Một số dạng toán cơ bản về dao động điều hòa

Tài liệu "Một số dạng toán cơ bản về dao động điều hòa" cung cấp kiến thức nền tảng, mối liên hệ giữa dao động điều hòa và hình chiếu của chuyển động tròn đều, các dạng bài toán cơ bản, bài tập tương tự luyện tập. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số dạng toán cơ bản về dao động điều hòa Một số dạng toán cơ bản về dao động điều hòa 1. Kiến thức nền tảng: - Quãng đường mà vật đi được trong 1 chu kỳ dao động là S = 4A.- Quãng đường mà vật đi được trong chu kỳ dao động là S = 2A.- Quãng đường mà vật đi được trong chu kỳ dao động là S = A.- Chiều dài quỹ đạo: 2A.2. Mối liên hệ giữa dao động điều hòa và hình chiếu của chuyển động tròn đều.Xét một vật chuyển động tròn đều trên đường tròn có bán kính A và tốc độ góc là ω. Tại thời điểm ban đầu chấtđiểm ở vị trí điểm M0 và tạo với trục ngang một góc φ. Tại thời điểm t chất điểm ở vị trí điểm M và góc tạo với trụcngang là (ωt + φ). Khi đó hình chiếu của điểm M xuống Trục ngang là OP có độ dài đạisố .Khi đó ta nói hình chiếu của một chất điểm chuyển động tròn đều là một dao động điều hòa.* Chú ý : Úng dụng của hình chiếu chuyển động tròn đều vào dao động điều hòa là một công cụ rất mạnh trongcác dạng bài toán liên quan đến quãng đường và thời gian trong dao động điều hòa. Không chỉ giới hạn trongphạm vi của chương Dao động cơ học này mà ở các chương về Dao dộng điện từ hay Dòng điện xoay chiềuchúng ta cũng sẽ gặp lại ứng dụng của nó. Và việc hiểu để áp dụng được là một yêu cầu cần thiết và giúp chúngta giải quyết nhanh các bài toán.3. Các dạng bài toán cơ bản:Dạng 1: Tìm khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí có li độ x1 đến x2Cách giải : Chúng ta sử dụng ứng dụng của hình chiếu dao động điều hòa vào chuyển động tròn đều. Các bướcthực hiện như sau :- Xác định các vị trí x1 và x2 trên trục quỹ đạo.- Tính các góc φ1, φ2 với thỏa mãn (0 ≤ φ1, φ2 ≤ π)- Thời gian ngắn nhất cần tìm là:* Ví dụ điển hình :Ví dụ 1 : Một vật dao động điều hòa với chu kỳ T = 8s, tính thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí đến vịtrí có li độHướng dẫn giải :Ta có tần số góc:Vậy thời gian ngắn nhất mà vật đi từ đến là .Ví dụ 2 :Một vật dao động điều hòa với chu kỳ T và biên độ là A. Tìm thời gian ngắn nhất mà vật đi từ vị trí:a. x = 0 (vị trí cân bằng) đến vị trí x = A.b. x = 0 (vị trí cân bằng) đến vị trí .c. đến vị trí x = A.Hướng dẫn giải :Thực hiện các thao tác như ví dụ 1 chúng ta có:a.b.c.NHẬN XÉT : 3 Trường hợp trên là những trường hợp phổ biến nhất trong các kỳ thi và hầu như các bài toán lớnhơn thì biến đổi đều đưa về 3 trường hợp trên. Từ đó chúng ta cần ghi nhớ công thức:Khi vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí x = A hoặc x = -A và ngược lại thìKhi vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí hoặc và ngược lại thìKhi vật đi từ vị trí đến vị trí x = A hoặc đến x = -A và ngược lại thìDạng 2: Tìm quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 đến t2.Cách giải : Xác định vị trí và chiều chuyển động của vật dựa vào việc giải các phương trình lượng giác sau: (v1 và v2 chỉ cần xác định dấu)Phân tích: Δt = t2 – t1 = n.T + T/2 + T/4 + t0 (n ЄN; 0 ≤ t0 < T/4)- Quãng đường đi được trong thời gian n.T + T/2 + T/4 là S1 = n.4A+ 2A + A- Ta tính quãng đường vật đi được trong thời gian t0 là bằng cách sau:• Tính li độ x1 và dấu của vận tốc v1 tại thời điểm• Tính li độ x2 và dấu của vận tốc v2 tại thời điểm t2• Nếu trong thời gian t0 mà vật không đổi chiều chuyển động (v1 và v2 cùng dấu) thì quãng đường đi được trongthời gian cuối t0 là S2 = |x2 - x1|• Nếu trong thời gian t0 mà vật đổi chiều chuyển động (v1 và v2 trái dấu) thì để tính quãng đường đi được trong thờigian cuối t0 ta phải biểu diễn chúng trên trục tọa độ rồi tính S2. Từ đó quãng đường tổng cộng là S = S1 + S2CHÚ Ý :+ Nếu Δt = T/2 thì S2 = 2A+ Tính S2 bằng cách định vị trí x1, x2 và chiều chuyển động của vật trên trục Ox+ Trong một số trường hợp có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyểnđộng tròn đều sẽ đơn giản hơn.+ Tốc độ trung bình của vật đi từ thời điểm t1 đến t2: với S là quãng đường tính như trên. Ví dụđiển hình :Ví dụ 1: Một vật dao động điều hòa với phương trình . Tính quãng đường vật đi đượctrong 1,1s đầu tiên.Hướng dẫn giải: Quãng đường vật đi được trong 1,1s đầu tiên tức là tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động. Nhưvậy chúng ta phải thay t = 0 vào phương trình li độ và phương trình vận tốc để kiểm tra xem vật bắt đầu đi từ vị trínào và theo chiều nào.Ta có :Tại t = 0 :Vậy vật bắt đầu đi từ vị trí x = - 1cm theo chiều dương. Ta lại có Quãng đường vật đi được là S = 5.4A+ 2A = 22A = 44cm.Ví dụ 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình . Tính quãng đường vật đi đượctrong 2,25s đầu ti ...