Học tốt Vật lí 12 bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức

Thứ năm - 08/08/2019 08:41

Hệ thống kiến thức lí thuyết cơ bản cần nhớ, hướng dẫn trả lời câu hỏi sách giáo khoa và giải bài tập Vật lí 12, bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức

A. KIẾN THỨC CƠ BẢN
1. Dao động tắt dần: là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực cản của môi trường.
2. Dao động duy trì: là dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ dao động của vật không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó.
3. Dao động cưỡng bức: là dao động chịu tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn.
Đặc điểm: Có biên độ không đổi và có tần số bằng với tần số của lực cưỡng bức.
Biên độ của dao động cưỡng bức không những phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động.
4. Hiện tượng cộng hưởng: là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến giá cực đại khi tần số của lực cưỡng bức f bằng với tần số riêng của hệ dao động f₀.
Điều kiện để có cộng hưởng: f = f₀.

B. TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2 SGK VẬT LÝ 12 BÀI 4
C1. Hãy làm thí nghiệm như Hình 4.3. Con lắc điều khiển D được kéo sang một bên rồi thả ra cho dao động.
a. Các con lắc khác có dao động không?
b. Con lắc nào dao động mạnh nhất? Tại sao?
Trả lời:
Học sinh làm thí nghiệm quan sát và nhận xét:
a. Các con lắc khác có dao động.
b. Con lắc C dao động mạnh nhất.

C2. a. Tại sao biên độ dao dộng cưỡng bức của thân xe trong ví dụ H.2 lại nhỏ?
b. Tại sao với một lực đẩy nhỏ ta có thể làm cho chiếc đu có người ngồi đung đưa với biên độ lớn?
Trả lời:
a) Vì tần số của lực cưỡng bức gây ra bởi chuyển động của pittông trong xilanh của máy nổ khác xa tần số riêng của khung xe.
b) Vì tần số do lực tác dụng (lực đẩy) bằng với tần số riêng của chiếc đu, gây ra sự cộng hưởng nên chiếc đu chuyển động có biên độ lớn.

C. TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 12 BÀI 4 TRANG 21
1. Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì?
Trả lời:
Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian, dao động tắt dần không có tính điều hòa. Nguyên nhân làm dao động tắt dần là do lực cản của môi trường. Lực cản môi trường càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh.

2. Nêu đặc điểm của dao dộng duy trì.
Trả lời:
Đặc điểm của dao động duy trì là cung cấp phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng tiêu hao do ma sát sau mỗi chu kì.

3. Nêu đặc điểm của dao động cưỡng bức.
Trả lời:
Đặc điểm của dao động cưỡng bức: Có biên độ không đổi và có tần số bằng với tần số của lực cưỡng bức
Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động.

4. Hiện tượng cộng hưởng là gì? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho một ví dụ.
Trả lời:
Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ f₀.
Điều kiện để có cộng hưởng f = f₀.
Ví dụ: Chiếc cầu có thể gãy, nếu đoàn người đi đều bước qua chiếc cầu có tần số cưỡng bức f bằng với tần số riêng của chiếc cầu f₀.
Mỗi nhạc cụ đều có hộp cộng hưởng, để có thể dao động cộng hưởng với nhiều tần số dao động khác nhau.

5. Một con lắc dao dộng tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là bao nhiêu?
A. 3%.
B. 9%.
C. 4,5%.
D. 6%.
Trả lời:
Đáp án D.
Năng lượng trong một dao động toàn phần (một chu kì): E₁ =

kA².
Sau mỗi chu kì biên độ giảm 3%.
Năng lượng toàn phần sau một chu kì: E₁ =

k(0,97 A²)
=> Năng lượng bị mất trong một dao động toàn phần:

≈ 0,06 = 6%

6. Một con lắc dài 44cm được treo vào trần cua một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau của đường ray. Hỏi tàu chạy thẳng đều với tốc độ bằng bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mỗi đường ray là 12,5m. Lấy g = 9,8 m/s².
A. 10,7 km/h.
B. 40 km/h.
C. 106 km.h.
D. 45 km/h.
Giải:
Đáp án B.
Con lắc dao động cưỡng bức mỗi khi toa xe đi qua chỗ nối hai thanh.
Tần số dao động là f =