Bài tập trắc nghiệm Vật lý 12 về Động năng cực đại của con lắc lò xo trong quá trình dao động

ĐỘNG NĂNG CỰC ĐẠI CỦA CON LẮC LÒ XO TRONG QUÁ TRÌNH DAO ĐỘNG

Câu 1. Hai con lắc lò xo giống hệt nhau, đầu trên của mỗi lò xo được cố định trên một giá đỡ nằm ngang. Vật nặng của mỗi con lắc dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ của con lắc 1 là A, của con lắc 2 là  A3. Trong quá trình dao động chênh lệch độ cao lớn nhất là A. Khi động năng của con lắc 1 cực đại và bằng 0,12 J thì động năng của con lắc 2 là

A. 0,27 J.                     B. 0,12 J.                     

C.  0,08 J.                     D. 0,09 J.

Hướng dẫn

Động năng cực đại của con lắc 1:  

Wd1max=W1=mω2A22=0,12(H)

Trong quá trình dao động chênh lệch độ cao lớn nhất là A, đây chính là khoảng cách cực đại theo phương thẳng đứng của hai vật trong quá trình dao động.

Mà khoảng cách cực đại tính theo công thức  

B=A12+A222A1A2cosΔφA2=A2+3A22A23cosΔφΔφ=π6

Có thể chọn:  {v1=ωAcosωtv2=ωA3cos(ωt±π6)

 và khi động năng con lắc 1 cực đại chọn t = 0.

{v1=ωAcosω.0=ωAv2=ωA3cos(ω.0±π6)=1,5ωAWd2=mv222=1,52mω2A22=0,27(J)

 Chọn A.

Câu 2. Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số, nhưng vuông pha nhau, có biên độ tương ứng là A1 và A2. Biết dao động tổng hợp có phương trình x = 16cosωt (cm) và lệch pha so với dao động thứ nhất một góc α1 . Thay đổi biên độ của hai dao động, trong đó biên độ của dao động thứ hai tăng lên 15 lần (nhưng vân giữ nguyên pha của hai dao động thành phần) khi đó dao động tổng hợp có biên độ không đổi nhưng lệch pha so với dao động thứ nhât một góc α2 , với α1+α2=π/2 . Giá trị ban đầu của biên độ A2 là

A. 4 cm.                      B. 13 cm.                     

C. 9 cm.                      D. 6 cm.

Hướng dẫn

* Tính  : A22+15A22=162A2=4(cm)

Chọn A

Câu 3. Tồng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số có phương trình lần lượt là  x1=A1cos(10t+π/2)(cm);x2=A2cos(10tπ/3)(cm) là dao động có phương trình x = 5cos(10t + π/6) cm. Chọn phương án đúng.

A.  A1=53cm.       B.  A2=10cm. 

C.  A1+A2=17cm   D.  A1A2=503cm2.

Hướng dẫn

Cách 1:

* Mọi t thì

x=x1+x2(2,530,5A2)cos10t+(A10,53A22,5)sin10t=0;t{A2=53A1=10

 Chọn D.

Cách 2:

* Tính  :

{A2=5tan300=53(xm)A1=5sin300=19(cm)

Chọn D.

Câu 4. Cho ba dao động điều hòa cùng phương cùng tần số có phương trình lần lượt  x1=1,5acos(ωt+φ1)(cm);x2=A2cos(ωt+φ2)(cm);x3=A3cosωt+φ3(cm) với φ3φ1=π. Gọi x12 = x1 + x2 và x23 = x2 + x3. Biết đồ thị sụ phụ thuộc x12 và x23 theo thời gian như hình vẽ.

Tính A2.

A. A2 = 3,17 cm.                     B. A2 = 6,15 cm.        

C.  A2 = 4,87 cm.                    D. A2 = 8,25 cm

Hướng dẫn

Từ đồ thị: T/4 = 0,5 s → T = 2 s → ω = 2π/T = π (rad/s).

Tại thời điểm t = 0,5 s, đồ thị x12 ở vị trí nửa biên âm đi xuống và đồ thị x23 ở vị trí biên âm nên:

{x12=8cos(π(t0,5)+2π3)=8cos(πt+π6)(cm)x23=4cos(π(t0,5)+π)=4cos(πt=π2)(cm)x1x3=x12x23=8π64π2=43=43cosπt(cm)

Mặt khác:  

x1x3=1,5acos(ωt+φ1)acos(ωt+φ1+π)=2,5acos(ωt+φ1)φ1=0,i3=π2,5a=43a=1,63(cm)

Tương tự:  

x31=x3+x1=acos(πt+π)+1,5acosπt=0,83cosπtx2=x12+x23x312=8π6+4π20,832x24375A2=4,866(cm)

 Chọn C.

