Sách bài tập Vật lí 11 Bài 1 (Chân trời sáng tạo): Mô tả dao động

Giải SBT Vật lí 11 Bài 1: Mô tả dao động

A. Trắc nghiệm

Câu 1.1 (B) trang 4 SBT Vật Lí 11: Chu kì dao động là

A. thời gian chuyển động của vật.

B. thời gian vật thực hiện một dao động toàn phần.

C. số dao động toàn phần mà vật thực hiện được.

D. số dao động toàn phần mà vật thực hiện trong một giây.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Chu kì dao động là thời gian vật thực hiện một dao động toàn phần.

Câu 1.2 (B) trang 4 SBT Vật Lí 11: Khi vật thực hiện một dao động tương ứng với pha dao động sẽ thay đổi một lượng

A. 0 rad.              

B. $\frac{\pi }{2}$rad.               

C. πrad.               

D. 2πrad.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Vật thực hiện 1 dao động thì pha thay đổi một lượng là 2πrad.

Câu 1.3 (B) trang 4 SBT Vật Lí 11: Chu kì dao động của một vật được xác định bởi biểu thức

A. $T=2\pi \omega$.         

B. $T=\frac{2\pi }{\omega }$.           

C. $T=\pi \omega$.           

D. $T=\frac{\pi }{\omega }$.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Chu kì $T=\frac{2\pi }{\omega }$

Câu 1.4 (B) trang 4 SBT Vật Lí 11: Đơn vị của tần số dao động trong hệ đơn vị SI là

A. Hz.                           

B. s.                     

C. cm.                           

D. m.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Đơn vị của tần số là Hz.

Câu 1.5 (B) trang 5 SBT Vật Lí 11: Một vật đang dao động với chu kì là 0,3 s, tần số dao động của vật là

A. 0,3 Hz.            

B. 0,33 Hz.          

C. 3,33 Hz.          

D. 33 Hz.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Tần số dao động của vật là: $f=\frac{1}{T}=\frac{1}{\mathrm{0,3}}\approx \mathrm{3,33}\text{ Hz}$

Câu 1.6 (H) trang 5 SBT Vật Lí 11: Hai vật dao động điều hoà với biên độ dao động khác nhau nhưng có cùng tần số góc, khi đó ta có thể kết luận gì về pha của hai dao động?

A. Hai dao động cùng pha với nhau.          

B. Hai dao động ngược pha với nhau.

C. Hai dao động vuông pha với nhau.          

D. Chưa đủ dữ kiện để kết luận.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Khi hai vật dao động điều hoà với cùng tần số góc, độ lệch pha giữa hai dao động điều hoà không thay đổi theo thời gian nhưng đề bài chưa đủ để xác định giá trị độ lệch pha.

Câu 1.7 (H) trang 5 SBT Vật Lí 11: Trong các dao động được mô tả dưới đây, dao động nào được xem là dao động tuần hoàn?

A. Dao động của con lắc đồng hồ khi đang hoạt động.

B. Dao động của chiếc thuyền trên mặt sông.

C. Dao động của quả bóng cao su đang nảy trên mặt đất.

D. Dao động của dây đàn sau khi được gảy.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Dao động của đồng hồ quả lắc được xem như dao động tuần hoàn vì nó dao động quanh một vị trí cân bằng xác định và chuyển động của nó được lặp lại sau những khoảng thời gian bằng nhau.

Câu 1.8 (H) trang 5 SBT Vật Lí 11: Khi tiến hành thí nghiệm khảo sát vị trí vật nặng của con lắc lò xo đang dao động bằng cách sử dụng thước thẳng, bạn học sinh thấy rằng vật nặng dao động từ vị trí 1 cm đến vị trí 11 cm trên thước. Biên độ dao động của vật nặng trong con lắc lò xo là

A. 10 cm.            

B. 6 cm.               

C. 5 cm.               

D. 12 cm.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Biên độ dao động của vật nặng là: $A=\frac{\left|x_2-x_1\right|}{2}=\frac{\left|11-1\right|}{2}=5\text{ cm}$

Bài 1.9 (VD) trang 5 SBT Vật Lí 11: Một bạn học sinh quan sát thấy con lắc trong đồng hồ quả lắc thực hiện được 20 dao động trong 30 giây. Dao động của con lắc trong đồng hồ này có đặc điểm nào sau đây?

