Đề ôn tập môn Vật lí 12 - Các dạng bài tập về tắt dần, cộng hưởng, cưỡng bức

Nội dung text: Đề ôn tập môn Vật lí 12 - Các dạng bài tập về tắt dần, cộng hưởng, cưỡng bức

1. CÁC DẠNG BT VỀ DAO ĐỘNG TẮT DẦN, CƯỠNG BỨC, DUY TRÌ I. TÓM LƯỢC LÝ THUYẾT 1. Dao động tắt dần Dao động tắt dần: là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian. Nguyên nhân của sự tắt dần: là do ma sát với môi trường. Ma sát càng lớn thì tắt dần càng nhanh. 2. Dao động cưỡng bức: a) Định nghĩa:là dao động chịu sự tác dụng của ngoại lực biến đổi điều hòa dạng F  F0 ctos N b) Đặc điểm - Dao động cưỡng bức khi ổn định là điều hòa. A cm - Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số góc Ω của ngoại lực. Cộng hưởng A cm - Biên độ của dao động cưỡng bức của ngoại lực tỉ lệ thuận với biên độ Fo 1 của ngoại lực. - Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào mối quan hệ giữa tần số Ma sát nhỏ góc của ngoại lực với tần số dao động riêng của hệ. Tần số ngoại lực A2 cm càng gần tần số riêng thì Acb càng lớn. c) Hiện tượng cộng hưởng: được khi tần số góc của ngoại lực bằng tần số góc riêng ffnl r của hệ dao động tắt dần thì biên độ A của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại. người ta nói rằng có Ma sát lớn hiện tượng cộng hưởng. Lưu ý: Hiện tượng cộng hưởng càng rõ nét khi lực cản càng nhỏ. f0 Hz f Hz 3. Dao động tắt dần của con lắc lò xo Bài toán: Một vật có khối lượng m, gắn vào lò xo có độ cứng k. Kéo lò xo ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn A rồi buông tay ra cho vật dao động. Biết hệ số ma sát của vật với mặt sàn là μ a) Tìm quãng đường vật đi được đến khí dừng hẳn? b) Độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ, sau một chu kỳ c) Số dao động đến lúc dừng hẳn e) Bài toán tìm vận tốc của vật khi vật đi được quãng đường S d) Thời gian đến lúc dừng hẳn a) Tìm quãng đường vật đi được đến khí dừng hẳn? Đến khi vật dừng hẳn thì toàn bộ cơ năng của con lắc lò xo đã bị công của lực ma sát làm triệt tiêu:
2. b) Độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ, sau một chu kỳ Gọi A1 là biên độ ban đầu của con lắc lò xo, A2 là biên độ sau nửa chu kỳ Gọi A1 là biên độ ban đầu của con lắc lò xo, A2 là biên độ sau nửa chu kỳ ΔA1 gọi là độ giảm biên độ trong nửa chu kỳ. ⇒ Độ giảm biên độ sau một chu kỳ là: c) Số dao động đến lúc dừng hẳn d) Thời gian đến lúc dừng hẳn e) Bài toán tìm vận tốc của vật khi vật đi được quãng đường S Ta có: W = Wđ + Wt +Ams ⇒ Wđ = W - Wt - Ams
3. DẠNG I.TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH Câu 1. Dao động tắt dần A. có biên độ không thay đổi theo thời gian. B. luôn có hại. C. luôn có lợi. D. có biên độ giảm dần theo thời gian. Câu 2. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động A. với tần số bằng tần số dao động riêng. B. mà không chịu ngoại lực tác dụng. C. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng. D. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng. Câu 3. Một cơ hệ có tần số góc dao động riêng o đang dao động dưới tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn theo thời gian với tần số góc  . Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi A. 2.o B. o. C. o . D. o . Câu 4. Khi nói về một hệ dao động cưỡng bức ở giai đoạn ổn định, phát biểu nào dưới đây là sai? A. Tần số của hệ dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức. B. Tần số của hệ dao động cưỡng bức luôn bằng tần số dao động riêng của hệ. C. Biên độ của hệ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực cưỡng bức. D. Biên độ của hệ dao động cưỡng bức phụ thuộc biên độ của ngoại lực cưỡng bức. Câu 5. Khi nói về dao động cưỡng bức ở giai đoạn ổn định, phát biểu nào sau đây là đúng? A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức. B. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức. C. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức. D. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức. Câu 6. (ĐH 2012).Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là A. biên độ và gia tốc. B. li độ và tốc độ. C. biên độ và năng lượng. D. biên độ và tốc độ Câu 7. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng thì A.vật dao động với tần số lớn hơn tần số dao động riêng. B.vật dao động với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng. C.ngoại lực thôi không tác dụng lên vật. D.năng lượng dao động của vật đạt giá trị lớn nhất. Câu 8. Khi nói về dao động cơ cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là sai ? A. Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức. B. Biên độ của dao động cưỡng bức càng lớn khi tần số của lực cưỡng bức càng gần tần số riêng của hệ dao động. C. Tần số của dao động cưỡng bức lớn hơn tần số của lực cưỡng bức. D. Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức. Câu 9. Hiện tượng cộng hưởng thể hiện rõ nét khi: A.tần số lực cưỡng bức nhỏ. B.biên độ lực cưỡng bức nhỏ. C.lực cản môi trường nhỏ. D.tần số lực cưỡng bức lớn. Câu 10. Một con lắc đơn gồm vật khối lượng 100 g, lò xo có độ cứng 100 N/m. Cho g = 10 m/s2 = π2 m/s2. Trong cùng một điều kiện về lực cản của môi trường thì biểu thức ngoại lực điều hoà nào sau đây làm cho con lắc dao động cưỡng bức với biên độ lớn nhất trong giai đoạn ổn định A.F = F0cos(6,2πt) N. B.F = F0cos(6,8πt)N. C.F = F0cos(6,5t) N. D.F = F0cos(1,6t) N. Câu 11. Dao động cưỡng bức ớ giai đoạn ổn định có A.biên độ thay đổi. B.tần số không đối, là tần số của dao động riêng C.biên độ không đổi. D.tần sổ thay đổi và phụ thuộc vào quan hệ giữa tần số của ngoại lực và tần số của dao động riêng. Câu 12. Phát biểu nào sau đây sai? Đối với dao động tắt dần thì A.cơ năng giảm dần theo thời gian. B.tần số giảm dần theo thời gian. C.ma sát và lực cản càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh. D.hiên độ dao động giảm dần theo thời gian. Câu 13. (Minh họa của Bộ GD năm học 2018-2019).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 A.conlắc(2). B.con lắc(1). C.conlắc(3). D.con lắc(4).
4. Câu 14. (Thi thử Sở Phú Thọ 2019).Thực hiện thí nghiệm về dao động cưỡng bức như hình. Hai con lắc đơn có vật nặng A và B được treo cố định trên một giá đỡ nằm ngang và được liên kết với nhau bởi một lò xo nhẹ, khi cân bằng lò xo không biến dạng. Vị trí của vật A có thể thay đổi được. Kích thích cho con lắc có vật nặng B dao động nhỏ theo phương trùng với mặt phẳng hình vẽ. Với cùng một biên độ dao động của vật B, khi lần lượt thay đổi vị trí của vật A ở (1), (2), (3), (4) thì vật A dao động mạnh nhất tại vị trí A.(2). B.(3). C.(1). D.(4). Câu 15. (CĐ-2007). Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động cơ học? A.Hiện tượng cộng hưởng (sự cộng hưởng) xãy ra khi tần số của ngoại lực điều hoà bằng tần số dao động riêngcủa hệ. B.Biên độ dao động cưỡng bức của một hệ cơ học khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng (sự cộng hưởng) khôngphụ thuộc vào lực cản của môi trường. C.Tần số dao động cưỡng bức của một hệ cơ học bằng tần số của ngoại lực điều hoà tác dụng lên hệ ấy. D.Tần số dao động tự do của một hệ cơ học là tần số dao động riêng của hệ ấy. DẠNG II. BÀI TẬP ĐIỀU KIỆN CỘNG HƯỞNG Câu 16. Một con lắc lò xo gồm viên bi nhỏ khối lượng m và lò xo khối lượng không đáng kể có độ cứng 10 N/m. Con lắc dao động cưỡng bức duới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn có tần số góc ωF. Biết biên độ của ngoại lực tuần hoàn không thay đổi. Khi thay đổi ωFthì biên độ dao động của viên bi thay đổi và khi ωF=10 rad/s thì biên độ dao động của viên bi đạt giá trị cực đại. Khối lượng m của viên bi bằng A.40 gam B.10 gam C.120 gam D.100 gam. Câu 17. Một con lắc lò xo nằm ngang có tần số góc dao động riêng = 10 rad/s. Tác dụng vào vật nặng theo phương của trục lò xo, một ngoại lực biến thiên Fn = F0cos(20t) N. Sau một thời gian vật dao động điều hòa với biên độ 5 cm. Khi vật qua li độ x = 3 cm thì tốc độ của vật là A.40 cm/s B.60 cm/s C.80 cm/s. D.30 cm/s Câu 18. Một người xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước dài 45cm. Chu kì dao động riêng của nước trong xô là 0,3s. Để nước trong xô bị dao động mạnh nhất người đó phải đi với tốc độ A.3,6m/s B.4,2km/s C.4,8km/h D.5,4km/h. Câu 19. Một con lắc lò xo gồm vật m=1kg, k=40N/m, được treo trên trần một toa tàu, chiều dài thanh ray dài 12,5m, ở chổ nối hai thanh ray có một khe nhỏ. Lấy 2 = 10.Tàu chạy với vận tốc bao nhiêu thì con lắc dao động mạnh nhất? A.12,56m/s B.500m/s C.40m/s D.12,5m/s. Câu 20. Một con lắc có chiều dài 0,3m được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh xe của toa gặp chỗ nối của các đoạn ray. Biết khoảng cách giữa hai mối nối ray là 12,5m và gia tốc trọng trường 9,8m/s2. Biên độ của con lắc đơn này lớn nhất khi đoàn tàu chuyển động thẳng đều với tốc độ xấp xỉ A. 41 km/h. B. 60 km/h C. 11,5 km/h D. 12,5 km/h DẠNG III. BÀI TẬP ĐỒ THỊ CỘNG HƯỞNG Câu 21. (Sở Đồng Tháp năm học 2016-2017). Một con lắc lò xo có khối lượng 100 g dao động cưỡng bức ổn định dưới tác dụng của ngoại lực biến thiên điều hoà với tần số f. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ vào tần số của ngoại lực tác dụng lên hệ có dạng như hình vẽ. Lấy 2 10 . Độ cứng của lò xo là A. 25 N/m. B. 42,25 N/m C. 75 N/m D. 100 N/m Câu 22. (Đề Minh họa lần 1 của Bộ GD năm học 2016-2017).Khảo sát thực nghiệm một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng 216 g và lò xo có độ cứng k, dao động dưới tác dụng của ngoại lực F = F0cos2πft, với F0 không đổi và f thay đổi được. Kết quả khảo sát ta được đường biểu diễn biên độ A của con lắc theo tần số f có đồ thị như hình vẽ. Giá trị của k xấp xỉ bằng A.13,64 N/m. B.12,35 N/m C.15,64 N/m D.16,71 N/m Câu 23. Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m=25 g và lò xo 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 toàn 2 F  F0 cos t(N).Khi ω lần lượt là 10rad/s và 15 rad/s thì biên độ dao động của vật tương ứng là A1 và A2. Lấy π = 10. So sánh ta thấy A. A1 =1,5 A2 B. A1 A2
5. Câu 24. Một con lắc đơn gồm vật có khối lượng m, dây treo có chiều dài 2 m, lấy g = π2. Con lắc dao động điều hòa dưới tác dụng của ngoại lực có biểu thức F = F0cos(ωt + 0,5π) N. Nếu chu kỳ T của ngoại lực tăng từ 2 s lên 4 s thì biên độ dao động của vật sẽ: A.tăng rồi giảm. B.giảm rồi tăng C.chỉ giảm D.chỉ tăng DẠNG IV. BÀI TẬP DAO ĐỘNG TẮT DẦN CÓ MA SÁT Câu 25. Một con lắc lò xo đang dao động tắt dần, sau ba chu kì đầu tiên biên độ của nó giảm đi 10%. Phần trăm cơ năng còn lại sau khoảng thời gian đó là A. 6,3% B. 81%. C. 19% D. 27% Câu 26. Một con lắc lò xo dao động tắt dần. Sau một chu kì biên độ giảm 5%. Phần năng lượng cònlại của con lắc sau một chu kỳlà A.80,25% B.90% C.95% D.90,25%. Câu 27. (Đề thi chính thức của Bộ GD. QG 2017).Một con lắc lò xo dao động tắt dần trên mặt phẳng nằm ngang. Cứ sau mỗi chu kì biên độ giảm 2%. Gốc thế năng tại vị trí của vật mà lò xo không biến dạng. Phần trăm cơ năng của con lắc bị mất đi (so với cơ năng ban đầu) trong hai dao động toàn phần liên tiếp có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây? A.7% B.4% C.10% D. 8%. Câu 28. (Thi thử chuyên Lam Sơn Thanh Hóa năm học 2016-2017).Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng k =100N/m và vật có khối lượng m =100g dao động trên một mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát μ= 0,02. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn 10 cm rồi thả nhẹ cho vật dao động. Quãng đường vật đi được từ khi bắt đầu dao động đến khi dừng lại có giá trị gần bằng A. 50 m B. 25 m. C. 50 cm D. 25 cm Câu 29. (Đề thi chính thức ĐH – 2010).Một con lắc lò xo gồm một vật nhỏ khối lượng 0,02kg và lò xo có độ cứng 1N/m. Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo. Hệ số ma sát trượt của giá đỡ và vật nhỏ là 0,1. Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị nén 10 cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần. Lấy g = 10m/s2. Tốc độ lớn nhất vật nhỏ đạt được trong quá trình dao động là A. 40 3 cm/s B. 20 6 cm/s C.10 30 cm/s D. 40 2 cm/s. Câu 30. Con lắc lò xo đặt nằm ngang, ban đầu là xo chưa bị biến dạng, vật có khối lượng m1 =0,5kg lò xo có độ cứngk= 20N/m. Một vật có khối lượng m2 = 0,5kg chuyển động dọc theo trục của lò xo với tốc độ 0,4 10 đến va chạm 2 mềm với vật m1, sau va chạm lò xo bị nén lại. Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng nằm ngang là 0,1 lấyg = 10m/s . Tốc độ cực đại của vật sau lần nén thứ nhất là A. 0,2 10 B.10 5 cm/s. C.10 3 cm/s D.30cm/s Câu 31. Một con lắc lò xo, vật nặng có khối lượng 100 g, lò xo có độ cứng 100 N/m, dao động trên mặt phẳng ngang với biên độ ban đầu 10 cm. Lấy gia tốc trọng trường 10 m/s2. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là 0,1. Số dao động thực hiện được kể từ lúc dao động cho đến lúc dừng lại là A. 25. B. 50 C. 30 D. 20