Các dạng bài tập Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì có lời giải



Các dạng bài tập Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì có lời giải

Phần Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì Vật Lí lớp 12 với các dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 50 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì hay nhất tương ứng.

Lý thuyết Dao động tắt dần - Dao động cưỡng bức

I) So sánh giữa các loại dao động

Dao động tự do Dao động tắt dần Dao động duy trì Dao động cưỡng bức
Khái niệm

- Có tần số chỉ phụ thuộc vào các đặc tính riêng của hệ mà không phụ thuộc vào vác yếu tố môi trường.

- Tần số đó gọi là tần số dao động riêng của hệ f0

- Có biên độ (cơ năng) giảm dần theo thời gian.

- Dao động tắt dần là do lực ma sát và lực cản của môi trường.

- Có biên độ được giữ không đổi mà không làm thay đổi tần số dao động riêng f0 của hệ.

- Bằng cách cung cấp cho nó sau mỗi chu kỳ một phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng mất đi do ma sát.

- Chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn với tần số f, giữ cho dao động không bị tắt.

- Khi ấy hệ dao động với tần số f của ngoại lực

Đặc điểm

- Biên độ không đổi: A

- Tần số: f0

- Không có lực cản

- Biện độ giảm dần

- Tần số: f0

- Có lực cản

- Biên độ không đổi: A

- Tần số: f0

- Có lực cản

- Biên độ không đổi: A

Phụ thuộc vào: biên độ của lực cưỡng bức; độ chênh lệch giữa tần số dao động riêng và tần số của lực cưỡng bức và lực cản của môi trường.

- Tần số: f

- Có lực cản

VD Khi không có ma sát dao động của con lắc lò xo hay con lắc đơn là dao động tự do. Gảy một chiếc dây đàn, nó sẽ dao động rồi tắt dần. Những người chơi đu duy trì dao động của chiếc đu bằng cách Chiếc xe chuyển động thẳng đều trên đoạn đường có các ghờ giảm tốc cách đều nhau một khoảng s.
Ứng dụng Các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô,... Dao động của con lắc đồng hồ. Dao động của cân rung, mạch chọn sóng trong đài FM,...

II) Hiện tượng cộng hưởng:

     - Khái niệm: Là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động.

     - Ứng dụng: hộp đàn của đàn ghita là hộp cộng hưởng làm cho âm thanh to hơn,...

     - Tuy nhiên nó cũng có tác hại: ở Napoleon chỉ huy quân Pháp tiến đánh Tây Ban Nha. Khi đội quân đi qua một cây cầu treo, toàn bộ binh lính đã bước đều răm rắp theo khẩu lệnh. Khi họ sắp tới đầu cầu bên kia một đầu cầu bung ra và rơi xuống dòng sông. Nguyên nhân là do đoàn quân đi đều nên có tần số tác dụng lực, khi tần số này gần với tần số riêng của cây cầu hiện tưởng cộng hưởng xảy ra làm cầu dao động mạnh và sập.

Bài tập trắc nghiệm Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì

Câu 1. Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là

A. biên độ và gia tốc

B. li độ và tốc độ

C. biên độ và năng lượng

D. biên độ và tốc độ

Theo định nghĩa về dao động tắt dần thì biên độ và năng lượng giảm liên tục theo thời gian.

Câu 2. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức.

B. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức.

C. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

D. Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức.

A.đúng vì dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức.

B. sai vì biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số ngoại lực tỉ lệ với biên độ của ngoại lực.

C. sai vì dao động cưỡng bức có biên độ thay đổi và đạt cực đại khi tần số lực cưỡng bức bằng tần số riêng

D. sai vì dao động cưỡng bức có tần số chính là tần số của lực cưỡng bức.

Câu 3. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động

A. với tần số bằng tần số dao động riêng.

B. mà không chịu ngoại lực tác dụng.

C. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng.

D. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng.

Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động với tần số lớn hơn tần số dao động riêng.

Câu 4. Một vật dao động tắt dần có các đại lượng nào sau đây giảm liên tục theo thời gian?

