Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng (Cánh diều 2024) hay, chi tiết

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng (Cánh diều 2024) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Admin Vietjack Ngày: 10-01-2024 Lớp 11

3 K

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 4: Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng sách Cánh diều hay, chi tiết cùng với bài tập trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 11.

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 4: Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

A. Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

I. Dao động tắt dần

- Trong môi trường không có lực cản, cơ năng của vật dao động được bảo toàn và dao động của nó được duy trì mãi mãi

- Trong thực tế, dao động của các vật sẽ giảm dần biên độ.

- Trong trường hợp lực cản nhỏ, biên độ của dao động giảm dần theo quy luật như hình

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng (Cánh diều 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11 (ảnh 1)

- Dao động như trên là dao động tắt dần. Sau mỗi chu kì, biên độ của dao động giảm dần

II. Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

1. Dao động cưỡng bức

- Để dao động không tắt dần, người ta thường tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức biến thiên tuần hoàn. Khi đó dao động của vật được gọi là dao động cưỡng bức

- Vật dao động với tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức

2. Hiện tượng cộng hưởng

- Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f₀ của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng (Cánh diều 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11 (ảnh 2)

- Điều kiến f=f₀ là điều kiện cộng hưởng

3. Lợi ích và tác hại của hiện tượng cộng hưởng

- Hiện tượng cộng hưởng có lợi: hộp cộng hưởng của các nhạc cụ như đàn ghita, violon,… có vai trò giúp cho không khí trong hộp có thể dao động cộng hưởng với những tần số dao động khác nhau của dây đàn

- Hiện tượng cộng hưởng có hại: những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,… đều có tần số riêng. Không để cho các hệ ấy chịu tác dụng của các lực cưỡng bức mạnh có tần số bằng tần số riêng của hệ nếu không nó làm cho các hệ ấy dao động mạnh, dẫn đến đổ hoặc gãy

Sơ đồ tư duy về “Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng”

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng (Cánh diều 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11 (ảnh 3)

B. Trắc nghiệm Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

Câu 1. Một vật dao động tắt dần có các đại lượng nào sau đây giảm liên tục theo thời gian?

A. Li độ và gia tốc

B. Li độ và cơ năng

C. Biên độ và cơ năng

D. Vận tốc và gia tốc.

Hướng dẫn giải

Dao động tắt dần có biên độ và cơ năng giảm dần theo thời gian.

Đáp án đúng là C.

Câu 2. Một vật dao động cưỡng bức dưới tác dụng của ngoại lực F = F₀cos $π$ ft (với F₀ và f không đổi, t tính bằng s). Tần số dao động cưỡng bức của vật là

A. 0,2f

B. 0,5f

C. f

D. 1,2f

Hướng dẫn giải

Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực.

Tần số dao động cưỡng bức của vật là:

$f_{c b} = \frac{ω_{n}}{2 π} = \frac{π f}{2 π} = 0, 5 f$

Đáp án đúng là B.

Câu 3. Một con lắc lò xo có tần số dao động riêng f₀. Khi tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn có tần số f thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Hệ thức nào sau đây đúng?

A. f = 4f₀

B. f = 3f₀

C. f = 2f₀

D. f = f₀

Hướng dẫn giải

Điều kiện xảy ra cộng hưởng: f = f₀

Đáp án đúng là D.

Câu 4.Thực hiện thí nghiệm về dao động cưỡng bức như hình bên. Năm con lắc đơn: (1), (2), (3), (4) và M (con lắc điều khiển) được treo trên một sợi dây. Ban đầu hệ đang đứng yên ở vị trí cân bằng. Kích thích M dao động nhỏ trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ thì các con lắc còn lại dao động theo. Không kể M, con lắc dao động mạnh nhất là

Trắc nghiệm Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4 (có đáp án): Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng

A. con lắc (1)

B. con lắc (2)

C. con lắc (3)

D. con lắc (4)

Hướng dẫn giải

Khi M dao động thì tác dụng 1 lực cưỡng bức lên dây treo. Lực này lại tác dụng lên các con lắc còn lại làm cho các con lắc dao động. Nói cách khác con lắc 1, 2, 3, 4 chịu tác dụng của 1 ngoại lực biến thiên tuần hoàn nên nó dao động cưỡng bức. Lực này biến thiên với tần số đúng bằng tần số dao động của M

Trong dao động cưỡng bức, khi tần số của ngoại lực càng gần với tần số dao động riêng thì con lắc sẽ dao động với biên độ càng lớn.

Vậy con lắc nào có chiều dài gần với chiều dài của M nhất thì sẽ dao động mạnh nhất.

Đáp án đúng là A.

Câu 5. Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào

A. tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

B. lực cản của môi trường tác dụng lên vật.

C. biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

D. pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

Hướng dẫn giải

+ Biên độ của hệ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào hiệu số |f – f₀|. Hiệu số này càng nhỏ thì biên độ dao động càng lớn. Khi hiệu số này bằng 0 tức là f = f₀ thì biên độ dao động cưỡng bức lớn nhất, ta gọi hiện tượng này là hiện tượng cộng hưởng cơ.

