Cách tính Tốc độ trung bình, vận tốc trung bình trong dao động điều hòa
A. Phương pháp & Ví dụ
1. Phương pháp
Ví dụ 1: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x = 2cos(2πt + π/4) cm. Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian từ t = 2s đến t = 4,875s là:
A. 7,45m/s B. 8,14cm/s C. 7,16cm/s D. 7,86cm/s
Hướng dẫn:
Bước 1: Tính quãng đường S trong khoảng thời gian Δt = t2 – t1 = 2,875s
Bước 2: Tính tốc độ trung bình: v = S/ Δt = 8,14 cm/s
Ví dụ 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình x = 6cos(20πt + π/6)cm. Vận tốc trung bình của vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí có li độ x = 3cm là:
A. 0,36m/s B. 3,6m/s C. 36cm/s D. Khác
Hướng dẫn:
Bước 1: Tính khoảng thời gian vật đi từ VTCB đến vị trí x = 3 = A/2 dựa vào trục thời gian
Ta dễ dàng tính đươc
Bước 2: Tính vận tốc trung bình
B. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Một vật dao động điều hòa với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình lớn nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/3?
Hiển thị lời giải
Chọn C
Câu 2: Một vật dao động điều hòa với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình lớn nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/6?
Hiển thị lời giải
Chọn D
Câu 3: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình nhỏ nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/3?
Hiển thị lời giải
Chọn B
Câu 4: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tính tốc độ trung bình lớn nhất vật có thể đạt được trong 2T/3?
Hiển thị lời giải
Chọn C
Câu 5: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tính tốc độ trung bình nhỏ nhất vật có thể đạt được trong 3T/4?
Hiển thị lời giải
Chọn C
Câu 6. Một vật dao động điều hòa với chu kỳ T = 4 s, biên độ dao động A = 10 cm. Tìm vận tốc trung bình của vật trong một chu kỳ:
A. 0 cm/s B. 10 cm/s
C. 5 cm/s D. 8 cm/s
Hiển thị lời giải
Chọn A
Câu 7. Một chất điểm dao động điều hoà trên trục Ox có vận tốc bằng 0 tại hai thời điểm liên tiếp t1 = 1,75 và t2 = 2,5s, tốc độ trung bình trong khoảng thời gian đó là 16cm/s. Toạ độ chất điểm tại thời điểm t = 0 là
A. -8 cm B. -4 cm
C. 0 cm D. -3 cm
Hiển thị lời giải
Chọn D
Câu 8. Một chất điểm đang dao động với phương trình: x = 6cos10πt(cm). Tính tốc độ trung bình của chất điểm sau 1/4 chu kì tính từ khi bắt đầu dao động và tốc độ trung bình sau nhiều chu kỳ dao động
A. 1,2m/s và 0 B. 2m/s và 1,2m/s
C. 1,2m/s và 1,2m/s D. 2m/s và 0
Hiển thị lời giải
Chọn C
Câu 9. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T. Trong khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí biên có li độ x = A đến vị trí x = – A/2, chất điểm có tốc độ trung bình là
Hiển thị lời giải
Chọn B
Câu 10. Cho 1 vật dao động điều hòa với biên độ A = 10cm, tần số f = 2Hz. Tốc độ trung bình mà vật có thể đi được trong thời gian 1/6 s là:
A. 30 cm/s B. 30√3 cm/s
C. 60√3 cm/s D. 60 m/s
Hiển thị lời giải
+ Chu kì dao động của con lắc: T = 1/f = 0,5 (s).
Thời gian
* Quãng đường vật đi được nhỏ nhất là A: Vật đi từ x = A/2 ra biên A rồi quay trở lại A/2. Do đó vTBmin = 60cm/s.
Vậy tốc độ trung bình mà vật có thể đi được trong thời gian 1/ 6 s nằm trong khoảng từ 60cm/s tới 60√3 cm/s.
Chọn C
Câu 12. Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với biên độ 10cm, chu kì 2s. Mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Tốc độ trung bình của chất điểm trong khoảng thời gian ngắn nhất khi chất điểm đi từ vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng đến vị trí có động năng bằng 1/3 thế năng là:
A. 21,96 cm/s. B. 14,64 cm/s.
C. 7,32 cm/s. D. 26,12 cm/s.
Hiển thị lời giải
Câu 14. Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox. Tốc độ trung bình của chất điểm tương ứng với khoảng thời gian thế năng không vượt quá ba lần động năng trong một nửa chu kỳ là 300√3 cm/s. Tốc độ cực đại của dao động là
A. 400 cm/s. B. 200 cm/s.
C. 2π m/s. D. 4π m/s.
Hiển thị lời giải
Câu 15. Một vật dao động điều hoà trong 1 phút thực hiện được 50 dao động và đi được quãng đường là 16 m. Tính tốc độ trung bình bé nhất mà vật có thể đạt được trong khoảng thời gian dao động bằng 1,6 s?
A. 15 cm/s. B. 18 cm/s.
C. 20 cm/s. D. 25 cm/s.
Hiển thị lời giải
Chu kì dao động T = t/N = 60/50 = 1,2 s
Quãng đường vật đi được trong 1 chu kì là S = 4A
⇒ N = 50 chu kì với quãng đường 16 cm = 50.4A
→ biên độ A = 16/(50.4) = 0,08 m = 8 cm
So sánh thời gian đề cho với chu kì T ⇒ t = 1,6 s > 1,2 s
Nên để có tốc độ trung bình bé nhất thì vật phải đi được quãng đường ngắn nhất trong thời gian t. Suy ra vật phải đi qua vị trí lân cận biên và đối xứng.
Khoảng thời gian còn lại: Δt = 1,6 – 1,2 = 0,4 s
Góc quay: Δα = ωΔt = 2π.0,4/1,2 = 2π/3
Góc quay ban đầu của vật là |φ| = π/3
Quãng đường đi trong thời gian Δt = 0,4 s là: s = 2A(1 – cosφ) = 8 cm
Tốc độ trung bình bé nhất: v = (s + 4A) / t = (8 + 4.8) / 1,5 = 25 cm/s
Chọn D
Câu 16. Một vật dao động điều hòa với phương trình x = Acosωt. Tỉ số giữa tốc độ trung bình và vận tốc trung bình khi vật đi được
Câu 17. Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một quỹ đạo thẳng dài 14 cm với chu kì 1 s. Từ thời điểm vật qua vị trí có li độ 3,5 cm theo chiều dương đến khi gia tốc của vật đạt giá trị cực tiểu lần thứ hai, vật có tốc độ trung bình là
A. 27,0 cm/s. B. 26,7 cm/s.
C. 28,0 cm/s. D. 27,3 cm/s.
Hiển thị lời giải
Chiều dài quỹ đạo của vật là 14 cm, nên bên độ dao động là A = 7 cm.
Gia tốc của vật a = -ω2x, ma -A ≤ x ≤ A, suy ra -ω2A ≤ A ≤ ω2A, nên gia tốc đạt gia trị cực tiểu khi x = A.
Từ đó ta hình dung được quỹ đạo đường đi của vật như sau: thời điểm ban đầu vật đi qua vị trí có li độ 3,5 cm theo chiều dương, đến biên dương lần thứ nhất (gia tốc cực tiểu lần thứ nhất), đi tiếp 1 chu kì sẽ đến biên dương lần thứ hai (gia tốc cực tiểu lần thứ hai).
Tổng quảng đường vật đi được là: 3,5 + 4.7 = 31,5 cm.
Câu 18. Một chất điểm dao động điều hòa dọc theo trục Ox có vận tốc bằng không tại hai thời điểm liên tiếp (gần nhau nhất) là t1 = 1,75s; t2 = 2,5s; tốc độ trung bình trong khoảng thời gian đó là 16 cm/s. Ở thời điểm t = 0 chất điểm ở cách gốc tọa độ một khoảng là:
A. 2cm B. 4 cm C. 3cm D. 1cm
Hiển thị lời giải
Vận tốc bằng không tại hai thời điểm liên tiếp (gần nhau nhất) là t1 = 1,75s và t2 = 2,5s.
Chu kỳ dao động của vật là: T = 2.(t2 – t1) = 1,5s
Tốc độ trung bình trong dao động điều hòa
Bài tập và hướng dẫn giải
Câu 2:
Một vật dao động điều hòa với phương trình x=Acos(ωt). Hãy xác định tỉ số giữa tốc độ trung
Câu 3:
Vận tốc của một chất điểm dao động điều hoà khi qua vị trí cân bằng là 20 cm/s. Tốc độ trung bình của chất điểm trong một chu kì là bao nhiêu?
Bài giải
Tốc độ trung bình của chất điểm trong một chu kì là 0 cm/s vì sau 1 chu kì trạng thái dao động của vật lại trở vể như ban đầu (độ dời: Δx=0)
Câu 4:
Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với biên độ 10 cm, chu kì 2 s. Mốc thế năng ở VTCB. Tốc độ trung bình của chất điểm trong khoảng thời gian ngắn nhất khi chất điểm đi từ vị trí có động
Ví dụ 1: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x = 2cos(2πt + π/4) cm. Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian từ t = 2s đến t = 4,875s là:
A. 7,45m/s B. 8,14cm/s C. 7,16cm/s D. 7,86cm/s
Hướng dẫn:
Bước 1: Tính quãng đường S trong khoảng thời gian Δt = t2 – t1 = 2,875s
Bước 2: Tính tốc độ trung bình: v = S/ Δt = 8,14 cm/s
Ví dụ 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình x = 6cos(20πt + π/6)cm. Vận tốc trung bình của vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí có li độ x = 3cm là:
A. 0,36m/s B. 3,6m/s C. 36cm/s D. Khác
Hướng dẫn:
Bước 1: Tính khoảng thời gian vật đi từ VTCB đến vị trí x = 3 = A/2 dựa vào trục thời gian
Ta dễ dàng tính đươc
Bước 2: Tính vận tốc trung bình
Bài tập: Tốc độ trung bình và vận tốc trung bình trong dao động điều hòa
Câu 1: Một vật dao động điều hòa với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình lớn nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/3?
Câu 2: Một vật dao động điều hòa với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình lớn nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/6?
Câu 3: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tìm tốc độ trung bình nhỏ nhất của vật có thể đạt được trong khoảng thời gian Δt = T/3?
Câu 4: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tính tốc độ trung bình lớn nhất vật có thể đạt được trong 2T/3?
Câu 5: Một vật dao động với biên độ A, chu kỳ T. Tính tốc độ trung bình nhỏ nhất vật có thể đạt được trong 3T/4?
Câu 6. Một vật dao động điều hòa với chu kỳ T = 4 s, biên độ dao động A = 10 cm. Tìm vận tốc trung bình của vật trong một chu kỳ:
A. 0 cm/s B. 10 cm/s C. 5 cm/s D. 8 cm/s
Câu 7. Một chất điểm dao động điều hoà trên trục Ox có vận tốc bằng 0 tại hai thời điểm liên tiếp t1 = 1,75 và t2 = 2,5s, tốc độ trung bình trong khoảng thời gian đó là 16cm/s. Toạ độ chất điểm tại thời điểm t = 0 là
A. -8 cm B. -4 cm C. 0 cm D. -3 cm
Câu 8. Một chất điểm đang dao động với phương trình: x = 6cos10πt(cm). Tính tốc độ trung bình của chất điểm sau 1/4 chu kì tính từ khi bắt đầu dao động và tốc độ trung bình sau nhiều chu kỳ dao động
A. 1,2m/s và 0 B. 2m/s và 1,2m/s C. 1,2m/s và 1,2m/s D. 2m/s và 0
Câu 9. Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T. Trong khoảng thời gian ngắn nhất khi đi từ vị trí biên có li độ x = A đến vị trí x = – A/2, chất điểm có tốc độ trung bình là
Đáp án
| 1. C | 2. D | 3. B | 4. C | 5. C | 6. A | 7. D | 8. C | 9. B |
Để lại một phản hồi