A. Dao động điều hoà, tần số là 1,5 Hz.

B. Dao động điều hoà, tần số là 0,7 Hz.

C. Dao động tuần hoàn, tần số là 1,5 Hz.

D. Dao động tuần hoàn, tần số là 0,7 Hz.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Dao động của đồng hồ quả lắc được xem như dao động tuần hoàn vì nó dao động quanh một vị trí cân bằng xác định và chuyển động của nó được lặp lại sau những khoảng thời gian bằng nhau.

Tần số: $f=\frac{N}{t}=\frac{20}{30}=\mathrm{0,7}Hz$

Bài 1.10 (VD) trang 6 SBT Vật Lí 11: Các nhà thực nghiệm đo được tần số dao động của một hệ gồm thanh silicon siêu nhỏ có virus dính trên đó đang thực hiện dao động là ${\mathrm{2,87.10}}^{14}\text{ Hz}$. Tần số góc của hệ dao động trên bằng bao nhiêu?

A. ${\mathrm{1,80.10}}^{15}\text{rad/s}$

B. ${\mathrm{3,48.10}}^{15}\text{rad/s}$

C. ${\mathrm{2,18.10}}^{14}\text{rad/s}$

D. ${\mathrm{4,57.10}}^{14}\text{rad/s}$

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Tần số góc của hệ dao động là: $\omega =2\pi f=2\pi {\mathrm{.2,87.10}}^{14}\approx {\mathrm{1,80.10}}^{15}\text{rad/s}$

Bài 1.11 (VD) trang 6 SBT Vật Lí 11: Hai vật dao động điều hoà có li độ được biểu diễn trên đồ thị li độ - thời gian như Hình 1.1. Phát biểu nào dưới đây mô tả đúng tính chất của hai vật?

A. Hai vật dao động cùng tần số, cùng pha.

B. Hai vật dao động cùng tần số, vuông pha.

C. Hai vật dao động khác tần số, cùng pha.

D. Hai vật dao động khác tần số, vuông pha.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Dựa vào trục Ot, ta thấy hai vật có cùng chu kì, nên hai vật có cùng tần số. Xét thời điểm ban đầu, vật 1 xuất phát từ vị trí cân bằng, vật 2 xuất phát từ biên âm, do đó hai vật dao động vuông pha nhau.

B. Tự luận

Bài 1.1 (B) trang 6 SBT Vật Lí 11: Có thể nói một vật đang dao động tuần hoàn thì cũng đang thực hiện dao động điều hoà không?

Lời giải:

Không thể nói một vật đang dao động tuần hoàn thì cũng đang thực hiện dao động điều hoà vì vật được xem là thực hiện dao động điều hoà chỉ khi li độ của vật dao động là một hàm cosin (hoặc sin) theo thời gian.

Bài 1.2 (B) trang 6 SBT Vật Lí 11: Đồ thị li độ - thời gian của một vật được thể hiện như Hình 1.2. Vật có đang thực hiện dao động điều hoà không? Vì sao?

Lời giải:

Vật đang thực hiện dao động điều hoà vì đồ thị li độ - thời gian của vật dao động có dạng hình sin.

Bài 1.3 (B) trang 7 SBT Vật Lí 11: Một bạn học sinh cho rằng: "Một chiếc xích đu đang tự chuyển động qua lại thì đang thực hiện dao động tự do". Nhận định này có hợp lí không?

Lời giải:

Nhận định trên không hợp lí vì xích đu có chịu tác dụng của ngoại lực như trọng lực, lực ma sát ở điểm treo, lực cản không khí, lực đẩy của gió,...

Bài 1.4 (B) trang 7 SBT Vật Lí 11: Hình 1.3 thể hiện đồ thị li độ - thời gian của ba vật 1,2 và 3 khác nhau đang thực hiện dao động điều hoà. Hãy so sánh chu kì dao động của ba vật.

