Bài tập Bài toán thời gian – quãng đường (Tìm quãng đường dựa vào khoảng thời gian đã cho) lớp 11 (có lời giải)
30 câu hỏi
PHẦN I. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM NHIỀU ĐÁP ÁN LỰA CHỌN
Một vật dao động điều hòa với phương trình . Quãng đường vật đi được trong một chu kì là
10 cm.
5 cm.
15 cm.
20 cm.
Đáp án đúng là D
Quãng đường vật đi trong 1 chu kỳ là \(S = 4A\) =20 cm.
Vật dao động điều hòa với chu kỳ 2 s, biên độ 4 cm. Trong 4 s, vật đi được quãng đường
32 cm.
16 cm.
8 cm.
4 cm.
Đáp án đúng là A
Quãng đường vật đi trong 1 chu kỳ là \({\rm{S = 4A}}\)
\( \Rightarrow \) Trong t = 4 s = \({\rm{2T}}\) vật đi được quãng đường \({\rm{S = 8A = 8}}{\rm{.4 = 32 cm}}{\rm{.}}\)
Một vật dao động điều hòa với li độ x = cost (cm.) Trong 1999 chu kỳ, vật đi được quãng đường là
1999 cm.
3998 cm.
7996 cm.
999 cm.
Đáp án đúng là C
Quãng đường vật đi trong 1 chu kỳ là \({\rm{S = 4A}}\)\( \Rightarrow \) Trong 1999 chu kỳ vật đi được quãng đường là \({\rm{S}} = 4{\rm{A}}.1999 = 4.1.1999 = 7996{\rm{ cm}}{\rm{.}}\)
Một vật dao động điều hòa với li độ x = 0,3cos10πt (cm). Trong 4,5 s đầu tiên, vật đi được quãng đường là
9 cm.
18 cm.
27 cm.
36 cm.
Đáp án đúng là C
Ta có\(\left\{ \begin{array}{l}{\rm{A = 0,3 cm}}\\{\rm{T = 0,2 s}}\end{array} \right.\) \( \Rightarrow \)\({\rm{t = 4,5 s = 22,5T}}\)
Vậy quãng đường vật đi trong 4,5 s là \({\rm{S = 22}}{\rm{.4}}{\rm{.0,3 + 2}}{\rm{.0,3 = 27 cm}}{\rm{.}}\)
Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T, biên độ \({\rm{A}}{\rm{.}}\) Tốc độ trung bình của chất điểm khi nó chuyển động trong 1T là
\[\frac{{2A}}{T}.\]
\[\frac{{4A}}{T}.\]
\[\frac{A}{T}.\]
\[\frac{A}{{4T}}.\]
Đáp án đúng là B
Quãng đường vật đi trong 1 chu kỳ là \[{\rm{S = 4A}}\]\( \Rightarrow \) \({{\rm{v}}_{{\rm{tb}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{S}}}{{\rm{t}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{4A}}}}{{\rm{T}}}\)
Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T, biên độ \({\rm{A}}{\rm{.}}\) Tốc độ trung bình của chất điểm khi nó chuyển động trong \[{\rm{nT}}\] (với n là số nguyên dương) là
\[\frac{{nA}}{{4T}}.\]
\[\frac{{4A}}{T}.\]
\[\frac{{4A}}{{nT}}.\]
\[\frac{{4nA}}{T}.\]
Đáp án đúng là B
Quãng đường vật đi trong n chu kỳ là \({\rm{S = 4nA}}\)\( \Rightarrow \) \({{\rm{v}}_{{\rm{tb}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{S}}}{{\rm{t}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{4nA}}}}{{{\rm{nT}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{4A}}}}{{\rm{T}}}\)
Một chất điểm dao động điều hòa với tốc độ cực đại là \[{\rm{V}}{\rm{.}}\]. Tốc độ trung bình của chất điểm khi nó chuyển động trong 1 chu kỳ là
\[\frac{V}{{4\pi }}.\]
\[\frac{{4V}}{\pi }.\]
\[\frac{V}{\pi }.\]
\[\frac{{2V}}{\pi }.\]
Đáp án đúng là D
Ta có:\({\rm{V = A\omega = A}}\frac{{{\rm{2\pi }}}}{{\rm{T}}} \Rightarrow {\rm{T = }}\frac{{{\rm{2\pi A}}}}{{\rm{V}}}\)
Quãng đường vật đi trong 1 chu kỳ \({\rm{S = 4A}}\)
\( \Rightarrow \)\(\overline {\rm{v}} {\rm{ = }}\frac{{\rm{S}}}{{\rm{t}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{4A}}}}{{\rm{T}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{2V}}}}{{\rm{\pi }}}\)
Một vật dao động điều hòa với tốc độ cực đại là 20 cm/s. Tốc độ trung bình trong nửa chu kỳ dao động là
30 cm/s.
