Giải SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3: Năng lượng trong dao động điều hoà

- Thế năng và động năng khi vật dao động điều hòa ngược pha nhau.

Luyện tập SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 24): Một vật có khối lượng 2 kg dao động điều hoà có đồ thị vận tốc – thời gian như Hình 3.4. Xác định tốc độ cực đại và động năng cực đại của vật trong quá trình dao động.

Lời giải:

Tốc độ cực đại của vật trong quá trình dao động là 0,4 m/s

Thế năng cực đại của vật trong quá trình dao động là: $W_{d}=\frac{1}{2}mv^{2}=\frac{1}{2}.2.0,4^{2}=0,16(J)$

3. Sự chuyển hoá năng lượng và bảo toàn cơ năng trong dao động điều hoà

Câu hỏi 5 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 24): Quan sát Hình 3.5 và mô tả sự thay đổi của động năng và thế năng khi vật dao động di chuyển từ biên âm đến biên dương.

Trả lời:

- Khi vật ở vị trí biên âm, thế năng cực đại và đang giảm, động năng bằng 0 và đang tăng.

- Khi vật ở VTCB, thế năng bằng 0 và đang tăng, động năng cực đại và đang giảm.

- Khi vật ở vị trí biên dương, thế năng cực đại, động năng bằng 0.

- Trong quá trình vật di chuyển từ biên âm đến dương thì có 2 thời điểm động năng bằng thế năng (vị trí giao nhau của đồ thị).

Câu hỏi 6 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Quan sát Hình 3.5 và 3.6, nhận xét về độ lớn của động năng, thế năng và cơ năng trong quá trình dao động điều hòa của vật.

Trả lời:

Khi thế năng của vật tăng thì động năng của vật giảm, cơ năng không đổi và luôn bằng tổng giá trị của động năng và thế năng:

W = W_đmax = W_tmax = $W_{d}+W_{t}=\frac{1}{2}mv^{2}A^{2}$

Câu hỏi 7 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Dựa vào biểu thức (3.2) và (3.5), hãy thiết lập biểu thức (3.7).

Trả lời:

Luyện tập SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Xét một vật bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng, hãy chỉ ra những khoảng thời gian trong một chu kì dao động mà:

Lời giải:

Vật bắt đầu dao động từ vị trí cân bằng, tại vị trí cân bằng động năng cực đại, thế năng bằng 0 và tại vị trí biên thì động năng bằng 0 và thế năng cực đại.

a) Thế năng tăng dần trong khi động năng giảm dần tương ứng với các khoảng thời gian từ 0 đến $\frac{T}{4}$ và $\frac{T}{2}$ đến $\frac{3T}{4}$

b) Thế năng giảm dần trong khi động năng tăng dần tương ứng với các khoảng thời gian từ $\frac{T}{4}$ đến $\frac{T}{2}$ và $\frac{3T}{4}$ đến T.

Vận dụng SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Biết phương trình li độ của một vật có khối lượng 0,2 kg dao động điều hoà là x=5cos(20t) (cm). 

a) Tính cơ năng trong quá trình dao động.

b) Viết biểu thức thế năng và động năng.

Lời giải:

Bài tập 1 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Một hệ dao động điều hoà với chu kì 2 s. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng của vật. Thời điểm hệ bắt đầu dao động thì động năng và thế năng bằng nhau lần thứ nhất. Hỏi sau bao lâu kể từ khi hệ bắt đầu dao động, động năng và thế năng bằng nhau lần thứ hai?

Lời giải:

Bài tập 2 SGK Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 3 (trang 25): Xét một vật bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng theo chiều âm của trục toạ độ. Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng của vật. Hãy vẽ phác đồ thị thể hiện sự phụ thuộc vào thời gian của động năng và thế năng trong hai chu kì dao động trên cùng một hệ trục toạ độ. Chỉ ra trên đồ thị những thời điểm mà động năng và thế năng có độ lớn bằng nhau.

Lời giải:

- Thời điểm ban đầu vật bắt đầu dao động điều hoà từ vị trí cân bằng theo chiều âm của trục toạ độ nên động năng cực đại, thế năng cực tiểu.

- Đồ thị động năng, thế năng: