Bài tập lí thuyết động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa lớp 11 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài tập lí thuyết động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa lớp 11 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài tập lí thuyết động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa.

Bài tập lí thuyết động năng, thế năng, sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa lớp 11 (cách giải + bài tập)

A. Lí thuyết và phương pháp giải

Sử dụng các kiến thức lí thuyết

B. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1. Một con lắc lò xo gồm lò xo khối lượng không đáng kể, độ cứng k, một đầu cố định và một đầu gắn với viên bi nhỏ khối lượng m. Con lắc này đang dao động điều hoà có cơ năng

A. tỉ lệ nghịch với độ cứng k của lò xo.

B. tỉ lệ với bình phương biên độ dao động.

C. tỉ lệ với bình phương chu kì dao động.

D. tỉ lệ nghịch với khối lượng m của viên bi.

Hướng dẫn giải

Cơ năng của con lắc lò xo khi dao động điều hoà:

$W=\frac{1}{2}k{A}^2=\frac{1}{2}m{\omega }^2{A}^2=\frac{1}{2}m{\left(\frac{2\pi }{T}\right)}^2{A}^2$. Chọn B.

Ví dụ 2. Treo quả cầu vào sợi dây mảnh không co giãn để tạo thành một con lắc đơn. Trong quá trình dao động điều hoà của con lắc đơn đó, có sự biến đổi qua lại giữa

A. động năng và thế năng đàn hồi.

B. thế năng đàn hồi và thế năng hấp dẫn.

C. thế năng đàn hồi và cơ năng.

D. động năng và thế năng hấp dẫn.

Hướng dẫn giải

Đối với con lắc đơn thì động năng và thế năng hấp dẫn biến đổi qua lại, tổng của chúng chính là cơ năng. Chọn D.

Ví dụ 3. Phương trình dao động điều hoà của một chất điểm dao động là: $x=A\text{cos}\left(\omega t+\frac{2\pi }{3}\right)\left(\text{cm}\right)$. Biểu thức động năng của nó biến thiên theo thời gian là

A. $W_d=\frac{m{A}^2{\omega }^2}{4}\left[1+\text{cos}\left(2\omega t+\frac{\pi }{3}\right)\right]$.

B. $W_{\text{d}}=\frac{m{A}^2{\omega }^2}{4}\left[1-\text{cos}\left(2\omega t+\frac{4\pi }{3}\right)\right]$.

C. $W_d=\frac{m{A}^2{\omega }^2}{4}\left[1+\text{cos}\left(2\omega t+\frac{4\pi }{3}\right)\right]$.

D. $W_{\text{d}}=\frac{m{A}^2{\omega }^2}{4}\left[1-\text{cos}\left(2\omega t+\frac{\pi }{3}\right)\right]$.

Hướng dẫn giải

$W_d=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}m{\left(x\text{'}\right)}^2=\frac{1}{2}m{\left[A\omega \cos \left(\omega t+\frac{2\pi }{3}+\frac{\pi }{2}\right)\right]}^2$

$=\frac{1}{2}m{A}^2{\omega }^2{\cos }^2\left(\omega t+\frac{7\pi }{6}\right)=\frac{m{A}^2{\omega }^2}{4}\left[1+\cos \left(2\omega t+\frac{7\pi }{3}\right)\right]$

Chọn C.

C. Bài tập minh hoạ

Câu 1: Khi nói về cơ năng của vật dao động điều hòa, phát biểu nào dưới đây sai?

A. Động năng và thế năng biến đổi cùng chu kỳ.

B. Động năng biến đổi cùng chu kỳ với vận tốc.

C. Tổng động năng và thế năng không thay đổi theo thời gian.

D. Thế năng biến đổi với tần số gấp 2 lần tần số của li độ.

Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa?

