Vật lí 11 Bài 3: Vận tốc, gia tốc trong chuyển động điều hòa Giải Lý 11 Kết nối tri thức trang 14, 15, 16

Giải Vật lý 11 trang 14, 15, 16 Kết nối tri thức với cuộc sống giúp các em học sinh lớp 11 có thêm nhiều gợi ý tham khảo để biết cách trả lời các câu hỏi bài học bài 3: Vận tốc, gia tốc trong chuyển động điều hòa của Chương 1: Dao động

Giải Lý 11 Kết nối tri thức bài 3 các em sẽ hiểu được kiến thức lý thuyết về gia tốc và vận tốc của dao động điều hòa và biết cách trả lời toàn bộ các câu hỏi của bài 3 trang 14→16 trong sách giáo khoa Vật lí 11. Đồng thời qua đó giúp quý thầy cô tham khảo để soạn giáo án cho học sinh của mình.

I. Vận tốc của vật dao động điều hòa

Hoạt động trang 14

Xác định độ dốc của đồ thị tại các điểm C, D, E, G, H bằng cách đặt một thước kẻ (loại 20 cm) cho mép của thước tiếp xúc với đồ thị li độ - thời gian tại các điểm C, D, E, G, H (Hình 3.1). Từ độ dốc của thước hãy so sánh độ lớn vận tốc của vật tại các điểm C, E, H

Câu hỏi 1 trang 15

So sánh đồ thị của vận tốc (Hình 3.2) với đồ thị của li độ (Hình 3.1), hãy cho biết vận tốc sớm pha hay trễ pha bao nhiêu so với li độ.

Gợi ý đáp án

So sánh đồ thị của vận tốc (Hình 3.2) với đồ thị của li độ (Hình 3.1)

Pha ban đầu của vận tốc là \(\frac{\pi }{2}\)

Pha ban đầu của li độ là 0

Pha ban đầu của vận tốc lớn hơn li độ nên vận tốc sớm pha hơn so với li độ

Câu hỏi 2 trang 15

Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 đến T vận tốc của dao động điều hòa thay đổi như thế nào?

Gợi ý đáp án

Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 đến T vận tốc của dao động điều hòa thay đổi như thế nào?

• Từ 0 đến T/4: vận tốc có hướng từ biên về vị trí cân bằng ngược chiều dương, độ lớn tăng dần từ 0 và đạt giá trị lớn nhất tại T/4
• Từ T/4 đến T/2: vận tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên ngược với chiều dương, độ lớn giảm dần từ giá trị lớn nhất về 0 tại T/2
• Từ T/2 đến 3T/4: vận tốc có hướng từ vị trí biên về vị trí cân bằng cùng chiều dương, độ lớn tăng dần từ 0 và đạt giá trị lớn nhất tại 3T/4
• Từ 3T/4 đến T: vận tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên cùng chiều dương, độ lớn giảm dần từ giá trị lớn nhất về 0 tại T

II. Gia tốc của vật dao động điều hòa

Hoạt động 1 trang 15

Dùng thước kẻ (loại 20 cm) để xác định xem trên đồ thị (v – t) Hình 3.2, tại thời điểm nào độ dốc của đồ thị bằng 0 và tại thời điểm nào độ dốc của đồ thị cực đại. Từ đó, so sánh độ lớn của gia tốc trên đô thị (a – t) Hình 3.3 ở các thời điểm tương ứng.3

Hoạt động 2 trang 15

Phương trình dao động của một vật là x = 5cos4πt (cm). Hãy viết phương trình vận tốc, gia tốc và vẽ đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian của vật.

Gợi ý đáp án

Phương trình dao động là x = 5cos4πt (cm)

Ta có: Biên độ A = 5 (cm)

Tần số góc ω = 4π (rad/s)

Pha ban đầu φ = 0

Phương trình vận tốc là: v = −20πsin4πt (cm/s)

Phương trình gia tốc là: a = −80πcos4πt (cm/s²)

Câu hỏi trang 15

So sánh đồ thị Hình 3.3 và Hình 3.1 ta có nhận xét gì về pha của li độ và gia tốc của một dao động.

Gợi ý đáp án

Từ đồ thị ta có thể thấy li độ và gia tốc ngược pha với nhau. Cụ thể thì gia tốc sớm pha hơn li độ một góc là π(rad).

Câu hỏi trang 15

Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 gia tốc của dao động thay đổi như thế nào?

Gợi ý đáp án

Trong các khoảng thời gian từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 gia tốc của dao động thay đổi như thế nào?

• Từ 0 đến T/4: gia tốc có hướng từ biên về vị trí cân bằng cùng chiều dương, độ lớn tăng dần từ giá trị nhỏ nhất −ω²A và bằng 0 tại T/4
• Từ T/4 đến T/2: gia tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên cùng với chiều dương, độ lớn tăng dần từ 0 đến giá trị lớn nhất ω²A tại T/2
• Từ T/2 đến 3T/4: gia tốc có hướng từ vị trí biên về vị trí cân bằng ngược chiều dương, độ lớn tăng dần từ giá trị lớn nhất và bằng 0 tại 3T/4
• Từ 3T/4 đến T: gia tốc có hướng từ vị trí cân bằng về biên ngược chiều dương, độ lớn giảm dần từ 0 và đạt giá trị nhỏ nhất −ω²A tại T

Câu hỏi trang 16

Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Khi vật qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là 20 cm/s. Khi vật có tốc độ là 10 cm/s thì gia tốc của nó có độ lớn là 40\(\sqrt{3}\)cm/s². Tính biên độ dao động của vật.

Gợi ý đáp án

Một vật dao động điều hòa trên trục Ox. Khi vật qua vị trí cân bằng thì tốc độ của nó là 20 cm/s. Khi vật có tốc độ là 10 cm/s thì gia tốc của nó có độ lớn là \(40\sqrt{3} cm/s^{2}\). Tính biên độ dao động của vật.

Vật tại vị trí cân bằng có v_max = \(\omega\) A = 20 cm/s

Khi vật có tốc độ bằng v = \(\omega \sqrt{A^{2}-x^{2}}\) = 10 cm/s

Gia tốc của vật có độ lớn a = \(\omega ^{2} x= 40\sqrt{3} cm/s^{2}\)

Từ đó A = 5 cm, \(\omega\) = 4rad/s

Câu hỏi trang 16

Hình 3.4 là đồ thị li độ – thời gian của một vật dao động điều hòa. Sử dụng đô thị để tính các đại lượng sau:

a) Tốc độ của vật ở thời điểm t = 0 s.

b) Tốc độ cực đại của vật.

c) Gia tốc của vật tại thời điểm t = 1,0 s.

Gợi ý đáp án

Từ đồ thị ta thấy:

Biên độ A = 40 cm, chu kì T = 4s

a) Tốc độ của vật ở thời điểm t = 0s bằng v = 0 (cm/s) vì ở vị trí biên.

b) Tốc độ cực đại của vật là v max = \(\omega A\) = \(20\pi\)(rad/s) .

c) Gia tốc của vật tại thời điểm t = 1,0 s là a= \(\omega ^{2}\) A = 10 \(\pi ^{2}\) (rad/s) đạt giá trị lớn nhất vì tại vị trí cân bằng.