa biên độ là
A. 3
T . B. 2
3
T . C.
6
T . D.
2 T .
Trang 26 http://vatlypt.com – Website học vật lý free Hướng dẫn: Chọn đáp án B
Dựa vào trục phân bố thời gian ta tính được:
4. 2
6 3
T T
t
Chú ý: Nếu cho biết quan hệ t1 và t2thì ta có thể tính được các đại lượng khác như:
,
T A, x1...
Câu 6: Một dao động điều hoà có chu kì dao động là T và biên độ là A. Tại thời điểm ban đầu vật có li độx10 . Thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí ban đầu về vị trí cân bằng gấp ba thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí ban đầu về vị trí biên x A. Chọn phương án đúng.
A. x10,924A. B. x10,5A 3. C. x10,5A 2. D. x10, 021A. Hướng dẫn: Chọn đáp án A
Ta có hệ
1 2
2
1 2
2 1 1
4 16
3 2
0, 924
2 16
t t T T
t
t t
x Acos T A
x Acos t T
T
Trang 27 http://vatlypt.com – Website học vật lý free
Câu 7: Một dao động điều hoà có chu kì dao động là T và biên độ là A. Tại thời điểm ban đầu vật có li độx1 (màx1 0; A), bất kể vật đi theo hướng nào thì cứ sau khoảng thời gian ngắn nhất t nhất định vật lại cách vị trí cân bằng một khoảng như cũ. Chọn phương án đúng.
A. x1 0, 25A. B. x1 0,5A 3. C. x1 0,5A 2 D. x1 0,5A Hướng dẫn: Chọn đáp án C
Theo yêu cầu của bài toán suy ra:
1 2
2 2
t t t
mà 1 2 4
t t T nên 1 2 8 t t T .
Do đó 1 2 1 2
sin sin
8 2
t T A
x A A
T T
Chú ý: Bài toán tìm khoảng thời gian để vật đi từ li độ x1 đếnx2 là bài toán cơ bản, trên cơ sở bài toán này chúng ta có thể làm được rất nhiều các bài toán mở rộng khác nhau như:
* Tìm thời gian ngắn nhất để vật đi từ li độ x đến vận tốc hay gia tốc nào đó. 1
* Tìm khoảng thời gian từ lúc bắt đầu khảo sát dao động đến khi vật qua tọa độ x nào đó lần thứ n.
* Tìm khoảng thời gian từ lúc bắt đầu khảo sát dao động đến khi vật nhận vận tốc hay gia tốc nào đó lần thứ n.
* Tìm vận tốc hay tốc độ trung bình trên một quỹ đạo chuyển động nào đó.
* Tìm khoảng thời gian mà lò xo nén, dãn trong một chu kì chuyển động.
* Tìm khoảng thời gian mà bóng đèn sáng, tối tr