Lời giải:

Quan sát đồ thị, nhận thấy: $T_3>T_2>T_1$

Bài 1.5 (H) trang 7 SBT Vật Lí 11: Trong phòng thí nghiệm, một bạn học sinh làm thí nghiệm với con lắc đơn và sử dụng một chiếc đồng hồ để bấm thời gian giữa hai lần liên tiếp quả nặng đi qua vị trí thấp nhất của quỹ đạo và ghi nhận được thời gian đó là 0,4s. Từ đó, bạn học sinh kết luận: “Chu kì dao động của con lắc đơn là 0,4 s vì khoảng thời gian ngắn nhất để vật quay về vị trí cũ là 0,4 s”. Em có đồng ý với kết luận của bạn học sinh này không? Vì sao?

Lời giải:

Kết luận của bạn học sinh chưa chính xác vì chu kì dao động là khoảng thời gian ngắn nhất để vật lặp lại trạng thái cũ (vị trí và vận tốc). Tuy nhiên, khoảng thời gian bạn học sinh này đo được chỉ là khoảng thời gian ngắn nhất để quả nặng trở về vị trí cũ, còn vận tốc chưa lặp lại như cũ.

Bài 1.6 (H) trang 7 SBT Vật Lí 11: Khi đến công viên, một bạn học sinh nhìn thấy hai bạn nhỏ đang ngồi trên hai chiếc xích đu đung đưa qua lại và nhận thấy rằng khi xích đu của một bạn nhỏ lên tới vị trí cao nhất thì xích đu của bạn nhỏ còn lại luôn đi qua vị trí thấp nhất. Từ đó, bạn học sinh này cho rằng dao động của hai chiếc xích đu là dao động ngược pha. Theo em, nhận định của bạn học sinh này có hợp lí không? Vì sao?

Lời giải:

Nhận định của bạn học sinh là không hợp lí vì khi một trong hai chiếc xích đu lên đến vị trí cao nhất (biên) thì xích đu còn lại qua vị trí thấp nhất (vị trí cân bằng), có nghĩa là dao động của hai chiếc xích đu là dao động vuông pha.

Bài 1.7 (H) trang 7 SBT Vật Lí 11: Đồ thị li độ - thời gian của một vật dao động điều hoà được thể hiện như Hình 1.4. Dựa vào đồ thị, em hãy xác định:

a) Biên độ dao động.

b) Chu kì dao động.

c) Tần số góc của dao động.

Lời giải:

a) Biên độ dao động: A = 10cm

b) Chu kì dao động: T = 16s

c) Tần số góc của dao động: $\omega =\frac{2\pi }{T}=\frac{2\pi }{16}=\frac{\pi }{8}\text{rad}/\text{s}$

Bài 1.8 (H) trang 8 SBT Vật Lí 11: Khi ca sĩ hát, dây thanh quản của người ca sĩ sẽ dao động với tần số bằng với tần số của âm do người đó phát ra. Giả sử người ca sĩ hát âm "Si giáng trưởng" có tần số khoảng 466 Hz thì dây thanh quản của người đó thực hiện được bao nhiêu dao động trong một giây.

Lời giải:

Tần số dao động của dây thanh quản bằng với tần số của âm do ca sĩ phát ra, suy ra f = 466 Hz

Vậy trong một giây thì dây thanh quản của ca sĩ thực hiện được 466 dao động.

Bài 1.9 (H) trang 8 SBT Vật Lí 11: Một con lắc đơn dao động điều hoà trên Trái Đất với chu kì 1,60 s. Nếu cho con lắc đơn này thực hiện dao động điều hoà trên Hoả tinh thì chu kì con lắc đơn tăng lên 1,64 lần. Hỏi phải mất bao lâu để con lắc đơn thực hiện được 5 dao động trên Hoả tinh.

