Trong quá trình dao động, vật nặng cá những dạng năng lượng gì và sự chuyển hóa giữa chúng như thế nào? Để lý giải câu hỏi này, chúng ta hãy cùng HOC247 tập trung vào một chủ đề hết sức thú vị và đặc biệt là "Bài 3: Năng lượng trong dao động điều hòa" thuộc Chương 1 Vật lí 11 Chân trời sáng tạo. Mời các em cùng tham khảo!
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Thế năng trong dao động điều hòa
a. Biểu thức của thế năng trong dao động điều hòa
- Thế năng trong dao động điều hòa được tính theo công thức:
\({W_t} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}{\cos ^2}(\omega t + {\varphi _0})\)
- \({W_{t\max }} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\) là giá trị cực đại của thế năng
b. Sự biến đổi của thế năng theo thời gian
- Thế năng trong dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng hai lần tần số góc của li độ
\(\omega ' = 2\omega \)
1.2. Động năng trong dao động điều hòa
a. Biểu thức của động năng trong dao động điều hòa
- Động năng của vật dao động điều hòa được tính theo công thức
\({W_d} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}{\sin ^2}(\omega t + {\varphi _0})\)
- \({W_{d\max }} = {W_{t\max }} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\) là giá trị cực đại của động năng
b. Sự biến đổi của động năng theo thời gian
- Động năng của vật dao động điều hòa biến đổi tuần hoàn theo thời gian với tần số góc bằng hai lần tần số góc của li độ theo công thức
\(\omega ' = 2\omega \)
1.3. Sự chuyển hóa năng lượng và bảo toàn cơ năng trong dao động
a. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa
Hình 3.1. Sự phụ thuộc của thế năng, động năng, cơ năng vào li độ của vật dao động
- Khi vật ở biên, độ lớn li độ cực đại và vận tốc bằng không, thế năng có giá trị cực đại còn động năng bằng không.
- Khi vật di chuyển từ vị trí biên về VTCB, độ lớn li độ giảm nên thế năng giảm và độ lớn vận tốc tăng nên động năng tăng
- Khi vật ở VTCB, li độ bằng 0 và độ lớn vận tốc cực đại, thế năng băng 0 và động năng có giá trị cực đại
- Khi vật di chuyển từ VTCB ra biên, độ lớn li độ tăng nên thế năng và độ lớn vận tốc giảm nên động năng giảm
- Trong quá trình vật dao động, động năng và thế năng luôn thay đổi và chuyển hóa qua lại với nhau
b. Sự bảo toàn cơ năng trong dao động điều hòa
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của thế năng, động năng và cơ năng trong dao động theo thời gian
- Công thức xác định cơ năng trong dao động điều hòa
\(W = {W_t} + {W_d} = \frac{1}{2}m{\omega ^2}{A^2}\)
- Trong quá trình vật dao động điều hòa, thế năng và động năng biến đổi liên tục theo thời gian nhưng cơ năng luôn bảo toàn
Bài tập minh họa
Bài tập 1: Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần Wd = Wt khi một vật dao động điều hoà là 0,05 s. Tính tần số dao động của vật?
Hướng dẫn giải
Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần Wd = Wt khi một vật dao động điều hoà là
\(\begin{array}{l}
\frac{T}{4} = 0,05\\
\Rightarrow T = 0,2\left( s \right)\\
\Rightarrow f = 5\left( {Hz} \right)
\end{array}\)
Bài tập 2: Ví dụ 4: Phát biểu nào sau đây về động năng và thế năng trong dao động điều hoà là sai?
A. Thế năng đạt giá trị cực tiểu khi độ lớn gia tốc của vật đạt giá trị cực tiểu.
B. Động năng đạt giá trị cực đại khi vật chuyển động qua vị trí cân bằng.
C. Thế năng đạt giá trị cực đại khi tốc độ của vật đạt giá trị cực đại.
D. Động năng đạt giá trị cực tiểu khi vật ở một trong hai vị trí biên.
Hướng dẫn giải
C sai. Tốc độ của vật đạt giá trị cực đại khi vật ở vị trí cân bằng. Ở vị trí cân bằng, thế năng bằng 0.
Đáp án C
Luyện tập Bài 3 Vật lý 11 Chân trời sáng tạo
Học xong bài này các em cần biết:
– Biểu thức của động năng và thế năng trong dao động điều hoà.
– Sự chuyển hóa động năng và thế năng trong dao động điều hòa
3.1. Trắc nghiệm Bài 3 Vật lý 11 Chân trời sáng tạo
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Chân Trời Sáng Tạo Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
-
Câu 1:
Cơ năng của chất điểm dao động điều hoà tỉ lệ thuận với
- A. chu kì dao động
- B. biên độ dao động
- C. bình phương biên độ dao động
- D. bình phương chu kì dao động
-
Câu 2:
Năng lượng vật dao động điều hòa
- A. bằng với thế năng của vật khi vật qua vị trí cân bằng.
- B. bằng với thế năng của vật khi vật có li độ cực đại.
- C. tỉ lệ với biên độ dao động.
- D. bằng với động năng của vật khi có li độ cực đại.
-
- A. biến thiên điều hòa theo thời gian với chu kì T
- B. biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì T/2
- C. bằng động năng của vật khi qua vị trí cân bằng
- D. bằng thế năng của vật khi qua vị trí cân bằng
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 3 Vật lý 11 Chân trời sáng tạo
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Chân Trời Sáng Tạo Bài 3 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Khởi động trang 22 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 1 trang 22 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 2 trang 23 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Luyện tập trang 23 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 3 trang 23 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 4 trang 24 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Luyện tập trang 24 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 5 trang 24 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 6 trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Câu hỏi 7 trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Luyện tập trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Vận dụng trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Bài tập 1 trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Giải Bài tập 2 trang 25 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Hỏi đáp Bài 3 Vật lý 11 Chân trời sáng tạo
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
