Lý thuyết Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 6: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

A. Lý thuyết Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

I. Dao động tắt dần

1. Dao động tự do

– Vật dao động với biên độ và tần số riếng (kí hiệu là f₀) không đổi gọi là dao động tự do

2. Dao động tắt dần

– Vật dao động với biên độ giảm dần gọi là dao động tắt dần

3. Ứng dụng

– Bộ phận giảm xóc của xe máy

II. Dao động cưỡng bức

1. Khái niệm dao động cưỡng bức

– Dao động cưỡng bức là dao đỗngảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số f bất kì. Khi dao động ổn định, tần số dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực

2. Đặc điểm

– Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức

– Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ ngoại lực, độ lớn lực cản của môi trường, độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số riêng của hệ dao động

III. Hiện tượng cộng hưởng

1. Định nghĩa

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

– Điều kiện f=f₀ là điều kiện cộng hưởng

2. Giải thích

– Khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ dao động thì hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng, đúng lúc, do đó biên độ dao động của hệ tăng lên

– Biên độ dao động đạt tới giá trị cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ

3. Hiện tượng cộng hưởng trong đời sống

– Hộp đàn của các đàn ghi ta, violon,…

– Hoạt động của lò vi sóng

Sơ đồ tư duy Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

 

B. Trắc nghiệm Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

Câu 1. Một người xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước đi được 50 cm. Chu kỳ dao động riêng của nước trong xô là 1s. Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi người đó đi với tốc độ là bao nhiêu?

A. 0,2 m/s.

B. 0,3 m/s.

C. 0,4 m/s.

D. 0,5 m/s.

Hướng dẫn giải

Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó chu kỳ của dao động của người bằng với chu kỳ dao động riêng của nước trong xô ⇒ T = 1(s).

Tốc độ đi của người là:

$v=\frac{s}{T}=\frac{\mathrm{0,5}}{1}=\mathrm{0,5}(m/s)$

Đáp án đúng là D.

Câu 2. Một hệ dao động cơ đang thực hiện dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi

A. tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ.

B. tần số của lực cưỡng bức nhỏ hơn tần số dao động riêng của hệ.

C. tần số của lực cưỡng bức lớn hơn tần số dao động riêng của hệ.

D. có thêm một lực cưỡng bức tác dụng vào hệ.

Hướng dẫn giải

Một hệ dao động cơ đang thực hiện dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ.

Đáp án đúng là A.

Câu 3. Nhận xét nào sau đây không đúng?

A. Khi không có ma sát con lắc dao động điều hòa với tần số riêng.

B. Hiện tượng cộng hưởng chỉ có hại.

C. Cơ năng của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian.

D. Điều kiện xảy ra cộng hưởng là tần số của lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ.

Hướng dẫn giải

A – Đúng

B – Sai, vì hiện tượng cộng hưởng vừa có hại vừa có lợi ví dụ trường hợp có lợi như khi chơi đàn ghita, hộp đàn là bộ phận cộng hưởng làm cho âm thanh phát ra to hơn, chuẩn hơn.

C – Đúng

D – Đúng

Đáp án đúng là B.

Câu 4. Phát biểu nào sau đây là đúng? Hiện tượng cộng hưởng chỉ xảy ra với

A. dao động điều hòa.

B. dao động tắt dần.

C. dao động cưỡng bức.

D. dao động duy trì.

Hướng dẫn giải

Hiện tượng cộng hưởng chỉ xảy ra với dao động cưỡng bức.

Đáp án đúng là C.

Câu 5. 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 6. 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 7. 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 8. Một lò xo nhẹ một đầu lò xo gắn với vật nặng dao động có khối lượng m, treo đầu còn lại lò xo lên trần xe tàu lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh xe của toa xe gặp chỗ nối nhau của các đoạn đường ray (các chỗ nối cách đều nhau). Con lắc dao động mạnh nhất khi tàu có tốc độ v. Nếu tăng khối lượng vật dao động của con lắc lò xo thêm 0,45 kg thì con lắc dao động mạnh nhất khi tốc độ của tàu là 0,8v. Giá trị m là

A. 0,1 kg.

B. 0,5 kg.

C. 0,8 kg.

D. 1,3 kg.

Hướng dẫn giải

Điều kiện cộng hưởng đối với con lắc lò xo:

Đáp án đúng là C.

Câu 9. Một con lắc lò xo gồm viên bi nhỏ khối lượng m = 250 g và lò xo khối lượng không đáng kể có độ cứng 100 N/m. Con lắc dao động cưỡng bức theo phương trùng với trục của lò xo dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn F = F₀cosωt (N). Khi thay đổi ω thì biên độ dao động của viên bi thay đổi. Khi ω lần lượt là 10 rad/s và 15 rad/s thì biên độ dao động của viên bi tương ứng là A₂ và A₂. So sánh A₂ và A₂.

A. $A_1<A_2$

B. $A_1>A_2$

C. $A_1=3A_2$

D. $A_1=\frac{1}{3}{A}_2$

Hướng dẫn giải

 

Tại vị trí cộng hưởng:

${\omega }_0=\sqrt{\frac{k}{m}}=\sqrt{\frac{100}{\mathrm{0,25}}}=20\left(rad/s\right)$

Vì ω₁ xa vị trí cộng hưởng hơn ω₂ $\left({\omega }_1<\omega <{\omega }_2\right)$nên A₁ < A₂

Đáp án đúng là A.

Câu 10. Một tàu hỏa chạy trên một đường ray, cứ cách khoảng 6,4 m trên đường ray lại có một rãnh nhỏ giữa chỗ nối các thanh ray. Chu kì dao động riêng của khung tàu trên các lò xo giảm xóc là 1,6 s. Tàu bị xóc mạnh nhất khi chạy với tốc độ bằng bao nhiêu?

A. 10 km/h

B. 14,4 km/h

C. 25,2 km/h

D. 28,8 km/h

Hướng dẫn giải

Tàu bị xóc mạnh nhất khi chu kì kích thích của ngoại lực bằng chu kỳ riêng của khung tàu:

$T=T_0=\frac{L}{v}\Rightarrow v=\frac{L}{T_0}=\frac{\mathrm{6,4}}{\mathrm{1,6}}=4(m/s)=\mathrm{14,4}(km/h)$

Đáp án đúng là B.

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa

Lý thuyết Bài 6: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức. Hiện tượng cộng hưởng

Lý thuyết Bài 8: Mô tả sóng

Lý thuyết Bài 9: Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ

Lý thuyết Bài 10: Thực hành: Đo tần số của sóng âm