A. Biên độ và tốc độ

B. Biên độ và gia tốc

C. Li độ và tốc độ

D. Biên độ và cơ năng

Một vật dao động tắt dần có các đại lượng nào sau đây giảm liên tục theo thời gian là biên độ và cơ năng.

Câu 5. Đối với dao động cơ, hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của lực cưỡng bức

A. rất nhỏ so với tần số riêng của hệ.

B. bằng chu kỳ riêng của hệ.

C. bằng tần số riêng của hệ

D. rất lớn so với tần số riêng của hệ.

Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số (chu kỳ) của dao động cưỡng bức bằng với tần số (chu kỳ) của dao động riêng của hệ.

Câu 6. Nhận định nào sau đây là sai khi nói về dao động cơ học tắt dần?

A. Trong dao động tắt dần, cơ năng giảm dần theo thời gian.

B. Lực ma sát càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh.

C. Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian

D. Dao động tắt dần có động năng giảm dần còn thế năng biến thiên điều hoà.

Cơ năng có biểu thức W = (1/2)mω2A2 nên cơ năng tỉ lệ với bình phương biên độ vì thế cơ năng giảm nhanh hơn biên độ (A đúng).

Nguyên nhân tắt dần là do lực cản của môi trường vì thế lực cản càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh (B đúng). Theo định nghĩa thì dao động tắt dần là dao động có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian (C đúng). Dao động tắt dần không còn tính tuần hoàn nữa nên động năng và thế năng biến thiên không tuần hoàn suy ra không điều hòa (D sai).

Câu 7. Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động

A. với tần số bằng tần số dao động riêng.

B. với tần số nhỏ hơn tần số dao động riêng.

C. với tần số lớn hơn tần số dao động riêng.

D. mà không chịu ngoại lực tác dụng

Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng cơ thì vật tiếp tục dao động với tần số bằng tần số dao động riêng.

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động cơ học?

A. Biên độ của dao động cưỡng bức của một hệ cơ học khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng không phụ thuộc vào lực cản của môi trường.

B. Tần số dao động cưỡng bức của một hệ cơ học bằng tần số của ngoại lực điều hoà tác dụng lên hệ ấy.

C. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của ngoại lực điều hoà bằng tần số dao động riêng của hệ.

D. Tần số dao động tự do của một hệ cơ học là tần số dao động riêng của hệ ấy.

Khi đọc xong 4 đáp án thì ta nhận thấy rằng:

C luôn đúng vì hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của ngoại lực điều hoà bằng tần số dao động riêng của hệ.

D cũng luôn đúng vì tần số dao động tự do của một hệ cơ học là tần số dao động riêng của hệ ấy. Trong dao động cưỡng bức thì tần số dao động cưỡng bức của một hệ cơ học bằng tần số của ngoại lực điều hoà tác dụng lên hệ ấy (B đúng). Còn lại A chắc chắn là đáp án cần tìm.

A sai vì biên độ của dao động cưỡng bức của một hệ cơ học khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng vẫn phụ thuộc vào lực cản của môi trường.

Câu 9. Khi nói về dao động cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức.

B. Biên độ của dao động cưỡng bức là biên độ của lực cưỡng bức.

C. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

D.Dao động cưỡng bức có tần số nhỏ hơn tần số của lực cưỡng bức.

A.Dao động của con lắc đồng hồ là dao động cưỡng bức. Đúng

B. Sai. Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số ngoại lực tỉ lệ với biên độ của ngoại lực.

C. Sai. Dao động cưỡng bức có biên độ thay đổi và đạt cực đại khi tần số lực cưỡng bức bằng tần số riêng

D. Sai. Dao động cưỡng bức có tần số chính là tần số của lực cưỡng bức.

Câu 10. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về dao động tắt dần?

A. Dao động tắt dần có biên độ giảm dần theo thời gian.

B. Cơ năng của vật dao động tắt dần không đổi theo thời gian.

C. Lực cản môi trường tác dụng lên vật luôn sinh công dương.

D. Dao động tắt dần là dao động chỉ chịu tác dụng của nội lực.

A. đúng vì theo định nghĩa: Dao động tắt dần có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian.

B. sai vì biên độ nhỏ dần theo thời gian nên cơ năng của vật dao động cũng nhỏ dần theo thời gian nên cơ năng dao động tắt dần thay đổi theo thời gian

C. sai vì lực cản môi trường tác dụng lên vật luôn sinh công âm.

D. sai vì dao động tắt dần là dao động chỉ chịu tác dụng của ngoại lực.

Câu 11. Phát biểu nào sau đây sai về các dao động cơ?

A. Một vật dao động điều hoà với tần số góc ω thì gia tốc của vật biến đổi theo thời gian theo phương trình: a = Acos(ωt + φ) (với A là độ lớn gia tốc cực đại).

B. Một vật dao động duy trì thì có chu kì dao động chỉ phụ thuộc vào đặc tính của hệ.

C. Một vật dao động tự do thì tác dụng lên vật chỉ có nội lực.

D. Con lắc lò xo dao động cưỡng bức thì tần số dao động luôn bằng: Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

A. Một vật dao động điều hoà với tần số góc ω thì gia tốc của vật biến đổi theo thời gian theo phương trình: a = Acos(ωt + φ) (với A là độ lớn gia tốc cực đại). Đúng vì gia tốc dao động điều hòa với tần số góc

B. Một vật dao động duy trì thì có chu kì dao động chỉ phụ thuộc vào đặc tính của hệ. Đúng vì chu kỳ của dao động duy trì luôn điều chỉnh để bằng với chu kỳ dao động tự do

C. Một vật dao động tự do thì tác dụng lên vật chỉ có nội lực. Đúng vì theo tính chất của dao động tự do

D. Con lắc lò xo dao động cưỡng bức thì tần số dao động chỉ bằng: Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Vậy câu này sai

Câu 12. Một người xách một xô nước đi trên đường mỗi bước đi dài 50 cm thì nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất. Vận tốc đi của người đó là 2,5 km/h. Chu kỳ dao động riêng của nước trong xô là:

A. 0,72 s.      B. 0,35 s.      C. 0,45 s.     D. 0,52 s.

Ta chuyển đơn vị vận tốc về m/s: v = 2,5 km/h = 25/36 m/s

Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó chu kỳ của dao động của người bằng với chu kỳ dao động riêng của nước trong xô:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Câu 13. Một người đi bộ với bước đi dài Δs = 0,6m. Nếu người đó xách một xô nước mà nước trong xô dao động với tần số f = 2 Hz. Người đó đi với vận tốc bao nhiêu thì nước trong xô sóng sánh mạnh nhất ?

A. 2,85 km/h.     B. 3,95 km/h.

C. 4,32 km/h.     D. 5,00 km/h.

Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó chu kỳ của dao động của người bằng với chu kỳ dao động riêng của nước trong xô ⇒ T = 1/f = 0,5 (s)

Khi đó tốc độ đi của người đó là: v = S/t = S/T = 0,6/0,5 = 1,2 m/s = 4,32 km/h

Câu 14. Một con lắc đơn (vật nặng có khối lượng m , chiều dài dây treo l = 1 m) dao động điều hòa dưới tác dụng của ngoại lực tuần hoàn F = F0cos(2πft + π/2) (N). Lấy g = π2 = 10 m/s2. Nếu tần số f của ngoại lực thay đổi liên tục từ 0,25 Hz đến 1 Hz thì biên độ dao động của con lắc

A. không thay đổi     B. luôn tăng

C. luôn giảm     D. tăng rồi giảm

Trước tiên tìm tần số dao động riêng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

⇒ biên độ tăng rồi giảm.

Câu 15. Một lò xo có khối lượng không đáng kể treo một viên bi nhỏ có khối lượng 200 gam thì khi cân bằng lò xo giãn 2 cm. Khi vật đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì người ta tác dụng một ngoại lực biến thiên tuần hoàn có phương trình F = Focos(ωt) với F0 không đổi còn ω thay đổi được. Với tần số 2,6 HZ thì biên độ dao động của vật là A1, với tần số 3,4 HZ thì biên độ là A2. Lấy g = 10 m/s2. Hãy chọn kết luận đúng:

A. A1 < A2     B. A1 = A2

C. A1 > A2     D. A1 ≤ A2

Tần số dao động riêng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Suy ra biên độ luôn tăng nên A2 > A1

Câu 16. Con lắc lò xo gồm vật nặng m = 100g và lò xo nhẹ có độ cứng k = 100 N/m. Tác dụng một ngoại lực cưỡng bức biến thiên điều hòa biên độ F0 và tần số f1 = 4,5 Hz thì biên độ dao động A1. Nếu giữ nguyên biên độ F0 mà tăng tần số ngoại lực đến f2 = 5,5 Hz thì biên độ dao động ổn định là A2. Kết luận đúng là:

A. biên độ dao động cưỡng bức tăng rồi giảm

B. A1 = A2

C. A2 > A1

D. A1 > A2

Tần số dao động riêng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

⇒ Biên độ tăng rồi giảm.

Câu 17. Một con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng trong môi trường có lực cản. Tác dụng vào con lắc một lực cưỡng bức tuần hoàn F = Focosωt, tần số góc ω thay đổi được. Khi thay đổi tần số góc đến giá trị ω1 và 3ω1 thì biên độ dao động của con lắc đều bằng A1. Khi tần số góc bằng 2ω1 thì biên độ dao động của con lắc bằng A2. So sánh A1 và A2, ta có

A. A1 < A2      B. A1 = A2     C. A1 > A2     D. A1 = 2A2.

+ Coi tần số riêng của con lắc lò xo là f0; f là tần số dao động của ngoại lực cưỡng bức

+ Biên độ dao động của hệ phụ thuộc vào F0 (coi như không đổi) và |f - fo|

+ Khi thay đổi tần số góc đến giá trị ω1 (f1) biên độ dao động của con lắc là A1

+ Khi thay đổi tần số góc đến giá trị 2ω1 (f2) biên độ dao động của con lắc là A2

⇒ |f1-fo| < |f2-fo| ⇒ A1 < A2

Câu 18. Một dao động riêng có tần số 15 Hz được cung cấp năng lượng bởi một ngoại lực biến thiên tuần hoàn có tần số thay đổi được. Khi tần số ngoại lực lần lượt là 8 Hz, 12 Hz, 16 Hz, 20 Hz thì biên độ dao động cưỡng bức lần lượt là A1, A2, A3, A4 Kết luận nào sau đây là đúng:

A. A3 < A2 < A4 < A5

B. A1 > A2 > A3 > A4

C. A1 < A2 < A3 < A4

D. A3 > A2 > A4 > A1

Giả thiết cho: f0 = 15 Hz, f1 = 8 Hz; f2 = 12 Hz; f3 = 16 Hz; f4 = 20 Hz

Xét Δf = |f-fo| khi Δf càng bé thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.

Khi Δf = 0 thì A = Amax có sự cộng hưởng

Do đó: Δf3 < Δf2 < Δf4 < Δf1 (1 < 3 < 5 < 7).

Vậy suy ra A3 > A2 > A4 > A1

Câu 19. Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 40 N/m. Tác dụng vào vật một lực tuần hoàn biên độ F0 và tần số f1 = 4 Hz thì biên độ dao động ổn định là A1. Nếu giữ nguyên biên độ F0 nhưng tăng tần số đến giá trị f2 = 5 Hz thì biên độ dao động của hệ là A2. Chọn phương án đúng

A. A2 > A1      B. A2 = A1     C. A2 < A1      D. A2 ≥ A1.

Tần số dao động riêng:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

+ Ta có |f2 - fo| > |f1-fo| nên A2 < A1

Câu 20. Một con lắc dao động tắt dần, cứ sau mỗi chu kỳ biên độ giảm 3%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là bao nhiêu?

A. ΔW = 6%     B. ΔW = 7%

C. ΔW = 8%     D. ΔW = 9%

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

CHỈ CÒN 250K 1 KHÓA HỌC BẤT KÌ, VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85




Các loạt bài lớp 12 khác