Câu 5.  Một chất điểm thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số có đồ thị li độ phụ thuộc vào thời gian như hình vẽ. 

Tốc độ cực đại của vật là

A. 10,96 cm/s.             B. 8,47 cm/s.

C. 11,08 cm/s.             D. 9,61 cm/s.

Hướng dẫn

Chu kỳ (ứng với 12 ô):   T=12sω=2πT=π6(rad/s)

* Đường x1 cắt trục hoành sớm hơn đường x2 cắt trục hoành 1 ô  =T122π12

 ⇒ xsớm pha hơn x2 là π/6.

* Tại điểm cắt:  

43=A132=A22{A1=8(cm)A2=83(cm)a=A12+A22+2A1A2cosπ6=87(cm)vmax=11,08(cm/s)

 Chọn C.

Câu 5. (0180BT)Môt vật thực hiện đồng thời ba dao động cùng phương:  x1=A1cos(ωt+π/2)(cm);;x2=A2cosωt(cm);x3=A3cos(ωtπ/2)cm. Tại thời điểm t1 các giá trị li độ lần lượt là: − 103 cm; 15cm; 30 /3 cm. Tại thời điểm t2 các giá trị li độ là x1(t2)=20cm;x2(t2)=0 . Biên độ dao động tổng hợp là

A. 40 cm.                    B. 15 cm.                     

C.  403cm                             D. 50 cm.

Hướng dẫn

Vì x1 vuông pha với x2 nên khi x2 = 0 thì x1=±A1 .

Tại thời điểm t2 thì x2 = 0

Nên  x1=A1=20cmA1=20cm.

Cũng vì x1 vuông pha với x2 nên:

(x1A1)2+(x2A2)2=1t=t1(10320)2+(15A2)2=1A2=30(cm)

Vì x3 ngược pha với x1 và tại thời điểm t1 có x1=103cm=0,5A13  thì tại thời điểm đó :

x3=+0,5A33hay0,5A33=303cmA3=60(cm)

Tổng hợp dao động điều hòa bằng phương pháp số phức:

x=A1φ1+A2φ2+A3φ3=20π2+30+60π2=500,93x=50cos(ωt0,93)(cm)A=50(cm)

 Chọn D.

Câu 6. Hai chất điểm dao động điều hòa hên hai đường thẳng song song rất gần nhau, vị trí cân bằng trùng tại gốc tọa độ 0 với phương trình lần lượt là x1 = 6cos(4πt + π/6) cm, x2 = 8cos(4πt + 2π/3) cm. Tại thời điểm khoảng cách giữa hai chất điểm lớn nhất, vận tốc tương đối của chất điểm 1 so với chất điểm 2 là

A. 19,2πt (cm/s).                     B. −19,2π (cm/s).                    

C. 25,2π (cm/s).                     D. 0 (cm/s).

Hướng dẫn

{Δx=x1x2=10cos(4πt0,404)Δv=v1v2=40πsin|Δx|maxΔv=0

 Chọn D.

Câu 7. Hai chất điểm dao động điều hòa vị trí cân bằng là gốc tọa độ. Hình vẽ là đồ thị phụ thuộc thời gian li độ cùa hai chất điểm. Tìm khoáng cách lớn nhất giữa hai chất điểm trong quá trình dao động.

A. 8cm.                       B.  42cm

C.  4cm                       D. 23cm

Hướng dẫn

* Chu kì T = 3 s. Khoảng thời gian từ 2,5s đến 3,0s là 0,5s = T/6 → Tọa độ khi gặp nhau ở thời điểm t = 3s là 0,5A /3 . Lúc này một đồ thị đi theo chiều dương một theo chiều âm nên:

{x1=4cos(ωt+π6)x2=4cos(ωtπ6)Δx=x1x2=4cos(ωt+π2)Δxmax=4(cm)

 Chọn C.