10 cm/s.
40 cm/s.
20 cm/s.
Đáp án đúng là C
Ta có \(\left\{ \begin{array}{l}{{\rm{v}}_{{\rm{tb}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{4A}}}}{{\rm{T}}}\\{{\rm{v}}_{{\rm{max}}}}{\rm{ = A\omega = A}}\frac{{{\rm{2\pi }}}}{{\rm{T}}}{\rm{ = }}{{\rm{v}}_{{\rm{tb}}}}\frac{{\rm{\pi }}}{{\rm{2}}}{\rm{ = 20\pi }} \Rightarrow {{\rm{v}}_{{\rm{TB}}}}{\rm{ = 40 cm/s}}{\rm{.}}\end{array} \right.\)
Một vật dao động điều hoà dọc theo trục \[O{\rm{x,}}\] quanh vị trí cân bằng \[O\] với biên độ \[A\] và chu kỳ \[T.\] Trong khoảng thời gian \[\frac{T}{4},\] quãng đường lớn nhất mà vật có thể đi được là
\[A.\]
\[\frac{{3A}}{2}.\]
\[A\sqrt 3 .\]
\[A\sqrt 2 .\]
Đáp án đúng là D
+ Vật đi được quãng đường lớn nhất khi vật chuyển động xung quanh vị trí cân bằng
+ Trong khoảng thời gian \[\frac{T}{4},\] quãng đường lớn nhất mà vật có thể đi được là: \[\frac{A}{{\sqrt 2 }} + \frac{A}{{\sqrt 2 }} = A\sqrt 2 \]
Một vật dao động điều hòa có độ lớn vận tốc cực đại là \[31,4{\rm{ cm/s}}{\rm{.}}\] Lấy \[\pi = 3,14.\] Tốc độ trung bình của vật trong một chu kì dao động là
\[20{\rm{ cm/s}}{\rm{.}}\]
\[10{\rm{ cm/s}}{\rm{.}}\]
\[0.\]
\[15{\rm{ cm/s}}{\rm{.}}\]
Đáp án đúng là A
Tốc độ trung bình của vật trong một chu kì dao động là:
\[{v_{tb}} = \frac{{4A}}{T} = \frac{{4\omega A}}{{2\pi }} = \frac{{2{v_{\max }}}}{\pi } = \frac{{2.31,4}}{{3,14}} = 20{\rm{ cm/s}}\]
PHẦN II. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM ĐÚNG/SAI (Mỗi câu hỏi gồm 4 ý a, b, c, d. Thí sinh chọn Đúng hoặc Sai cho từng ý)
Một vật dao động điều hòa với phương trình \(x = 6\cos (4\pi t){\rm{ cm}}\) (\(t\) tính bằng giây). Xét quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 1,25{\rm{ s}}\) kể từ \(t = 0{\rm{ s}}\).
Chu kỳ dao động của vật là \(0,5{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t\) được phân tích thành \(2T + \frac{T}{2}\).
Trong khoảng thời gian $2T$, quãng đường vật đi được là \(24{\rm{ cm}}\).
Tổng quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 1,25{\rm{ s}}\) là \(60{\rm{ cm}}\).
a) Đúng. Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{{2\pi }}{{4\pi }} = 0,5{\rm{ s}}\).
b) Đúng. \(\Delta t = 1,25{\rm{ s}} = 2,5T = 2T + \frac{T}{2}\).
c) Sai. Trong $1T$ vật đi được \(4A = 24{\rm{ cm}}\). Do đó trong $2T$, quãng đường vật đi được là \(2 \cdot 4A = 8A = 48{\rm{ cm}}\).
d) Đúng. Quãng đường trong $2T$ là \(8A = 48{\rm{ cm}}\). Quãng đường trong \(\frac{T}{2}\) luôn luôn là \(2A = 12{\rm{ cm}}\).
Tổng quãng đường \(S = 8A + 2A = 10A = 10 \cdot 6 = 60{\rm{ cm}}\).
Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ \(A = 8{\rm{ cm}}\) và tần số góc \(\omega = 2\pi {\rm{ rad/s}}\). Người ta xét quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) và nhỏ nhất \({S_{\min }}\) mà vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = \frac{1}{3}{\rm{ s}}\).
Chu kỳ dao động của chất điểm là \(1{\rm{ s}}\).
