Giải SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1: Mô tả dao động

Mở đầu SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 5): Sự dao động của các vật diễn ra phổ biến trong cuộc sống hàng ngày như: dao động của quả lắc đồng hồ (Hình 1.1a), dao động của cánh chim ruồi để giữ cho cơ thể bay tại chỗ trong không trung khi hút mật (Hình 1.1b). Vậy dao động có đặc điểm gì và được mô tả như thế nào?

Trả lời:

Dao động là sự lặp đi lặp lại nhiều lần một trạng thái bình thường của một vật nào đó.

=> Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian và lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng

1. Khái niệm dao động cơ

Câu hỏi 1 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 5): Từ một số dụng cụ đơn giản như: lò xo nhẹ, dây nhẹ không dãn, vật nặng và giá đỡ.

a) Em hãy thực hiện hai thí nghiệm sau:

– Cố định một đầu của lò xo, gắn vật nặng vào đầu còn lại của lò xo như Hình 1.2a. Kéo vật nặng xuống một đoạn theo phương thẳng đứng và buông nhẹ.

– Cố định một đầu của dây nhẹ không dãn, gắn vật nặng vào đầu còn lại của dây. Kéo vật nặng để dây treo lệch một góc xác định và buông nhẹ.

b) Quan sát và mô tả chuyển động của các vật nêu điểm giống nhau về chuyển động của chúng.

Trả lời:

a) Các em tự thực hành thí nghiệm đơn giản này với các dụng cụ và hướng dẫn trên.

b) Mô tả chuyển động của các vật:

- Cả hai vật đều dao động quanh một vị trí cân bằng (VTCB) xác định: đối với con lắc lò xo thì VTCB là vị trí sau khi treo quả nặng đến khi lò xo cân bằng; đối với con lắc đơn là vị trí thấp nhất của vật (khi sợi dây có phương thẳng đứng).

- Trong quá trình dao động thì vật sẽ chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng đó.

- Con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng.

- Con lắc đơn dao động trên một cung tròn với biên độ góc xác định.

Câu hỏi 2 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 6): Nêu một số ví dụ về dao động tuần hoàn.

Trả lời:

c. Pha dao động, độ lệch pha, tần số góc

Câu hỏi 7 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 10): Quan sát Hình 1.7, so sánh biên độ và li độ của hai dao động 1 và 2 tại mỗi thời điểm.

Trả lời:

- Hai dao động có cùng biên độ.

- Ở cùng một thời điểm khi dao động 1 ở vị trí cân bằng thì dao động 2 ở vị trí bên và ngược lại.

Câu hỏi 8 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 10): Dựa vào dữ kiện trong câu Thảo luận 6, xác định tần số góc khi ong đập cánh. Xem biên độ dao động của cánh ong là không đổi.

- Tần số góc khi ong đập cánh: $\omega =\frac{2\pi }{T}=\frac{2\pi }{\frac{1}{300}}=600\pi (rad/s)$

Luyện tập SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 10): Quan sát đồ thị li độ - thời gian của hai dao động điều hòa được thể hiện trong Hình 1.8. Hãy xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc của mỗi vật dao động và độ lệch pha giữa hai dao động.

Lời giải:

d. Vận dụng các đại lượng vật lí đặc trưng để mô tả dao động điều hòa

Câu hỏi 9 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 11): Xác định độ lệch pha dao động trong Hình 1.9.

Trả lời:

Luyện tập SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 12): Xét vật thứ nhất bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng, vật thứ hai dao động điều hoà với biên độ lớn gấp hai lần, cùng chu kì và lệch pha $\Delta \varphi =\frac{\pi }{4}$ rad so với vật thứ nhất. Vẽ phác đồ thị li độ – thời gian của hai vật trong hai chu kì dao động đầu tiên.

Lời giải:

Vật thứ nhất bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng, mà hai dao động lệch pha $\Delta \varphi =\frac{\pi }{4}$ rad tức là vật thứ 2 sẽ bắt đầu dao động từ vị trí $\frac{A_{2\sqrt{2}}}{2}$. Giả sử hai dao động đều cùng chuyển động từ vị trí ban đầu của chúng đi theo chiều dương, ta có đồ thị sau:

Vận dụng SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 12): Tìm hiểu và trình bày một số ứng dụng thực tiễn của hiện tượng dao động.

Lời giải:

Một số ứng dụng thực tiễn của hiện tượng dao động.

- Dao động của dây đàn ghita khi ta gẩy dây đàn làm phát ra âm thanh.

- Dao động của pittong trong các xilanh động cơ.

Bài tập

Bài tập 1 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 13): Xác định biên độ, chu kì, tần số, tần số góc của mỗi dao động và độ lệch pha giữa hai dao động có đồ thị li độ - thời gian như trong Hình 1P.1.

Lời giải:

Bài tập 2 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 1 (trang 13): Vẽ phác đồ thị li độ – thời gian của hai dao động điều hoà trong các trường hợp:

a) Cùng biên độ, chu kì của dao động thứ nhất bằng ba lần chu kì của dao động thứ hai.

b) Biên độ của dao động thứ nhất bằng hai lần biên độ của dao động thứ hai, cùng chu kì, cùng pha.

c) Cùng biên độ, cùng chu kì và có độ lệch pha là π rad.

Lời giải:

a) Cùng biên độ, chu kì của dao động thứ nhất bằng ba lần chu kì của dao động thứ hai.

b) Biên độ của dao động thứ nhất bằng hai lần biên độ của dao động thứ hai, cùng chu kì, cùng pha.

c) Cùng biên độ, cùng chu kì và có độ lệch pha là ππ rad.