Câu 8. Hai chất điếm M và N dao động điều hoà trên cùng một trục tọa độ Ox (O là vị trí cân bằng của chúng), coi trong quá trình dao động hai chất điểm không va chạm vào nhau. Biết phương trình dao động của chúng lần lượt là: x1 = 10cos2πt cm và x2 = 103cos(2πt+π/2)  ) cm. Thời điểm hai chất điểm gặp nhau lần thứ 2016 là

A. 1007,42 s.               B. 1007,92 s.               

C.  1006,92 s.              D. 1007,42 s.

Hướng dẫn

* Tính  

Δx=x2x1=20cos(2πt+2π3)=02πt+2π3=π2+nπt=112+n.0,5(t>0n=1,2....)t2016=112+2016.0,5=1007,92(s)

 Chọn B.

Câu 9. Hai chất điểm M và N dao động điều hoà trên cùng một trục tọa độ Ox (O là vị trí cân bằng của chúng), coi trong quá trình dao động hai chất điểm không va chạm vào nhau. Biết phương trình dao động cùa chúng lần lượt là: x1 = 4cos(4πt − π/3) cm và x2= 4cos(4πt + π/6) cm. Thời điểm hai chất điểm gặp nhau lần thứ 2016 là

A. 24145/48s.              B. 24181/48s.              

C. 24193/48s.              D. 24169/48 s.

Hướng dẫn

* Tính  

Δx=x2x1=42cos(4πt+5π12)=04πt+5π12=π2+nπt=145+n.0,25(t>0n=0,1,2...)t2016=148+2015.0,25=2418148(s)

 Chọn B.

Câu 10. Hai chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox, vị trí cân bằng của chúng lần lượt là O1 và O2. Gốc tọa độ O trùng với O1 và chiều dương hướng từ O1 đến O2. Phương trình dao động lần lượt là x1 = 4cos(4πt + π/3) cm và x2 = 12 + 4cos(4πt − π/6) cm. Trong quá trình dao động khoảng cách gần nhất giữa hai chất điểm là

A. 10,53 cm.                           B. 6,34 cm.                  

C.  8,44 cm.                D. 5,25 cm.

Hướng dẫn

* Khoảng cách đại số:  

Δx=x2x1=12+42cos(4πt5π12)(cm)|Δx|min=1242=6,34(cm)

 Chọn B.

Câu 11. Hai điểm sáng dao động động trên hai trục tọa độ vuông góc Oxy (O là vị trí cân sáng) với phương trình lằn lượt là x1 = 4cos( 10πt + π/6) cm và x1 = 4cos(10πt + π/3) cm. Khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm sáng là

A. 5,86cm.                              B. 2,07cm.                   

C. 5,66cm                   D. 5,46 cm.

Hướng dẫn

d=x12+x22=16+8cos(20πt+π3)+8cos(20πt+2π3)=16+83cos(20πt+π2)5,46

 Chọn D.

Câu 12. Hai điểm sáng dao động trên hai trục tọa độ vuông góc Oxy (O là vị trí cân bằng của hai điểm sáng) với phương trình lần lượt là  x1=23cos(πt/9+π/3)(cm);x1=3cos(πt/9π/6)(cm). Tính từ lúc t = 0, thời điểm lần thứ 2017 khoảng cách giữa hai điểm sáng là

A. 18143 s.                  B. 18147 s.                  

C. 18153 s.                  D. 18150 s.

Hướng dẫn

* Khoảng cách:  

d=x12+x22=10,5+6cos(2πt9+2π3)+4,5cos(2pt9π3)=10,5+1,5cos(2πt9+2π3)=max2πt9+2π3+k2πt=3+9k(t>0k=1,2,...)t2017=3+9.2017=18150(s)

Câu 13. Hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số có biên độ lần lượt là A1 và A2 = 3 cm, lệch pha nhau một góc Δφsaochoπ/2<Δφ<π  . Khi t = t1 thì dao động 1 có li độ −2 cm và dao động tổng hợp có li độ −3,5 cm. Khi t = t2 thì dao động 2 và dao động tổng họp đều có li độ 1,5 V3 cm. Tìm biên độ dao động tổng hợp.

A. 6,1 cm.                   B. 4,4 cm.                    

C. 2,6 cm.                   D. 3,6 cm.

Hướng dẫn

* Mọi thời điểm thì x = x1 + x2.

 *Khi t = t2 thì x2 = x – x1 = 0 và x2=A23/2  nên véc tơ A1 và A2 có vị trí như hình b.