Góc quét tương ứng trên đường tròn lượng giác trong khoảng thời gian \(\Delta t\) là \(\frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
Quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) vật đi được trong \(\Delta t\) là \(8\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
Quãng đường nhỏ nhất \({S_{\min }}\) vật đi được trong \(\Delta t\) là \(8{\rm{ cm}}\).
a) Đúng. \(T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{{2\pi }}{{2\pi }} = 1{\rm{ s}}\).
b) Đúng. Góc quét \(\Delta \varphi = \omega \cdot \Delta t = 2\pi \cdot \frac{1}{3} = \frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
c) Đúng. \({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = 2 \cdot 8 \cdot \sin \left( {\frac{\pi }{3}} \right) = 16 \cdot \frac{{\sqrt 3 }}{2} = 8\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
d) Đúng. \({S_{\min }} = 2A\left( {1 - \cos \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)} \right) = 2 \cdot 8 \cdot \left( {1 - \cos \left( {\frac{\pi }{3}} \right)} \right) = 16 \cdot \left( {1 - \frac{1}{2}} \right) = 8{\rm{ cm}}\).
Một con lắc lò xo dao động điều hòa có phương trình \(x = 10\cos \left( {5\pi t - \frac{\pi }{3}} \right){\rm{ cm}}\).
Tại \(t = 0{\rm{ s}}\), vật ở vị trí có li độ \(x = 5{\rm{ cm}}\) và đang đi theo chiều dương.
Trong khoảng thời gian từ \({t_1} = 0{\rm{ s}}\) đến \({t_2} = 0,1{\rm{ s}}\), góc quét trên vòng tròn lượng giác là \(\frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
Quãng đường vật đi được từ \({t_1} = 0{\rm{ s}}\) đến \({t_2} = 0,1{\rm{ s}}\) là \(5 + 5\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian trên xấp xỉ bằng \(136,6{\rm{ cm/s}}\).
a) Đúng. Tại \(t = 0\), \(x = 10\cos \left( { - \frac{\pi }{3}} \right) = 5{\rm{ cm}}\). Vì \(\varphi = - \frac{\pi }{3} < 0 \Rightarrow v > 0\).
b) Đúng. Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{{5\pi }} = 0,4{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t = 0,1{\rm{ s}} = \frac{T}{4}\). Góc quét \(\Delta \varphi = \omega \cdot \Delta t = 5\pi \cdot 0,1 = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
c) Sai. Tại \({t_1} = 0\), pha dao động là \( - \frac{\pi }{3}\).
Đến \({t_2} = 0,1{\rm{ s}}\), pha dao động là \( - \frac{\pi }{3} + \frac{\pi }{2} = \frac{\pi }{6}\).
Lúc này li độ \({x_2} = 10\cos \left( {\frac{\pi }{6}} \right) = 5\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
Do trong khoảng thời gian này pha đi từ \( - \frac{\pi }{3}\) đến \(\frac{\pi }{6}\) (đi từ \({x_1} = 5{\rm{ cm}}\) ra biên dương \(10{\rm{ cm}}\) rồi quay về \({x_2} = 5\sqrt 3 {\rm{ cm}}\)):
Quãng đường \(S = (A - {x_1}) + (A - {x_2}) = (10 - 5) + (10 - 5\sqrt 3 ) = 15 - 5\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
d) Sai. Quãng đường đúng là \(S = 15 - 5\sqrt 3 \approx 6,34{\rm{ cm}} \Rightarrow {v_{tb}} = \frac{{6,34}}{{0,1}} = 63,4{\rm{ cm/s}}\).
Cho một vật dao động điều hòa với chu kỳ \(T = 1{\rm{ s}}\) và biên độ \(A = 5{\rm{ cm}}\). Xét quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 2,25{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t\) được tách thành \(2T + \frac{T}{4}\).
Quãng đường vật đi được chắc chắn bằng \(45{\rm{ cm}}\) với mọi vị trí xuất phát.
Quãng đường lớn nhất vật có thể đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t\) là \(40 + 5\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
Quãng đường nhỏ nhất vật có thể đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t\) là \(40 + 10(2 - \sqrt 2 ){\rm{ cm}}\).
a) Đúng. \(\Delta t = 2,25{\rm{ s}} = 2T + 0,25T = 2T + \frac{T}{4}\).
b) Sai. Phần 2T đi được \(2 \cdot 4A = 40{\rm{ cm}}\) cố định. Tuy nhiên phần \(\frac{T}{4}\) dư ra quãng đường phụ thuộc vào vị trí xuất phát (chỉ có \(\frac{T}{2}\) mới luôn là 2A)
c) Đúng. \[{S_{\max }} = 8A + {S_{\max }}_{\left( {\frac{T}{4}} \right)}\]
Với \(\Delta t' = \frac{T}{4} \Rightarrow \Delta \varphi ' = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
\({S_{\max \left( {\frac{T}{4}} \right)}} = 2A\sin \left( {\frac{\pi }{4}} \right) = A\sqrt 2 = 5\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
Tổng \({S_{\max }} = 40 + 5\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
d) Sai. \({S_{\min \left( {\frac{T}{4}} \right)}} = 2A\left( {1 - \cos \frac{\pi }{4}} \right) = 2 \cdot 5\left( {1 - \frac{{\sqrt 2 }}{2}} \right) = 10 - 5\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
Tổng \({S_{\min }} = 40 + 10 - 5\sqrt 2 = 50 - 5\sqrt 2 = 40 + 10(1 - \frac{{\sqrt 2 }}{2}) = 40 + 5(2 - \sqrt 2 ){\rm{ cm}}\).
Vật dao động điều hòa theo phương trình \(x = 4\cos \left( {10\pi t + \frac{\pi }{6}} \right){\rm{ cm}}\).
Tần số dao động của vật là \(5{\rm{ Hz}}\).
Quãng đường vật đi được kể từ \(t = 0{\rm{ s}}\) đến thời điểm \(t = 0,05{\rm{ s}}\) là \(2\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
Tại thời điểm \(t = 0,05{\rm{ s}}\), vật đổi chiều chuyển động lần đầu tiên.
Tốc độ trung bình của vật từ \(t = 0{\rm{ s}}\) đến \(t = 0,05{\rm{ s}}\) là \(40\sqrt 3 {\rm{ cm/s}}\).
a) Đúng. \(f = \frac{\omega }{{2\pi }} = \frac{{10\pi }}{{2\pi }} = 5{\rm{ Hz}} \Rightarrow T = 0,2{\rm{ s}}\).
b) Sai. Tại \(t = 0\), pha là \(\frac{\pi }{6} \Rightarrow {x_1} = 4\cos \left( {\frac{\pi }{6}} \right) = 2\sqrt 3 {\rm{ cm}}\), vật đi theo chiều âm (\(v < 0\)).
Thời gian \(\Delta t = 0,05{\rm{ s}} = \frac{T}{4}\).
Góc quét \(\Delta \varphi = 10\pi \cdot 0,05 = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
Pha tại \(t = 0,05{\rm{ s}}\) là \(\frac{\pi }{6} + \frac{\pi }{2} = \frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}} \Rightarrow {x_2} = 4\cos \left( {\frac{{2\pi }}{3}} \right) = - 2{\rm{ cm}}\).
Do vật đi thẳng từ \({x_1} = 2\sqrt 3 {\rm{ cm}}\) đến \({x_2} = - 2{\rm{ cm}}\) theo chiều âm (không đổi chiều), quãng đường \(S = {x_1} - {x_2} = 2\sqrt 3 - ( - 2) = 2 + 2\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
c) Sai. Trong khoảng thời gian này pha đi từ \(\frac{\pi }{6}\) đến \(\frac{{2\pi }}{3}\), vật chưa đến biên nên chưa đổi chiều.
d) Sai. \({v_{tb}} = \frac{S}{{\Delta t}} = \frac{{2 + 2\sqrt 3 }}{{0,05}} = 20(2 + 2\sqrt 3 ) = 40 + 40\sqrt 3 {\rm{ cm/s}}\).
Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ \(A = 10{\rm{ cm}}\) và chu kỳ \(T = 0,6{\rm{ s}}\). Xét quãng đường ngắn nhất \({S_{\min }}\) vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 0,4{\rm{ s}}\).
Phân tích thời gian \(\Delta t = \frac{T}{2} + \frac{T}{6}\).
Quãng đường đi được trong khoảng thời gian \(\frac{T}{2}\) luôn là \(20{\rm{ cm}}\).
Quãng đường nhỏ nhất đi được trong khoảng thời gian dư \(\frac{T}{6}\) là \(10(2 - \sqrt 3 ){\rm{ cm}}\).
Tổng quãng đường nhỏ nhất \({S_{\min }}\) vật đi được trong \(\Delta t = 0,4{\rm{ s}}\) bằng \(10{\rm{ cm}}\).
a) Đúng. \(\Delta t = 0,4{\rm{ s}} = \frac{{0,4}}{{0,6}}T = \frac{2}{3}T = \frac{T}{2} + \frac{T}{6}\).
b) Đúng. Trong \(\frac{T}{2}\), quãng đường luôn là \(2A = 2 \cdot 10 = 20{\rm{ cm}}\).
c) Đúng. Đối với \(\Delta t' = \frac{T}{6} \Rightarrow \Delta \varphi ' = \frac{\pi }{3}{\rm{ rad}}\).
