Chuyên đề Vật lý 11 Dao động tắt dần Dao động cưỡng bức Hiện tượng cộng hưởng

Dao động tắt dần Dao động cưỡng bức Hiện tượng cộng hưởng Vật lý 11 có đáp án

Chuyên đề Vật lý 11: Dao động tắt dần, Dao động cưỡng bức, Hiện tượng cộng hưởng giúp học sinh hệ thống các kiến thức quan trọng về những dạng dao động đặc biệt. Nội dung làm rõ đặc điểm, nguyên nhân và điều kiện xảy ra cộng hưởng, đồng thời hỗ trợ học sinh vận dụng kiến thức vào bài tập Vật lý 11 KNTT và quá trình ôn luyện.

A. DAO ĐỘNG TẮT DẦN

1. Khái niệm dao động tắt dần

Dao động tắt dần là dao động do có lực cản của môi trường mà biên độ (hay cơ năng) giảm dần theo thời gian.

2. Đặc điểm của dao động tắt dần

Lực cản môi trường càng lớn thì dao động tắt dần xảy ra càng nhanh.

Nếu vật dao động điều hoà với tần số ω₀ mà chịu thêm lực cản nhỏ, thì dao động của vật tắt dần chậm. Dao động tắt dần chậm cũng có biên độ giảm dần theo thời gian cho đến 0.

3. Ứng dụng của sự tắt dần dao động

Cái giảm xóc của xe

• Khi xe chạy qua những chổ mấp mô thì khung xe dao động, người ngồi trên x e cũng dao động theo và gây khó chịu cho người đó. Để khắc phục hiện tượng trên người ta chế tạo ra một thiết bị gọi là cái giảm rung.
• Cái giảm rung gồm một pít tông có những chỗ thủng chuyển động thẳng đứng bên trong một xy lanh đựng đầy dầu nhớt, pít tông gắn với khung xe và xy lanh gắn với trục bánh xe. Khi khung xe dao động trên các lò xo giảm xóc, thì pít tông cũng dao động theo, dầu nhờn chảy qua các lỗ thủng của pít tông tạo ra lực cản lớn làm cho dao động pít tông này chóng tắt và dao động của khung xe cũng chóng tắt theo.
• Lò xo cùng với cái giảm rung gọi chung là bộ phận giảm xóc.

B. DAO ĐỘNG DUY TRÌ

• Nếu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động tắt dần (bằng cách tác dụng một ngoại lực cùng chiều với chiều chuyển động của vật dao động trong từng phần của chu kì) để bù lại phần năng lượng tiêu hao do ma sát mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, khi đó vật dao động mải mải với chu kì bằng chu kì dao động riêng của nó, dao động này gọi là dao động duy trì. Ngoại lực tác dụng lên vật dao động thường được điều khiển bởi chính dao động đó.
• Khái niệm: là dạng dao động được duy trì bằng cách cung cấp năng lượng trong mỗi chu kì để bổ sung vào phần năng lượng bị tiêu hao do ma sát nhưng không làm thay đổi chu kỳ riêng của nó.
• Đặc điểm:có tần số dao động bằng với tần số riêng của vật dao động f_dt = f₀

C. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC VÀ CỘNG HƯỞNG

1. Dao động cưỡng bức

Khái niệm:Dao động cưỡng bức là dao động mà hệ chịu thêm tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn (gọi là lực cưỡng bức) có biểu thức F = F₀cos(ω_nt + φ) .Trong đó:

F₀ là biên độ của ngoại lực(N)

ω_n = 2πf_n với f_n là tần số của ngoại lực

2. Đặc điểm của dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là dao động điều hòa (có dạng hàm sin).

Tần số dao động cưỡng bức chính là tần số của lực cưỡng bức f_cb = f_n

• Biên độ dao động cưỡng bức (A_cb) phụ thuộc vào các yếu tố sau:
• Sức cản môi trường (F_ms giảm→ A_cb tăng)
• Biên độ ngoại lực F₀ (A_cb tỉ lệ thuận với F₀)
• Mối quan hệ giữa tần số ngoại lực và tần số dao động riêng (A_cb càng tăng khi |f_n - f₀| càng giảm). Khi |f_n - f₀| = 0 thì (A_cb)_max

3. Hiện tượng cộng hưởng

Khái niệm: là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại (A_cb)_max khi tần số ngoại lực (f_n) bằng với tần số riêng (f₀ ) của vật dao động . Hay: (A_cb)_max Û f_n = f₀

Ứng dụng

Hiện tượng cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ: chế tạo tần số kế, lên dây đà n...

Tác dụng có hại của cộng hưởng:

Mỗi một bộ phận trong máy (hoặc trong cây cầu) đều có thể xem là một hệ dao động có tần số góc riêng ω₀.

Khi thiết kế các bộ phận của máy (hoặc cây cầu) thì cần phải chú ý đến sự trùng nhau giữa tần số góc ngoại lực ω và tần số góc riêng ω₀của các bộ phận này, nếu sự trùng nhau này xảy ra (cộng hưởng) thì các bộ phận trên dao động cộng hưởng với biên độ rất lớn và có thể làm gãy các chi tiết trong các bộ phận này.

4. Phân biệt dao động cưỡng bức và dao động duy trì

Dao động cưỡng bức với dao động duy trì

Giống nhau:

- Đều xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực.

- Dao động cưỡng bức khi cộng hưởng cũng có tần số bằng tần số riêng của vật.

Khác nhau:

Dao động cưỡng bức	Dao động duy trì
- Ngoại lực là bất kỳ, độc lập với vật - Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số fn của ngoại lực - Biên độ của hệ phụ thuộc vào F0 và |fn – f0|	- Lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó - Dao động với tần số đúng bằng tần số dao động riêng f0 của vật - Biên độ không thay đổi

Cộng hưởng với dao động duy trì

Giống nhau: Cả hai đều được điều chỉnh để tần số ngoại lực bằng với tần số dao động tự do của hệ.

Khác nhau:

Cộng hưởng	Dao đông duy trì
- Ngoại lực độc lập bên ngoài. - Năng lượng hệ nhận được trong mỗi chu kì dao động do công ngoại lực truyền cho lớn hơn năng lượng mà hệ tiêu hao do ma sát trong chu kì đó.	- Ngoại lực được điều khiển bởi chính dao động ấy qua một cơ cấu nào đó. - Năng lượng hệ nhận được trong mỗi chu kì dao động do công ngoại lực truyền cho đúng bằng năng lượng mà hệ tiêu hao do ma sát trong chu kì đó.

C. BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC, DAO ĐỘNG TẮT DẦN, HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG CÓ ĐÁP ÁN

Câu 1. Dao động duy trì là dao động tắt dần mà người ta đã.

1. Làm mất lực cản của môi trường đối với vật chuyển động.
2. Tác dụng ngoại lực biến đổi điều hoà theo thời gian vào dao động.
3. Tác dụng ngoại lực vào vật dao động cùng chiều với chuyển động trong một phần của từng chu kỳ.
4. Kích thích lại dao động sau khi dao động bị tắt dần.

Câu 2. Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc.

1. Pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
2. Biên độ của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
3. Tần số của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
4. Hệ số lực cản của ma sát nhớt. tác dụng lên vật.

Câu 3. Phát biểu nào sau đây là không đúng .

1. Biên độ của dao động riêng chỉ phụ thuộc vào cách kích thích ban đầu để tạo lên dao động.
2. Biên độ của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian.
3. Biên độ của dao động duy trì phụ thuộc vào phần năng lượng cung cấp thêm cho dao động trong mỗi chu kỳ.
4. Biên độ của dao động cưỡng bức chỉ phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức.

Câu 4. Phát biểu nào sau đây là không đúng .

1. Tần số của dao động cưỡng bức luôn bằng tần số của dao động riêng.
2. Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.
3. Chu kỳ của dao động cưỡng bức không bằng chu kỳ của dao động riêng.
4. Chu kỳ của dao động cưỡng bức bằng chu kỳ của lực cưỡng bức.

Câu 5. Nhận định nào sau đây sai khi nói về dao động cơ học tắt dần.

1. Dao động tắt dần có động năng giảm dần còn thế năng biến thiên điều hòA.
2. Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.
3. Lực ma sát càng lớn thì dao động tắt càng nhanh.
4. Trong dao động tắt dần, cơ năng giảm dần theo thời gian.

Câu 6. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là đúng .

1. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức.
2. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức.
3. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
4. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức.

Câu 7. Nhận xét nào sau đây là không đúng .

1. Dao động tắt dần càng nhanh nếu lực cản của môi trường càng lớn.
2. Dao động duy trì có chu kỳ bằng chu kỳ dao động riêng của con lắc.
3. Dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.
4. Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào tần số lực cưỡng bức.

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là đúng .

1. Trong dao động tắt dần, một phần cơ năng đã biến đổi thành nhiệt năng.
2. Trong dao động tắt dần, một phần cơ năng đã biến đổi thành hoá năng.
3. Trong dao động tắt dần, một phần cơ năng đã biến đổi thành điện năng.
4. Trong dao động tắt dần, một phần cơ năng đã biến đổi thành quang năng.

📚 Phần tiếp theo của tài liệu đã được tổng hợp trong file đính kèm, mời bạn tải về để đọc tiếp.

ĐÁP ÁN BÀI TẬP

1C

2A

3D

4A

5A

6C

7D

8A

9D

10A

11C

12B

13A

14A

15C

16A

17C

18A

19C

20B

21B

22D

23D

------------------------------------------

Qua chuyên đề dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng, học sinh có thể phân biệt đặc điểm của từng loại dao động và hiểu được vai trò của tần số trong hiện tượng cộng hưởng. Luyện tập các câu hỏi và bài tập có đáp án sẽ giúp củng cố lý thuyết, tăng khả năng nhận dạng dạng bài và nâng cao hiệu quả ôn luyện Vật lý 11.