Bài tập về dao động cơ - Môn vật lý 12

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG CƠ
Câu 1. Hai chất điểm M và N dao động điều hòa cùng tần số f = 0,5Hz dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục Ox. Vị trí cân bằng của M và N đều trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với trục Ox. Trong quá trình dao động khoảng cách lớn nhất giữa M và N theo phương Ox là 10cm. Tại thời điểm t1 hai vật đi ngang nhau, hỏi sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu kể từ thời điểm t1 khoảng cách giữa chúng là 5cm.
A. 1/3s B. 1/2s C. 1/6s D. 1/4s
Giải: Chu kì dao động của hệ T = = 2s
Giả sử phương trình dao động của M và N có dạng
 x1 = A1cos(pt + j1).
 x2 = A2cos(pt + j2).
 Khoảng cách giữa M. N theo trục Ox
 x = x1 – x2 
 Vẽ giãn đồ véc tơ A = A1 – A2 = A1 + (-A2)
 Khi đó x có dạng: x = A cos(pt + j).
 xmax = A ----à A = 10 cm
Tại thời điểm t1 hai vật đi ngang nhau x = 0 : x qua gốc tọa độ
Tại thời điểm t2 x = ±5 cm = ±
Khoảng thời gian ngắn nhất để chất điểm đi từ VTCB đên li độ x = ± là t =
Do đó: khoảng thời gian ngắn nhất kể từ thời điểm t1 khoảng cách giữa chúng là 5cm. là 
t = = s . Chọn đáp án C
Câu 2. Hai vật dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox sao cho không va chạm vào nhau trong quá trình dao động. Vị trí cân bằng của hai vật đều ở trên một đường thẳng qua gốc tọa độ và vuông góc với Ox. Biết phương trình dao động của hai vật lần lượt là : x1 = 4cos(4pt + p/3)cm và x2 = 4cos(4pt + p/12)cm. Tính từ thời điểm t1 = s đến thời điểm t2 = s thời gian mà khoảng cách giữa hai vật theo phương Ox không nhỏ hơn 2cm là bao nhiêu ?
A. 1/3s B. 1/8 C. 1/6s D. 1/12s
 Giải:
O
A
j
j21
A1 A
A2
Xét hiệu y = x2 – x1 = 4cos( 4pt + ) - 4 cos( 4pt + )
Vẽ giản đồ véc tơ A1= 4 (cm); j1 = 
 A2= 4 (cm); j2 = 
 A = A2 – A1 y = Acos (4pt + j)
Theo giản đồ ta có
 A2 = A12 + A22 + 2A1A2 cos(j1 - j2 )
 j21= j1 - j2 = . Thay số ta đươc A = 4cm và tam giác OA2A1 vuông cân tại A1
 j = ++= Vậy ta được y = 4cos (4pt + )
Khi t = t1 = s -----à y1 = 4cos (4p + ) = - 4 cm
 y2
 ·
y1
 ·
Khi t = t2 = s -----à y2 = 4cos (4p + ) = 2cm
Dt = t2 – t1 = - = s = T ( T = 0,5s là chu kỳ dao động)
Khoảng cách giữa hai chất điểm d = ïy ï = 4ïcos(4pt +)ï 
 d = ïy ï ³ 2cm = . 
Trong 1 chu kỳ ïy ï³ . trong khoản thời gian 4. 
ứng với khoảng thời gian y có li độ trpng khoảng (- A đển - ) và ( A đển ) 
Tính từ thời điểm t1 = s đến thời điểm t2 = s thời gian mà khoảng cách giữa hai vật theo phương Ox không nhỏ hơn 2cm là T - T = 3, = s . Chọn đáp án B
Câu 3: Cho ba chất điểm (1), (2) và (3) dao động theo phương thẳng đứng trong cùng một hệ trục tọa độ với phương trình của vật (1) và (2) tương ứng là cm. Biết trong quá trình dao động, chất điểm (2) luôn cách đều chất điểm (1) và (3) và ba chất điểm luôn thẳng hàng. Phương trình dao động của chất điểm thứ (3) là:
A. 	B. 
C. 	D. 
Giải: Phương trình dao động của chất điểm thứ (3) có dạng: x3 = Acos(5πt +j)
Đề tại thời điểm ban đầu 3 vật nằm trên một đường thẳng 
x01 = 4cos(-) = 0 ; x02 = 2cos() = cm-----> x03 = 2x02 = 2 cm
 2 = Acosj (*)
Khi x1 = A1 = 4 cm; cos(5πt - ) = 1----.> sin5πt = 1; cos5πt = 0 (**)
M1
C
x1
M3
x02
x01
· 
 O
x03
 x02 
I B
M2 x2
x3
A
Khi đó x2 = 2cos(5πt + ) = 2cos5πt.cos - 2sin5πtsin = -1
Để 3 chất điểm thẳng hàng khi x1 = 4cm; 
x2 = - 1cm thì x3 = - 6cm
Vì : = = ===> IA = 4IB
 = ===>
 = = == 
 = ===> M3C = 6M2B ====> x3 = 6x2 = - 6 cm
Thay (**) vào biểu thức x3 ta có
x3 = Acos(5πt +j) = Acos5πt cosj - Asin5πt sinj = - Asinj = - 6
 Asinj = 6 (***)
Từ (*) và (***): A = 4 cm và j = 
Vậy x3 = Acos(5πt +j) =x3 = 4cos(5πt +) cm. Đáp án D
Câu 4. Một chất điểm tham gia đồng thời hai dao động điều hòa trên cùng một trục Ox có phương trình: x1 = 4cos()cm, x2 = A2cos(2)cm. Phương trình dao động tổng hợp x = 2cos()cm. Biết 2 = . Cặp giá trị nào của A2 và sau đây là ĐÚNG?
A. 3cm và 0
B. 2cm và 
C. 3cm và 
D. 2cm và 0
Giải: Vẽ giãn đồ véc tơ 
 α 
O j
 j2
A2
A
A1
 j - j2 = ----> x vuông pha với x2
A22 = A12 – A2 = 42 – 22 = 12 ----> A2 = 2
Gọi α là góc lệch pha giữa x1 và x. Trong tam giác vuông
OAA1 tan α = A2/A = ----> α = j1 = 
Véc tơ A trùng với trục Ox ----> j = 0
 Chọn đáp án D
Câu 5. Một vật tham gia động thời 2dao động điều hòa cùng phương: x1 = 2cos(4t1) cm, x2 = 2cos(4t2)cm với 21. Biết phương trình dao động tổng hợp x = 2cos(4t)cm. Hãy xác định 1
 π/3 π/6
O j1
A2
A
A1
Giải: Vẽ giãn đồ véc tơ
 A = A1 + A2
Do A1 = A2 = A = 2cm
nên ta có hình thoi , góc tạo bới A1 và A2 là 
mà góc j = . Do vậy j1 = j - = -