btvn.vn
Tìm kiếm

Giải đề · Lớp 11 · Vật lí

Giải đề luyện tuyển chọn 01 giữa học kì I Vật lí 11

15 câu và ý tự luận về dao động điều hòa, năng lượng và cộng hưởng. Có bài lập phương trình từ trạng thái đầu và đếm thời điểm đạt một điều kiện năng lượng. Nguồn: Thư Viện Học Liệu. BTVN tổ chức lời giải.

Câu II.15c

Đề bài

Con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng $k=100\ \mathrm{N/m}$ và vật có khối lượng $m=200\ \mathrm g$, dao động điều hòa theo phương ngang với biên độ $A=5\ \mathrm{cm}$. Chọn t=0 khi vật ở biên dương. Tìm thời điểm vật có động năng bằng ba lần thế năng lần thứ 2023.

Hướng dẫn giải

Đổi $m=0{,}2\ \mathrm{kg}$. Tần số góc của con lắc là $$\omega=\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{100}{0{,}2}}=10\sqrt5\ \mathrm{rad/s}.$$ Vật bắt đầu tại biên dương nên $x=A\cos(\omega t)$. Từ $W_{\mathrm đ}=3W_{\mathrm t}$ và $W=W_{\mathrm đ}+W_{\mathrm t}$, suy ra $x^2=A^2/4$, hay $|x|=A/2$. Trong mỗi chu kì, điều kiện này xảy ra bốn lần, theo thứ tự tại các pha $$\frac\pi3,\quad\frac{2\pi}3,\quad\frac{4\pi}3,\quad\frac{5\pi}3.$$ Vì $2023=4\cdot505+3$, lần cần tìm là lần thứ ba sau $505$ chu kì trọn. Do đó $$\omega t=505\cdot2\pi+\frac{4\pi}3\quad\Rightarrow\quad\boxed{t=\frac{3034\pi}{30\sqrt5}\ \mathrm s}.$$ Không đếm $t=0$ là một lần vì ở biên, động năng bằng không. Kết quả nằm giữa $505T$ và $506T$, đúng với số lần đã đếm.