A. Động năng đạt giá trị lớn nhất khi vật có li độ cực đại.

B. Khi vật chuyển động về phía vị trí cân bằng thì thế năng tăng dần.

C. Cơ năng của vật dao động tỷ lệ thuận với biên độ.

D. Thế năng của vật dao động bằng cơ năng khi vận tốc của vật bằng 0

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa?

A. Khi vật ở vị trí biên thì thế năng của hệ lớn nhất.

B. Khi vật đi qua vị trí cân bằng thì động năng của hệ lớn nhất.

C. Khi vật chuyển động về vị trí cân bằng thì thế năng của hệ giảm còn động năng của hệ tăng lên.

D. Khi động năng của hệ tăng lên bao nhiêu lần thì thế năng của hệ giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại

Câu 4: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa?

A. Khi vật chuyển về vị trí cân bằng thì động năng tăng và thế năng giảm.

B. Khi vật ở vị trí cân bằng thì động năng đạt giá trị cực đại.

C. Động năng bằng thế năng khi x = $\pm \frac{A\sqrt{2}}{2}$.

D. Khi gia tốc bằng 0 thì thế năng bằng cơ năng

Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa?

A. Động năng của chất điểm biến thiên tuần hoàn theo thời gian.

B. Động năng của chất điểm biến thiên điều hòa theo tần số f.

C. Động năng của chất điểm biến thiên tuần hoàn theo tần số 2f.

D. Động năng của chất điểm là một đại lượng bảo toàn, không phụ thuộc vào thời gian

Câu 6: Phát biểu nào sau đây là không đúng? Cơ năng của một vật dao động điều hoà

A. tỉ lệ nghịch với bình phương của chu kỳ dao động.

B. bằng thế năng của vật ở vị trí biên.

C. tỉ lệ thuận với biên độ dao động.

D. bằng động năng của vật khi qua vị trí cân bằng.

Câu 7: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về năng lượng của vật dao động điều hòa? A. Khi vật chuyển động về vị trí cân bằng thì thế năng của vật tăng.

B. Khi động năng của vật tăng thì thế năng cũng tăng.

C. Khi vật dao động ở vị trí cân bằng thì động năng của hệ lớn nhất.

D. Khi vật chuyển động về vị trí biên thì động năng của vật tăng.

Câu 8: Một con lắc lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m, dao động với biên độ A. Thay vật nặng bằng vật có khối lượng 2m và cũng cho dao động với biên độ bằng A thì năng lượng dao động của vật sẽ

A. giảm 4 lần.

B. tăng 4 lần.

C. tăng 2 lần.

D. không đổi.

Câu 9: Trong quá trình dao động điều hòa của con lắc lò xo thì

A. cơ năng và động năng biến thiên tuần hoàn cùng tần số, tần số đó gấp đôi tần số dao động.

B. sau mỗi lần vật đổi chiều, có 2 thời điểm tại đó cơ năng gấp hai lần động năng.

C. khi động năng tăng, cơ năng giảm và ngược lại, khi động năng giảm thì cơ năng tăng.

D. cơ năng của vật bằng động năng khi vật đổi chiều chuyển động.

Câu 10: Khi nói về một vật dao động điều hoà với biên độ A và tần số f, trong những phát biểu dưới đây:

(1) Cơ năng biến thiên tuần hoàn với tần số 2f.

(2) Cơ năng bằng thế năng tại thời điểm vật ở biên.

(3) Cơ năng tỉ lệ thuận với biên độ dao động.

(4) Khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên, thế năng giảm, động năng tăng.

(5) Khi vật đi từ biên về vị trí cân bằng, thế năng giảm, động năng tăng.

Số phát biểu đúng là

A. 1.

B. 3.

C. 2.

D. 4.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 11 hay, chi tiết khác:

• Năng lượng của con lắc lò xo, con lắc đơn
• Bài tập lí thuyết dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng
• Bài toán cộng hưởng
• Bài toán sử dụng đồ thị năng lượng trong dao động điều hoà
• Mối quan hệ giữa động năng và thế năng

---