Lời giải:

Trên Hoả tinh, con lắc đơn thực hiện dao động với chu kì là: $T=\mathrm{1,64}\cdot \mathrm{1,60}=\mathrm{2,624}\text{ s}$

Thời gian để con lắc đơn thực hiện được 5 dao động trên Hoả tinh là: $t=5T=\mathrm{5.2,624}=\mathrm{13,12}\text{ s}$

Bài 1.10 (VD) trang 8 SBT Vật Lí 11: Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 20 cm. Biết trong khoảng thời gian 90 s, vật thực hiện được 180 dao động. Tính biên độ, chu kì và tần số dao động của vật.

Lời giải:

Vật chuyển động trên quỹ đạo dài 20 cm nên biên độ dao động là $A=10\text{ cm}$

Chu kì dao động: $T=\frac{90}{180}=\mathrm{0,5}\text{ s}$, tần số dao động: $f=\frac{1}{T}=\frac{1}{\mathrm{0,5}}=2\text{ Hz}$

Bài 1.11 (VD) trang 8 SBT Vật Lí 11: Một vật đang thực hiện dao động điều hoà với tần số dao động 2 Hz. Tại thời điểm ban đầu, vật đang ở vị tri biên dương. Tính thời gian vật đến vị trí biên âm lần thứ 2023 kể từ lúc bắt đầu dao động.

Lời giải:

Chu kì dao động: $T=\frac{1}{f}=\frac{1}{2}=\mathrm{0,5}\text{ s}$

Trong một chu kì dao động, vật đến vị trí biên âm một lần. Do đó, trong khoảng thời gian 2022T kể từ lúc bắt đầu dao động, vật qua vị trí biên âm 2022 lần và quay trở về vị trí biên dưong.

Thời gian để vật đi từ vị trí biên dương đến biên âm là 0,5 T.

Vậy thời gian để vật đến vị trí biên âm lần thứ 2023 kể từ lúc bắt đầu dao động là:

$$\begin{gathered} \text{Δ}t=2022T+\mathrm{0,5}T=\mathrm{2022,5}T \\ =\mathrm{2022,5}\cdot \mathrm{0,5}=\mathrm{1011,25}\text{ s} \end{gathered}$$

Bài 1.12 (VD) trang 8 SBT Vật Lí 11: Một vật đang thực hiện dao động điều hoà với biên độ 8 cm và chu kì dao động 0,5 s. Tại thời điểm ban đầu, vật đang ở vị trí biên âm. Tính tốc độ trung bình và độ lớn vận tốc trung bình của vật trong khoảng thời gian 2 s kể từ lúc bắt đầu dao động.

Lời giải:

Ta có: $\text{Δ}t=2s=4T$

Quãng đường vật đi được trong một chu kì dao động là 4A.

Quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian là: $s=16\text{ A}$

Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian 2 s kể từ lúc bắt đầu dao động là:

$v_{\text{tb}}=\frac{s}{\text{Δ}t}=\frac{16A}{4T}=\frac{128}{2}=64\text{ cm/s}$

Độ dịch chuyển của vật trong khoảng thời gian là: $d=\text{Δ}x=0\text{ cm}$

Độ lớn vận tốc trung bình của vật trong khoảng thời gian 2 s kể từ lúc bắt đầu dao động là: $v_{\text{tb}}^{\text{'}}=\frac{\text{Δ}x}{\text{Δ}t}=0\text{ cm/s}$

Bài 1.13 (VD) trang 8 SBT Vật Lí 11: Cho hai vật thực hiện dao động điều hoà cùng biên độ, cùng tần số và dao động ngược pha với nhau. Biết tại thời điểm ban đầu, vật 1 xuất phát từ biên dương. Hãy vẽ phác đồ thị li độ - thời gian của hai vật dao động.

Lời giải:

Đồ thị li độ - thời gian của hai vật dao động được thể hiện như hình dưới đây.

Xem thêm các bài giải SBT Vật lí 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 2: Phương trình dao động điều hòa

Bài 3: Năng lượng trong dao động điều hòa

Bài 4: Dao động tắt dần và hiện tượng cộng hưởng

Bài 5: Sóng và sự truyền sóng

Bài 6: Các đặc trưng vật lí của sóng