Hằng ngày, chúng ta thấy rất nhiều chuyển động. trong đó, vật chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng. Chuyển động của người chơi du là một ví dụ như vậy (Hình 1.1). Những chuyển động đó được gọi là đao động. Mô tả dao động như thế nào? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua bài học dưới đây Bài 1: Dao động điều hoà trong chương trình Vật lí 11 Cánh Diều. Mời các em cùng theo dõi.
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Dao động
1.1.1. Thí nghiệm tạo dao động
Hình 1.1. Quả cầu được treo bằng sợi dây
Dụng cụ
Quả cầu kim loại nhỏ, sợi dây mảnh nhẹ, giá thí nghiệm.
Tiến hành
+ Treo quả cầu vào giả thí nghiệm.
+ Khi quả cầu đứng yên tại vị trí cân bằng, dây treo có phương thẳng đứng, kéo quả cầu khỏi vị trí cân bằng một đoạn nhỏ rồi buông tay cho quả cầu chuyển động (Hình 1.2).
+ Mô tả chuyển động của quả cầu.
- Chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng được gọi là dao động.
1.1.2. Dao động tự do
- Vật dao động với biên độ và tần số riếng (kí hiệu là f0) không đổi gọi là dao động tự do
1.1.3. Biên độ, chu kì, tần số của dao động
Hình 1.2. Đồ thị mô tả sự liên hệ giữa li độ và thời gian của xe kĩ thuật số.
- Độ lớn cực đại của độ dịch chuyển (độ lớn cực đại của li độ) được gọi là biên độ dao động, kí hiệu A
- Khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động được gọi là chu kì của dao động, kí hiệu là T, đơn vị: giây (s)
- Số dao động thực hiện được trong một giâu được gọi là tần số của dao động, kí hiệu là f, đơn vị: Hertz (Hz)
1.2. Dao động điều hòa
1.2.1. Định nghĩa
Hình 1.3. Một vật dao dộng điều hòa theo trục x, giữa hai giá trị x = +A và x = -A.
- Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hoặc sin) của thời gian
- Phương trình của dao động điều hòa: \(x = A\cos (\omega t + \varphi )\)
1.2.2. Tần số góc
- \(\omega = \frac{{2\pi }}{T} = 2\pi f\) được gọi là tần số góc của dao động, đơn vị: radian trên giây (rad/s)
1.2.3. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa
Hình 1.4. Đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian của một vật dao động điều hoà
- Biểu thức của vận tốc và gia tốc lần lượt là:
\(v = - \omega A\sin (\omega t + \varphi )\)
\(a = - {\omega ^2}A\cos (\omega t + \varphi )\)
- Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa cũng biến thiên theo quy luật hàm số sin (côsin) cùng chu kì T của li độ
- Mối liên hệ giữa gia tốc và li độ của vật dao động điều hòa: \(a = - {\omega ^2}x\)
- Ở vị trí biên (\(x = \pm A\)): v=0; a=∓amax=∓ω2A
- Ở vị trí cân bằng (x=0): v=± vmax=±ωA; a=0
1.2.4. Pha của dao động và độ lệch pha
a. Pha của dao động
Hình 1.5. Trên đồ thị li độ - thời gian, đoạn 1-2-3-4-5 mô tả một dao động của vật.
- Pha của dao động tại một thời điểm được tính bằng số phần đã thực hiện của một chu kì, kể từ khi bắt đầu chu kì đó, được đo bằng đơn vị radian
- (ωt+φ) là pha dao động của dao động điều hòa tại thời điểm t
- Tại t=0, pha của dao động là φ, do đó φ là pha ban đầu của dao động
b. Dao động cùng pha
Hình 1.6. Đồ thị li độ - thời gian của hai dao động cùng pha
- Tại mỗi thời điểm, hai vật dao động đều có trạng thái giống nhau
c. Dao động lệch pha
Hình 1.7. Đồ thị li độ - thời gian của hai dao động lệch pha nhau
- Độ lệch pha của hai vật dao động không đổi khi chúng dao động, luôn ứng với một phần của chu kì, tức là bằng \(\frac{{\Delta t}}{T}\)
|
• Dao động là chuyển động lập đi, lập lại quanh một vị trí cân bằng. • Biên độ của dao động là độ dịch chuyển lớn nhất của vật dao động so với vị trí cân bằng, kí hiệu là A. - Chu kì của dao động là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động, kí hiệu là T. • Đơn vị của chu kì là giấy. • Tần số của dao động là số dao động vật thực hiện được trong một giãy, kí hiệu là f. • Đơn vị của tần số là hertz (kí hiệu là Hz). • Độ lệch pha giữa hai dao động đo bằng số phần của một chu kì dao động. • Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hoặc sin) theo thời gian Trong đó \(x = A\cos (\omega t + \varphi )\) +x là li độ của dao động. + A là biên độ của dao động, + t là tần số góc của dao động, có đơn vị là rad/s, + \((\omega t + \varphi )\) là pha của dao động, có đơn vị là rad, + \(\varphi \) là pha ban đầu của dao động, có đơn vị là rad. • Tần số góc của dao động điều hoà liên hệ với chu kì Thoặc với tần số f bằng các hệ thức: \(\omega = \frac{{2\pi }}{T} = 2\pi f\) • Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với cùng chu kì T của li độ: \(v = - \omega A\sin (\omega t + \varphi )\) \(a = - {\omega ^2}A\cos (\omega t + \varphi )\) • Mối liên hệ giữa gia tốc a và li độ x của vật dao động điều hoa là: \(a = - {\omega ^2}x\) |
Bài tập minh họa
Ví dụ 1: Dao động điều hòa là gì? Nêu phương trình dao động điều hòa?
Hướng dẫn giải
- Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hoặc sin) của thời gian
- Phương trình của dao động điều hòa: \(x = A\cos (\omega t + \varphi )\)
Ví dụ 2: 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.
Hướng dẫn giải
Pha ban đầu của dao động điều hoà phụ thuộc vào gốc thời gian và trục tọa độ.
Đáp án D
Luyện tập Bài 1 Vật lý 11 Cánh diều
Học xong bài này các em cần biết:
- Thực hiện thí nghiệm đơn giản tạo ra được dao động và mô tả được một số ví dụ đơn giản về dao động tự do.
- Dùng đô thị li độ – thời gian có dạng hình sin (tạo ra bằng thí nghiệm hoặc hình vẽ cho trước), nêu được định nghĩa: biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, độ lệch pha.
- Vận dụng được các khái niệm: biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, độ lệch pha để mô tả dao động điều hoà.
- Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để xác định được: độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà.
3.1. Trắc nghiệm Bài 1 Vật lý 11 Cánh diều
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Cánh diều Bài 1 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
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!
3.2. Bài tập SGK Bài 1 Vật lý 11 Cánh diều
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều Bài 1 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Mở đầu trang 6 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 1 trang 7 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 2 trang 7 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 3 trang 8 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Luyện tập 1 trang 8 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 4 trang 9 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 5 trang 10 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Luyện tập 2 trang 10 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Vận dụng trang 10 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 6 trang 11 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 7 trang 11 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 8 trang 12 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Giải Câu hỏi 9 trang 14 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Luyện tập 3 trang 9 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Luyện tập 4 trang 15 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Luyện tập 5 trang 16 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD
Hỏi đáp Bài 1 Vật lý 11 Cánh diều
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!
-- Mod Vật Lý 11 HỌC247
