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 21 Vật Lí 11: Hình 5.3 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa li độ. Hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng bằng đồ thị
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.
Hoạt động 2 trang 21 Vật Lí 11: Hình 5.4 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa theo thời gian.
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
Câu hỏi 1 trang 23 Vật Lí 11: Một con lắc lò xo có vật nặng khối lượng 0,4 kg, dao động điều hòa. Đồ thị vận tốc v theo thời gian t như hình 5.7. Tính:
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
Câu hỏi 2 trang 23 Vật Lí 11: Một con lắc lò xo có độ cứng k = 100 N/m, vật nặng có khối lượng m = 200 g, dao động điều hòa với biên độ A = 5 cm.
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).
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
Bài 8: Mô tả sóng
==== ~~~~~~ ====
Trả lời