\({S_{\min \left( {\frac{T}{6}} \right)}} = 2A\left( {1 - \cos \frac{\pi }{6}} \right) = 2 \cdot 10 \cdot \left( {1 - \frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right) = 10(2 - \sqrt 3 ){\rm{ cm}}\).
d) Sai. Tổng \({S_{\min }} = 2A + {S_{\min \left( {\frac{T}{6}} \right)}} = 20 + 20 - 10\sqrt 3 = 40 - 10\sqrt 3 \approx 22,68{\rm{ cm}}\).
Một vật dao động điều hòa trên trục $Ox$ với phương trình \(x = 5\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right){\rm{ cm}}\).
Tại thời điểm \(t = 0{\rm{ s}}\), vật đang ở vị trí cân bằng và chuyển động theo chiều dương.
Trong \(1{\rm{ s}}\) đầu tiên, vật đi được quãng đường là \(20{\rm{ cm}}\).
Trong \(0,75{\rm{ s}}\) đầu tiên, vật đi được quãng đường là \(15{\rm{ cm}}\).
Quãng đường vật đi được từ \({t_1} = 0,25{\rm{ s}}\) đến \({t_2} = 1{\rm{ s}}\) là \(15{\rm{ cm}}\).
a) Đúng. \(t = 0 \Rightarrow x = 0\), \(\varphi = - \frac{\pi }{2} \Rightarrow v > 0\).
b) Đúng. \(T = \frac{{2\pi }}{{2\pi }} = 1{\rm{ s}}\). Trong $1T$, quãng đường luôn là \(4A = 20{\rm{ cm}}\).
c) Đúng. \(0,75{\rm{ s}} = \frac{3}{4}T\). Đi từ VCB theo chiều dương:
- Mất \(\frac{T}{4}\) đến biên dương \( + A\) (\(5{\rm{ cm}}\)).
- Mất \(\frac{T}{4}\) về VCB (\(5{\rm{ cm}}\)).
- Mất \(\frac{T}{4}\) đến biên âm \( - A\) (\(5{\rm{ cm}}\)).
Tổng quãng đường \(S = 3A = 15{\rm{ cm}}\).
d) Đúng. \(\Delta t = 1 - 0,25 = 0,75{\rm{ s}} = \frac{3}{4}T\). Do xuất phát tại \({t_1} = 0,25{\rm{ s}} = \frac{T}{4}\) (vật đang ở biên dương \( + A\)), đi trong \(\frac{3}{4}T\) sẽ đi: từ \( + A \to - A\) (\(10{\rm{ cm}}\)) rồi từ \( - A \to 0\) (\(5{\rm{ cm}}\)). Tổng \(S = 15{\rm{ cm}}\).
Một con lắc lò xo dao động với biên độ \(A = 12{\rm{ cm}}\) và chu kỳ \(T = 2{\rm{ s}}\). Người ta tính quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 0,5{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t = 0,5{\rm{ s}}\) tương ứng với \(\frac{T}{4}\).
Để quãng đường đi được là lớn nhất, vật phải di chuyển đối xứng qua vị trí cân bằng.
Góc quét trên đường tròn lượng giác tương ứng là \(\frac{\pi }{4}{\rm{ rad}}\).
Giá trị \({S_{\max }}\) trong khoảng thời gian đó là \(12\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
a) Đúng. \(\Delta t = \frac{{0,5}}{2}T = \frac{T}{4}\).
b) Đúng. Quãng đường lớn nhất đạt được khi vật chuyển động ở vùng gần VCB (nơi tốc độ lớn nhất), tức là đối xứng qua VCB.
c) Sai. Góc quét \(\Delta \varphi = \omega \cdot \Delta t = \frac{{2\pi }}{T} \cdot \frac{T}{4} = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
d) Đúng. \({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = 2 \cdot 12 \cdot \sin \left( {\frac{\pi }{4}} \right) = 24 \cdot \frac{{\sqrt 2 }}{2} = 12\sqrt 2 {\rm{ cm}}\).
Một chất điểm dao động điều hòa với phương trình \(x = A\cos (\omega t + \varphi )\). Cho biết trong nửa chu kỳ (\(\frac{T}{2}\)), quãng đường vật đi được có các tính chất xác định.
Quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian \(\frac{T}{2}\) luôn luôn bằng 2A
Vận tốc trung bình của vật trong khoảng thời gian T/2 luôn có dấu không đổi.
Quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian T/4 luôn bằng A
Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian \(\frac{T}{2}\) luôn bằng \(\frac{{4A}}{T}\).
a) Đúng. Trong \(\frac{T}{2}\), tổng góc quét là \(\pi {\rm{ rad}}\), hai vị trí đầu và cuối đối xứng qua gốc tọa độ nên quãng đường luôn bằng 2A.
b) Sai. Vận tốc trung bình \[{v_{tb}} = \frac{{\Delta x}}{{\Delta t}}\]. Li độ \(\Delta x = {x_2} - {x_1}\) phụ thuộc vào vị trí ban đầu (ví dụ nếu đi từ \( - A\) đến \( + A\) thì \(\Delta x = 2A\), nhưng nếu đi từ VCB theo chiều dương rồi về VCB thì \(\Delta x = 0\)). Do đó độ lớn vận tốc trung bình thay đổi.
c) Sai. Quãng đường trong \(\frac{T}{4}\) chỉ bằng \(A\) khi vật xuất phát từ VCB hoặc vị trí biên.
d) Đúng. Tốc độ trung bình \({v_{tb}} = \frac{S}{{\Delta t}} = \frac{{2A}}{{T/2}} = \frac{{4A}}{T}\) (luôn cố định).
Cho vật dao động điều hòa có biên độ \(A = 6{\rm{ cm}}\). Biết khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi hết quãng đường \(6\sqrt 3 {\rm{ cm}}\) là \(0,1{\rm{ s}}\).
Quãng đường \(S = 6\sqrt 3 {\rm{ cm}} = A\sqrt 3 \).
Để thời gian đi hết quãng đường \(S\) là ngắn nhất thì quãng đường này chính là \({S_{\max }}\).
Góc quét tương ứng trên đường tròn lượng giác là \(\frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
Chu kỳ dao động \(T\) của vật bằng \(0,6{\rm{ s}}\).
a) Đúng. \(A = 6{\rm{ cm}} \Rightarrow A\sqrt 3 = 6\sqrt 3 {\rm{ cm}}\).
b) Đúng. Thời gian ngắn nhất để đi hết một quãng đường cho trước tương ứng với quãng đường đó là \({S_{\max }}\) trong khoảng thời gian \(\Delta t\) đó.
c) Đúng. Ta có \({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = A\sqrt 3 \Rightarrow \sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = \frac{{\sqrt 3 }}{2} \Rightarrow \frac{{\Delta \varphi }}{2} = \frac{\pi }{3} \Rightarrow \Delta \varphi = \frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
d) Sai. \(\Delta t = \frac{{\Delta \varphi }}{\omega } \Rightarrow 0,1 = \frac{{2\pi /3}}{{2\pi /T}} = \frac{T}{3} \Rightarrow T = 0,3{\rm{ s}}\).
PHẦN III. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM TRẢ LỜI NGẮN
Một vật dao động điều hòa với phương trình \(x = 5\cos (4\pi t){\rm{ cm}}\). Tính quãng đường vật đi được trong thời gian \(t = 0,375{\rm{ s}}\) kể từ thời điểm \(t = 0{\rm{ s}}\) theo đơn vị \({\rm{cm}}\).
Đáp án: 15
Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{{4\pi }} = 0,5{\rm{ s}}\).
Thời gian \(\Delta t = 0,375{\rm{ s}} = \frac{3}{4}T\).
Tại \(t = 0\), \({x_1} = 5{\rm{ cm}} = A\).
Sau \(\frac{3}{4}T\), góc quét \(\Delta \varphi = 4\pi \cdot 0,375 = \frac{{3\pi }}{2}{\rm{ rad}}\).
Vật đi từ \(A \to - A\) (mất \(\frac{T}{2}\), \({S_1} = 2A = 10{\rm{ cm}}\)) rồi từ \( - A \to 0\) (mất \(\frac{T}{4}\), \({S_2} = A = 5{\rm{ cm}}\)).
Tổng quãng đường \(S = 3A = 3 \cdot 5 = 15{\rm{ cm}}\).
Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ \(A = 10{\rm{ cm}}\) và chu kỳ \(T = 1{\rm{ s}}\). Quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) mà chất điểm đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = \frac{1}{6}{\rm{ s}}\) bằng bao nhiêu \({\rm{cm}}\)?
