Với giải Hoạt động 1 trang 22 Vật lí lớp 11 Kết nối tri thức chi tiết trong Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập 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

Hoạt động 1 trang 22 Vật Lí 11: Làm thí nghiệm để xác nhận rằng khi góc lệch α0 ≤ 10o thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động

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${\sin }^2\frac{\alpha }{2}$ với α0 ≤ 10o thì$\sin \frac{\alpha }{2}\approx \frac{\alpha }{2}$ (α tính theo rad)

Khi đó Wt = mgl$\frac{{\alpha }^2}{2}$ với α =$\frac{s}{l}$ suy ra: Wt = mgl$\frac{s^2}{2l^2}$=$\frac{1}{2}$m$\frac{g}{l}$s2

Tại vị trí biên độ có Wt = W nên ta có $\frac{1}{2}m\frac{g}{l}{s}^2=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2$

$\to \omega =\sqrt{\frac{g}{l}}\to T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$

vậy với góc lệch α0 ≤ 10° thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động

Lý thuyết 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:

$W_t=\frac{1}{2}k{x}^2$

Với k là độ cứng lò xo

Ta có: $\omega =\sqrt{\frac{k}{m}}$ và chu kì của con lắc lò xo là: $T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$

- Cơ năng của con lắc lò xo: $W=W_d+W_t=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2$=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:

$W_t=mgl\frac{{\alpha }^2}{2}=\frac{1}{2}m\frac{g}{l}{s}^2$

- Ta có: $\omega =\sqrt{\frac{g}{l}}$

- Tương tự với con lắc lò xo ta có: $W=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2$=hằng số