*Tính được  α=π/6;Δφ=2π/3.

* Khi t = t1 thì x2 = x – x 1 = − 1,5 = −A2/2 nên véc tơ A1 và A2 có vị trí như hình a, tính được :

2=A1cosπ/3A1=4(cm)A=A12+A22+2A1A2cosΔφ=3,6(cm)

 Chọn D.

Câu 14. (150175BT)Haì dao động điều hòa, cùng phương, cùng tần số, biên độ dao động thứ nhất là A1 = 10 cm. Khi x1 = −5 cm thì li độ tổng hợp x = −2 cm. Khi x2 = 0, thì  x=53cm. Độ lệch pha của dao động của hai dao động nhỏ hơn π/2. Tính biên độ của dao động tổng hợp.

A. 14 cm.                    B. 20 cm.                     

C. 20/3 cm.                          D. 10/3 cm.

Hướng dẫn

Ta luôn có x = x1 + x2 .

Khi x2 = 0 thì  x=x1=53cm=A13/2

Nghĩa là lúc này véc tơ A2 hợp với trục hoành một góc π/2 và véc tơ A1  hợp với chiều dương của trục hoành một góc 5π/6.

Vậy x1 sớm pha hơn x2 lả π3.         

Khi x1 = −5cm = −A1/2 véc tơ A1 hợp với chiều dương của trục hoành một góc 2π/2 và x2 = x – x1 = −2 – (−5) = 3 cm>0. Lúc này A2  hợp với chiều dương của trục hoành một góc π/3 nên x2 =A2cosπ/3  3=A2cosπ/3A2=6(cm)

Biên độ dao động tổng hợp:

A=A12+A22+2A1A2cos(φ1φ2)=102+62+2.10.6cosπ3=14(cm)

 Chọn A

Câu 15. (150176BT) Hai con lắc lò xo giống hệt nhau dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang dọc theo hai đường thẳng song song cạnh nhau và song song với trục Ox. Biên độ của con lắc 1 là 3 cm, của con lắc 2 là 6 cm. Trong quá trình dao động khoảng cách lớn nhất giữa hai vật theo phương Ox là 33 cm. Khi động năng con lắc1 là cực đại bằng w thì động năng của con lắc 2 là

A. 2W.                        B. W/2.                                    

C.  2W/3.                    D. W.

Hướng dẫn

Có thể chọn:  

{v1=ωA1cosωtv2=ωA2cos(ωt±π3)t=0:{v1=ωA1Wd1max=12mωA12=Wv2=12ωAWd1=12mωA22.14=12mωA12=W

   Chọn D.

Câu 16. (150178BT) Ba vật giống hệt nhau dao động điều hòa cùng phương (trong quá trình dao động không va chạm nhau) với phương trình lần lượt là x1 = Acos(ωt + φ1) (cm), x2 = Acos(ωt + φ2) (cm), x3 = Acos(ωt + φ3) (cm). Biết tại mọi thời điểm thỉ động năng của chất điểm thứ nhất luôn bằng thế năng của chất điểm thứ hai và li độ của ba chất điểm thỏa mãn (trừ khi đi qua vị trí cân bằng) x12=x2x3 . Tại thời điểm mà x2x1=2A/3  thì tỉ số giữa động năng của chất điểm thứ nhất so với chất điểm thứ ba là:

A. 0,95.                       B. 0,97.                                   

C. 0,94.                         D. 0,89.

Hướng dẫn

Vì mọi thời điểm thì động năng của chất điểm thứ nhất luôn bằng thế năng của chất điểm thứ hai nên x1 vuông pha với x2:

x12+x22=A2;x2x1=2A3{x12=A232260,028A2x22=A23+2260,9714A2

Tỉ số giữa động năng của chất điểm thứ nhất so với chất điểm thứ ba:

Wd1Wd3=v12v32=A2x12A2x32=A2x12A2x14x22=10,028610,028620,9714=0,97

 Chọn B.

...

---Để xem tiếp nội dung các Bài tập trắc nghiệm về Động năng cực đại của con lắc lò xo, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

 

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Bài tập trắc nghiệm Vật lý 12 về Động năng cực đại của con lắc lò xo trong quá trình dao động năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

Chúc các em học tập tốt !

Tham khảo thêm

Bình luận

Thảo luận về Bài viết

Có Thể Bạn Quan Tâm ?