Đáp án: 10
\(\Delta t = \frac{1}{6}{\rm{ s}} = \frac{T}{6} \Rightarrow \Delta \varphi = \frac{{2\pi }}{6} = \frac{\pi }{3}{\rm{ rad}}\).
Quãng đường lớn nhất:
\({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = 2 \cdot 10 \cdot \sin \left( {\frac{\pi }{6}} \right) = 20 \cdot 0,5 = 10{\rm{ cm}}\).
Một vật dao động điều hòa có biên độ \(A = 8{\rm{ cm}}\) và chu kỳ \(T = 1,2{\rm{ s}}\). Tính quãng đường nhỏ nhất \({S_{\min }}\) vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 0,4{\rm{ s}}\) theo đơn vị \({\rm{cm}}\).
Đáp án: 8
\(\Delta t = 0,4{\rm{ s}} = \frac{{0,4}}{{1,2}}T = \frac{T}{3} \Rightarrow \Delta \varphi = \frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
Quãng đường nhỏ nhất:
\({S_{\min }} = 2A\left( {1 - \cos \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)} \right) = 2 \cdot 8 \cdot \left( {1 - \cos \left( {\frac{\pi }{3}} \right)} \right) = 16 \cdot (1 - 0,5) = 8{\rm{ cm}}\).
Cho phương trình dao động điều hòa \(x = 6\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{3}} \right){\rm{ cm}}\). Tính quãng đường vật đi được trong \(1{\rm{ s}}\) đầu tiên theo đơn vị \({\rm{cm}}\).
Đáp án: 24
Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{{2\pi }} = 1{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t = 1{\rm{ s}} = 1T\).
Trong đúng \(1\) chu kỳ, bất kể vị trí xuất phát, quãng đường vật đi được luôn là \(S = 4A = 4 \cdot 6 = 24{\rm{ cm}}\).
Một con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ \(A = 4{\rm{ cm}}\) và chu kỳ \(T = 0,4{\rm{ s}}\). Tính quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 0,7{\rm{ s}}\) theo đơn vị \({\rm{cm}}\).
Đáp án: 28
Phân tích thời gian: \(\Delta t = 0,7{\rm{ s}} = 0,4{\rm{ s}} + 0,2{\rm{ s}} + 0,1{\rm{ s}} = T + \frac{T}{2} + \frac{T}{4}\).
- Trong 1T: \({S_1} = 4A = 16{\rm{ cm}}\).
- Trong \(\frac{T}{2}\): \({S_2} = 2A = 8{\rm{ cm}}\).
- Dư \(\frac{T}{4}\): Cần xem vị trí bắt đầu của khoảng dư này.
Sau \(T + \frac{T}{2} = 1,5T\), pha của vật quay thêm \(3\pi {\rm{ rad}}\).
Pha ban đầu là \({\varphi _0} \Rightarrow \) pha sau \(1,5T\) là \({\varphi _0} + 3\pi \equiv {\varphi _0} + \pi \).
Khoảng dư \(\frac{T}{4}\) đi từ vị trí góc \(({\varphi _0} + \pi )\) quét thêm góc \(\frac{\pi }{2}\).
Do hai góc xuất phát đối xứng qua gốc tọa độ, quãng đường đi trong \(\frac{T}{4}\) này có độ dài đúng bằng quãng đường đi trong \(\frac{T}{4}\) đầu tiên.
Nếu không cho phương trình cụ thể, ta xét bài toán chuẩn: với \(x = A\cos (\omega t)\) hoặc bất kỳ, quãng đường dư trong \(\frac{T}{4}\) phụ thuộc pha.
Giả sử phương trình \(x = 4\cos (5\pi t){\rm{ cm}}\) (xuất phát từ biên):
Trong \(\frac{T}{4}\) dư vật đi từ \( - A\) về \(0 \Rightarrow {S_3} = A = 4{\rm{ cm}}\).
Tổng \(S = 4A + 2A + A = 7A = 7 \cdot 4 = 28{\rm{ cm}}\).
Một vật dao động điều hòa với biên độ \(A = 10{\rm{ cm}}\), chu kỳ \(T = 2{\rm{ s}}\). Quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) vật đi được trong khoảng thời gian \(\Delta t = 2,5{\rm{ s}}\) bằng bao nhiêu \({\rm{cm}}\) (lấy \(\sqrt 2 = 1,414\), làm tròn đến 1 chữ số thập phân)?
Đáp án: 54,1
\(\Delta t = 2,5{\rm{ s}} = 2T + 0,5{\rm{ s}} = 2T + \frac{T}{4}\).
- Quãng đường trong 2T: \({S_1} = 2 \cdot 4A = 8A = 80{\rm{ cm}}\).
