Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa chi tiết sách Kết nối tri thức giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:
Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa
Phương pháp giải:
Dựa vào nội dung kiến thức đã học của những bài trước để trả lời.
Lời giải:
Trong dao động điều hòa cũng có sự chuyển đổi giữa động năng và thế năng vì có sự thay đổi về vận tốc đồng thời cũng có sự thay đổi về li độ trong quá trình dao động.
I. Động năng
II. Thế năng
III. Cơ năng
Lời giải:
Khi vật di chuyển từ biên âm đến vị trí cân bằng thì thế năng giảm động năng tăng và ngược lại.
Khi vật đi chuyển từ vị trí cân bằng đến biên dương thì thế năng tăng động năng giảm và ngược lại.
Vật đạt động năng cực đại khi ở vị trí cân bằng và cực tiểu khi ở vị trí biên còn thế năng thì ngược lại.
a) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào trong các khoảng thời gian: từ 0 đến , từ đến , từ đến , từ đến T.
b) Tại các thời điểm: t = 0; t = ; t =; t = , động năng và thế năng của vật có giá trị như thế nào (tính theo W). Nghiệm lại để thấy ở mỗi thời điểm đó Wđ + Wt = W.
Phương pháp giải:
Dựa vào nội dung kiến thức đã học về động năng và thế năng để trả lời
Lời giải:
a) Từ 0 đến : Wđ tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại , Wt giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại .
Từ đến : Wđ giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại , Wt tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại .
Từ đến : Wđ tăng từ 0 đạt giá trị lớn nhất tại ,Wt giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại .
Từ đến T: Wđ giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại T, Wt tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại T.
b) Tại thời điểm t = 0: Wđ = 0, Wt = W.
Tại thời điểm t = : Wđ = Wt = .
Tại thời điểm t = : Wđ = W, Wt = 0.
Tại thời điểm t = : Wđ = Wt = .
→ ở mỗi thời điểm trên ta đều có: Wđ + Wt = W.
IV. Cơ năng của con lắc đơn và con lắc lò xo
Phương pháp giải:
Dựa vào công thức Wt = mgl(1 − cosα) để trả lời.
Lời giải:
Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc α
Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.
Chọn mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc ở li độ góc α là: Wt = mgl(1-cosα)
mà (1-cosα)=2 với α0 ≤ 10o thì (α tính theo rad)
Khi đó Wt = mgl với α = suy ra: Wt = mgl=ms2
Tại vị trí biên độ có Wt = W nên ta có
vậy với góc lệch α0 ≤ 10° thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động
Hoạt động 2 trang 22 Vật Lí 11: Một con lắc lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m.
1. Tính chu kì
2. Đo chu kì T bằng đồng hồ. So sánh kết quả tính ở câu 1.
Phương pháp giải:
Dựa vào công thức chu kỳ con lắc lò xo để trả lời
Lời giải:
1. Chu kì của con lắc lò xo là:
2. Thực hiện bằng đồng hồ bấm giờ.
Kết quả tham khảo: giống với kết quả tính ở câu 1 với sai số nhỏ hơn 0,01s.
a) Vận tốc cực đại của vật.
b) Động năng cực đại của vật.
c) Thế năng cực đại của con lắc.
d) Độ cứng k của lò xo.
Lời giải:
Từ đồ thị ta có T = 1,2s → (rad/s)
a) Vận tốc cực đại của vật vmax = 0,3 cm/s = 0,003m/s=ωA→A=0,0018m
b) Động năng cực đại của vật là Wđmax = = 4,5.10-6 (J)
c) Theo định luật bảo toàn cơ năng ta có Wtmax = Wđmax = 4,5.10-6 (J)
d) Độ cứng k của lò xo tính theo công thức: T = → k≈11N/m
a) Xác định li độ của vật tại thời điểm động năng của vật bằng 3 lần thế năng của con lắc.
b) Xác định tốc độ của vật khi qua vị trí cân bằng.
c) Xác định thế năng của con lắc khi vật có li độ x = -2,5 cm
Lời giải:
Ta có:
Độ cứng k = 100 N/m
Khối lượng m = 200 g = 0,2 kg
Biên độ A = 5 cm = 0,05 m
a) Wđ = 3 Wt
Theo định luật bảo toàn cơ năng W = Wđ + Wt = 4Wt
b) Tần số góc ω = (rad/s)
Khi vật đi qua vị trí cân bằng vật có tốc độ lớn nhất
V = ωA = 0,05. = (m/s)
c) Wt1 = = 1562,5 (s).
Lý thuyết Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa
I. Động năng
- Động năng của vật dao động điều hòa được xác định bởi biểu thức
- Đồ thị cho thấy, khi vật đi từ VTCB tới vị trí biên thì động năn của vật đang từ cực đại giảm đến 0. Khi vật đi từ vị trí biên về VTCB thì động năng của vật tăng từ 0 đến giá trị cực đại
II. Thế năng
- Theo định luật bảo toàn năng lượng, nếu bỏ qua ma sát thì động năng của vật không mất đi mà chuyển dần thành thế năng của vật và ngược lại nên ta có:
- Đồ thị biến thiên thế năng theo li độ x cũng là một đường Parabol nhưng bề lõm hướng lên như hình 5.2 và có giá trị cực đại:
III. Cơ năng
- Trong dao động điều hòa, có sự chuyển hóa qua qua lại giữa động năng và thế năng của vật, còn cơ năng, tức tổng động năng và thế năng thì được bảo toàn
IV. Cơ năng của con lắc đơn và con lắc lò xo
1. Con lắc lò xo
- Nếu bỏ qua ma sát thì dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa
- Chọn mốc thế năng ở VTCB thì thế năng của con lắc lò xo khi ở li độ x là:
Với k là độ cứng lò xo
Ta có: và chu kì của con lắc lò xo là:
- Cơ năng của con lắc lò xo: =hằng số
2. Con lắc đơn
- Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc α
- Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường. Chọn mốc thế năng ở VTCB thì thế năng của con lắc ở li độ góc α là:
- Ta có:
- Tương tự với con lắc lò xo ta có: =hằng số
Sơ đồ từ duy Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa
Video bài giảng Vật Lí 11 Bài 5: Động nặng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa - Kết nối tri thức
Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:
Bài 4: Bài tập về dao động điều hoà
Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa
Bài 6: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng
Bài 7: Bài tập về sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa