Bài toán tính quãng đường và thời gian trong dao động điều hòa

BÀI TOÁN TÍNH QUÃNG ĐƯỜNG VÀ THỜI GIAN TRONG DĐĐH I. PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1. Bài toán tìm thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí x1 đến vị trí x2 . Cách 1: tính và từ đó suy ra j1 và j2 ( Chú ý (0 ≤ φ1, φ2 ≤ π) ) Khoảng thời gian cần tìm là: Dt = -A A x2 x1 O x M N Dj x1 x2 O x A -A N M Dj Cách 2: Sử dụng mối liên hệ giữa dđ đh và cđ tròn đều. + Vẽ đường tròn với bán kính bằng biên độ A của dđ đh. + Vẽ trục Ox nằm ngang + Biểu diễn các tọa độ x1, x2 lên trục Ox ( chú ý đến dấu ) v < 0 + Gióng các đường vuông góc với Ox xác định M, N trên đường tròn. (Chú ý đến chiều dương của chuyển động tròn đều là ngược chiều kim đồng hồ) v > 0 + Từ hình vẽ tính Dj rồi suy ra Dt = 2. Bài toán tìm quãng đường đi được từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 trong dao động điều hòa Chú ý: - Quãng đường đi được trong 1 chu kì luôn là 4A, quãng đường đi được trong nữa chu kì luôn là 2A bất kể vật xuất phát ở vị trí nào. - Quãng đường đi được trong ¼ chu kì là A nếu vật xuất phát từ VTCB hoặc vị trí biên Cách 1: * Phân tích Dt = t2 – t1 = nT + +t0 + Quãng đường đi được trong khoảng thời gian nT + là s1 = n.4A + 2A + Quãng đường S2 vật đi được trong thời gian t0 được tính như sau: Xác định: và ( Chú ý: t* = t1 + nT + ) FNếu v1 và v2 cùng dấu thì s2 = FA -A x1 x2 O x Nếu v1 và v2 trái dấu thì ta dùng sơ đồ để tìm s2. Ví dụ: Trong trường hợp v1>0 và v2<0 ta biểu diễn như sơ đồ khi đó s2 = A + * Vậy s = s1 + s2 F1 F2 M N s’ Dj O Cách 2: Dùng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và cđ tròn đều Xác định vị trí bắt đầu quét F1 = (wt1+j) và vị trí quét đến F2 = (wt2+j) Suy ra DF = F2 - F1 = n.2p + Dj Quãng đường vật đi được khi góc quét được là n.2p là n.4A. Vậy s = n.4A + s’ Quãng đường s’ được tính như sau: s’ = MN = OM + ON II. MỘT SỐ VÍ DỤ Câu 1: Một lò xo chiều dài tự nhiên treo thẳng đứng, đầu dưới có một vật khối lượng m. Khi cân bằng lò xo dãn 10cm. Chọn trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống, gốc toạ độ tại vị trí cân bằng. Kích thích cho quả cầu dao động với phương trình: . Chiều dài lò xo khi quả cầu dao động được một phần tư chu kỳ kể từ lúc bắt đầu dao động là: A. 50cm. B. 40cm. C. 42cm. D. 48cm. Câu 2: Một con lắc lò xo dao động với phương trình: . Quãng đường vật đi được trong thời gian 30s kể từ lúc t0 = 0 là: A. 16cm. B. 3,2m. C. 6,4cm. D. 9,6m. Câu 3: Một vật dao động điều hoà với phương trình: . Trong khoảng thời gian đầu tiên kể từ thời điểm t0 = 0, vật đi được 2cm. Độ cứng của lò xo là: A. . B. . C. . D. . Câu 4: Một con lắc lò xo có độ cứng , vật nặng khối lượng , dao động điều hoà với biên độ . Lấy t0 = 0 lúc vật ở vị trí biên thì quãng đường vật đi được trong thời gian đầu tiên là: A. 12cm. B. 8cm. C. 16cm. D. 24cm. Câu 5: Một con lắc lò xo dao động theo phương ngang với phương trình: . Thời gian ngắn nhất từ lúc t0 = 0 đến thời điểm vật có li độ -5cm là: A. . B. . C. . D. . Câu 6: Con lắc lò xo treo thẳng đứng. Chọn trục toạ độ thẳng đứng, gốc toạ độ ở vị trí cân bằng, có chiều dương hướng xuống. Kéo vật xuống một đoạn x = xm (xm: biên độ) rồi thả nhẹ lúc t0 = 0. Thời gian nó lên đến vị trí x = – lần đầu tiên là: A. (T là chu kỳ) B. (w là tần số góc) C. (T là chu kỳ) D. (T là chu kỳ) Câu 7: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, đầu dưới treo một vật khối lượng m. Chọn gốc toạ độ ở vị trí cân bằng, trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng lên. Kích thích quả cầu dao động với phương trình: . Lấy . Thời gian vật đi từ t0 = 0 đến vị trí lò xo không biến dạng lần thứ nhất là: A. . B. . C. . D. . Câu 8: Một lò xo treo thẳng đứng, đầu trên cố định, đầu dưới có vật nặng , độ cứng . Lấy . Chọn trục Ox thẳng đứng, chiều dương hướng xuống. Vật dao động với phương trình: . Thời điểm lúc vật qua vị trí lò xo bị dãn 2cm lần đầu tiên là: A. . B. . C. . D. . Câu 9: Một con lắc lò xo dao động điều hoà với chu kì 2s, trên 1 quĩ đạo dài 6cm. Thời gian vật đi được 3 cm kể từ vị trí cân bằng là: A. 0,25 s B. 0,5 s C. 1 s D. 2 s Câu 10: Một vật nhỏ dao động điều hòa dọc theo trục x với chu kì T = 1s với phương trình x = 2cos(wt + j) (cm,s). quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 = 13/6 (s) đến 11/3 (s) là A. 9cm B. 27cm C. 6cm D. 12cm Câu 11: Một vật nhỏ dao động điều hòa dọc theo trục x với phương trình x = 2cos(2p/T - p/12) (cm,s). Quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 = 7T/24(s) đến thời điểm t2 = 61T/24(s) là A. 9cm B. 27cm C. 18cm D. 12cm Câu 12: Một vật nhỏ dao động điều hòa dọc theo trục x với phương trình x = 7cos(pt). Quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 = 1/12 đến thời điểm t2 = 0,625s là A. 31,5cm B. 31,4cm C. 31,3cm D. Một giá trị khác Câu 13: Một vật dao động điều hòa theo phương trình x = 9cos(10pt - p/3) (cm,s). trong khoảng thời gian 4/15s kể từ lúc vật bắt đầu dao động vật đi được quãng đường là A. 44cm B. 45cm C. 46cm D. 47cm Câu 14: Một chất điểm dao động điều hòa theo trục Ox với phương trình x = 5cos(2ptt - p/3) (cm,s). Quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 = 13,25s đến thời điểm 16,25s là A. 125cm B. 45cm C. 70cm D. 35cm Câu 15: Một con lắc lò xo có k = 100N/m; m = 0,25kg dao động điều hòa với biên độ A = 6cm. chọn gốc thời gian lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Quãng đường vật đi trong 0,1p(s) đầu tiên là A. 9cm B. 24cm C. 6cm D. 12cm Câu 16: Một con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ 6cm và chu kì 1s. Tại t = 0, vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm của trục toạ độ. Tổng quãng đường đi được của vật trong khoảng thời gian 2,375s kể từ thời điểm được chọn làm gốc là: A. 48cm B. 50cm C. 55,76cm D. 42cm