Giải Vật lí 11 trang 30 Kết nối tri thức

Giải Vật lí 11 trang 30

Bài 3 trang 30 Vật Lí 11: Hình 7.5 là đồ thị động năng theo thời gian của một vật khối lượng 0,4 kg dao động điều hoà. Tại thời điểm ban đầu vật đang chuyển động theo chiều dương, lấy $\pi$² = 10. Viết phương trình dao động của vật.

Lời giải:

Gọi T, T’ lần lượt là chu kì của dao động điều hoà và chu kì của động năng.

Từ đồ thị ta thấy $T\text{'}=\frac{T}{2}=\frac{3}{6}s=\frac{1}{2}s\Rightarrow T=1s\Rightarrow \omega =2\pi \left(rad/s\right)$

Động năng cực đại: W_đmax = 0,02 J = $\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2=\frac{1}{2}\mathrm{.0,4.}{\left(2\pi \right)}^2{A}^2\Rightarrow A=\mathrm{0,05}m=5cm$

Tại thời điểm ban đầu động năng = 0,015 (J) khi đó thế năng = 0,02 – 0,015 = 0,005 (J)

$W_t=\frac{1}{2}m{\omega }^2{x}^2\Rightarrow \mathrm{0,005}=\frac{1}{2}\mathrm{.0,4.}{\left(2\pi \right)}^2{x}^2\Rightarrow x=\mathrm{0,025}m=\mathrm{2,5}cm$

$x=\mathrm{2,5}cm=A\cos \phi \Rightarrow \mathrm{2,5}=5.\cos \phi \Rightarrow \phi =\pm \frac{\pi }{3}$

Tại thời điểm ban đầu vật đang chuyển động theo chiều dương nên chọn $\phi =-\frac{\pi }{3}$

Phương trình dao động điều hoà: $x=5\cos \left(2\pi t-\frac{\pi }{3}\right)cm$

Bài 4 trang 30 Vật Lí 11: Một vật có khối lượng m dao động điều hoà với tần số góc ω và biên độ A.

a) Khi vật có li độ bằng một nửa biên độ thì động năng và thế năng chiếm bao nhiêu phần trăm so với cơ năng?

b) Tại li độ nào thì thế năng bằng động năng?

Lời giải:

a) Khi li độ bằng nửa biên độ thì $x=\frac{A}{2}$

Khi đó thế năng $W_t=\frac{1}{2}k{x}^2=\frac{1}{2}k{\left(\frac{A}{2}\right)}^2=\frac{1}{4}.\frac{1}{2}k{A}^2=\frac{1}{4}W$

Thế năng chiếm 25%, động năng chiếm 75% so với cơ năng.

b) Thế năng bằng động năng nên

$\left\{\begin{array}{l}{W}_d=W_t\\ W_d+W_t=W\end{array}\right.\Rightarrow W_t=\frac{W}{2}\Rightarrow \frac{1}{2}k{x}^2=\frac{1}{2}.\frac{1}{2}k{A}^2\Rightarrow x=\pm \frac{A}{\sqrt{2}}$

Em có thể trang 30 Vật Lí 11: Phân tích được sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa trong một số bài tập cụ thể.

Lời giải:

Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa một số bài tập phổ biến ta thường thấy: động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại nhưng cơ năng của hệ luôn được bảo toàn.

Ta có: $W=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2=\frac{1}{2}k{x}^2+\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}k{A}^2$

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: 

Giải Vật lí 11 trang 28

Giải Vật lí 11 trang 29

Giải Vật lí 11 trang 30