- Quãng đường \({S_{\max }}\) trong \(\frac{T}{4}\) dư: góc quét \(\Delta \varphi = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
\({S_{\max \left( {\frac{T}{4}} \right)}} = 2A\sin \left( {\frac{\pi }{4}} \right) = A\sqrt 2 = 10\sqrt 2 \approx 14,14{\rm{ cm}}\).
Tổng \({S_{\max }} = 80 + 14,14 = 94,14{\rm{ cm}}\).
Vật dao động điều hòa có phương trình \(x = 8\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{3}} \right){\rm{ cm}}\). Tính quãng đường vật đi được kể từ \(t = 0{\rm{ s}}\) đến \(t = 0,5{\rm{ s}}\) theo đơn vị \({\rm{cm}}\).
Đáp án: 16
Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{{2\pi }} = 1{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t = 0,5{\rm{ s}} = \frac{T}{2}\).
Trong nửa chu kỳ (\(\frac{T}{2}\)), quãng đường vật đi được luôn bằng $2A$ với mọi vị trí xuất phát.
\(S = 2A = 2 \cdot 8 = 16{\rm{ cm}}\).
Tỉ số giữa quãng đường lớn nhất \({S_{\max }}\) và quãng đường nhỏ nhất \({S_{\min }}\) mà một vật dao động điều hòa đi được trong cùng một khoảng thời gian \(\Delta t = \frac{T}{3}\) bằng bao nhiêu?
Đáp án: 1,73
Thời gian \(\Delta t = \frac{T}{3} \Rightarrow \Delta \varphi = \frac{{2\pi }}{3}{\rm{ rad}}\).
\({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{\pi }{3}} \right) = A\sqrt 3 \).
\({S_{\min }} = 2A\left( {1 - \cos \frac{\pi }{3}} \right) = 2A(1 - 0,5) = A\).
Tỉ số \(\frac{{{S_{\max }}}}{{{S_{\min }}}} = \frac{{A\sqrt 3 }}{A} = \sqrt 3 \approx 1,73\).
Một vật dao động điều hòa với biên độ \(A = 5{\rm{ cm}}\). Trong khoảng thời gian \(\Delta t\), quãng đường lớn nhất vật đi được là \(5\sqrt 2 {\rm{ cm}}\). Tính quãng đường nhỏ nhất \({S_{\min }}\) mà vật đi được trong cùng khoảng thời gian \(\Delta t\) đó theo đơn vị \({\rm{cm}}\) (lấy \(\sqrt 2 = 1,414\), làm tròn đến 2 chữ số thập phân).
Đáp án: 2,93
\({S_{\max }} = 2A\sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = 5\sqrt 2 \Rightarrow 2 \cdot 5 \cdot \sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = 5\sqrt 2 \Rightarrow \sin \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right) = \frac{{\sqrt 2 }}{2} \Rightarrow \frac{{\Delta \varphi }}{2} = \frac{\pi }{4} \Rightarrow \Delta \varphi = \frac{\pi }{2}{\rm{ rad}}\).
Quãng đường nhỏ nhất trong cùng khoảng thời gian (cùng góc quét \(\Delta \varphi = \frac{\pi }{2}\)):
\({S_{\min }} = 2A\left( {1 - \cos \left( {\frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)} \right) = 2 \cdot 5 \cdot \left( {1 - \cos \frac{\pi }{4}} \right) = 10 \cdot \left( {1 - \frac{{\sqrt 2 }}{2}} \right) = 10 - 5\sqrt 2 = 10 - 5 \cdot 1,414 = 2,93{\rm{ cm}}\).
Một vật dao động điều hòa với phương trình \(x = 10\cos \left( {4\pi t - \frac{\pi }{6}} \right){\rm{ cm}}\). Tính tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian từ \({t_1} = 0{\rm{ s}}\) đến \({t_2} = 0,25{\rm{ s}}\) theo đơn vị \({\rm{cm/s}}\).
Đáp án: 80
Chu kỳ \(T = \frac{{2\pi }}{{4\pi }} = 0,5{\rm{ s}}\).
Khoảng thời gian \(\Delta t = 0,25{\rm{ s}} = \frac{T}{2}\).
Trong \(\frac{T}{2}\), quãng đường vật đi được luôn là \(S = 2A = 2 \cdot 10 = 20{\rm{ cm}}\).
Tốc độ trung bình \({v_{tb}} = \frac{S}{{\Delta t}} = \frac{{20}}{{0,25}} = 80{\rm{ cm/s}}\).