+ Biên độ của hệ dao động cưỡng bức cũng phụ thuộc vào biên đô F₀ của ngoại lực cưỡng bức và vào lực ma sát (hoặc lực cản) của môi trường.

+ Biên độ của hệ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của ngoại lực cưỡng bức

Đáp án đúng là D.

Câu 6. Nhận định nào sau đây là sai khi nói về dao động tắt dần?

A. Trong dao động tắt dần, cơ năng giảm dần theo thời gian.

B. Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.

C. Lực ma sát càng lớn thì dao động tắt càng nhanh.

D. Dao động tắt dần là dao động có biên độ không đổi trong quá trình dao động.

Hướng dẫn giải

A – Đúng

B – Đúng

C – Đúng

D – Sai, vì biên độ của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian.

Đáp án đúng là D.

Câu 7. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Tần số của dao động cưỡng bức là tần số riêng của hệ dao động.

B. Biên độ của dao động cưỡng bức chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức.

C. Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào lực cản môi trường.

D. Cả A, B, C đều không đúng.

Hướng dẫn giải

A – Sai, vì tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.

B – Sai, vì biên độ của dao động cưỡng bức không chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức mà còn phụ thuộc cả vào độ chênh lệch giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động.

C – Sai, vì biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào lực cản môi trường.

Đáp án đúng là D.

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về dao động tắt dần?

A. Cơ năng của dao động tắt dần không đổi theo thời gian.

B. Biên độ của dao động tắt dần không đổi theo thời gian.

C. Dao động tắt dần có biên độ giảm dần theo thời gian.

D. Dao động tắt dần là dao động chỉ chịu tác dụng của nội lực.

Hướng dẫn giải

A – Sai, vì cơ năng của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian.

B – Sai, vì biên độ của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian.

C – Đúng

D – Sai, vì nguyên nhân gây ra dao động tắt dần là lực ma sát và lực cản môi trường (ngoại lực).

Đáp án đúng là C.

Câu 9. Nhận xét nào sau đây là đúng khi nói về dao động cưỡng bức?

A. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi.

B. Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.

C. Dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức.

D. Cả A, B và C đều đúng.

Hướng dẫn giải

Dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và tần số bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.

Đáp án đúng là D.

Câu 10. Nhận xét nào sau đây là đúng khi nói về dao động duy trì?

A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì.

B. Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng gọi là dao động duy trì.

C. Trong trò chơi dân gian “đánh đu”, khi người đánh đu làm cho đu dao động với biên độ ổn định thì dao động của hệ lúc đó là dao động duy trì.

D. Cả A, B và C đều đúng.

Hướng dẫn giải

- Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng gọi là dao động duy trì.

- Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì. Với loại đồng hồ dây cót, khi lên dây cót, ta đã tích lũy vào dây cót một thế năng nhất định. Dây cót cung cấp năng lượng cho con lắc thông qua một kết cấu trung gian. Cơ cấu này cho phép chính con lắc điều khiển sự cung cấp năng lượng theo chu kì riêng của nó. Ngày nay, người ta thường dùng đồng hồ điện tử. Loại đồng hồ này được cung cấp năng lượng bằng pin.

- Trong trò chơi dân gian “đánh đu”, khi người đánh đu làm cho đu dao động với biên độ ổn định thì dao động của hệ lúc đó là dao động duy trì. Những người chơi đu duy trì dao động của chiếc đu bằng cách truyền năng lượng cho chiếc đu.

Đáp án đúng là D.

Câu 11.Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng 100 N/m và vật nhỏ có khối lượng m. Tác dụng lên vật ngoại lực F = 20cos10πt (N) (t tính bằng s) dọc theo trục lò xo thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Lấy π² = 10. Giá trị của m là

A. 0,1 kg

B. 0,3 kg

C. 0,7 kg

D. 1 kg

Hướng dẫn giải

Khi cộng hưởng:

$ω_{F} = ω_{0} = \sqrt{\frac{k}{m}} \Leftrightarrow 10 π = \sqrt{\frac{100}{m}} \Rightarrow m = 0, 1 (k g)$

Đáp án đúng là A.

Câu 12. Một hành khách dùng dây cao su treo một chiếc ba lô lên trần toa tàu, ngay phía trên một trục bánh xe của toa tàu. Khối lượng của ba lô 16 (kg), hệ số cứng của dây cao su 900 (N/m), chiều dài mỗi thanh ray là 12,5 (m), ở chỗ nối hai thanh ray có một khe nhỏ. Hỏi tàu chạy với tốc độ bao nhiêu thì ba lô dao động mạnh nhất?

A. 10 m/s

B. 15 m/s

C. 27 m/s

D. 32 m/s

Hướng dẫn giải

Để ba lô dao động mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng

Chu kì dao động của ba lô bằng với chu kì dao động riêng của xe khi đi qua chỗ nối

T_{thanh ray} = T_{cưỡng bức}

$\Rightarrow \frac{Δ S}{v} = 2 π \sqrt{\frac{m}{k}} \Rightarrow \frac{12, 5}{v} = 2 π \sqrt{\frac{16}{900}} \Rightarrow v = 15 (m / s)$