Bài tập Dao động điều hòa mức độ vận dụng cao có lời giải (P5)
Đề thi

Bài tập Dao động điều hòa mức độ vận dụng cao có lời giải (P5)

A
Admin
Vật lýLớp 121 lượt thi
25 câu hỏi
1. Trắc nghiệm
1 điểm

Vật DĐĐH với phương trình x = 8cos25πt(cm). Biên độ, chu kì dao động của vật là:

4cm; 0,4s

8cm; 0,4s

4cm; 0,2s

8cm; 0,2s

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp: Sử dụng công thức hạ bậc

 

Cách giải:

Phương trình dao động:

 

=> Biên độ dao động A = 4 cm, chu kì dao động

 

=> Chọn C

2. Trắc nghiệm
1 điểm

Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox nằm ngang với động năng cực đại W0, lực kéo về có độ lớn cực địa F0. Vào thời điểm lực kéo về có độ lớn bằng một nửa F0 thì động năng của vật bằng

2W03

3W04

W04

W02

Xem đáp án

Đáp án B

Phƣơng pháp: Định luật bảo toàn cơ năng W = Wt + Wđ

Lực kéo về: F = - kx

Cách giải:

+ Động năng cực đại Wdmax =W = W0

+ Lực kéo về có độ lớn bằng nửa giá trị cực đại của nó => vật đang ở vị trí có li độ x = ± A/2

=> Thế năng của vật Wd = W – Wt = 3W/4 = 3W0/4

3. Trắc nghiệm
1 điểm

Cho ba con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương nằm ngang. Biết ba lò xo giống hệt nhau và vật nặng có khối lượng tương ứng m1, m2, m 3. Lần lượt kéo ba vật sao cho ba lò xo giãn cùng một đoạn A như nhau rồi thả nhẹ cho ba vật dao động điều hòa. Khi đi qua vị trí cân bằng vận tốc của hai vật m1,

m2 có độ lớn lần lượt là v1 = 20 cm/s, v2 = 10 cm/s. Biết m3 = 9m1 + 4m2, độ lớn vận tốc cực đại của vật m3 bằng

v3max = 9 cm/s

v3max = 5 cm/s

v3max = 10 cm/s

v3max = 4 cm/s

Xem đáp án

Đáp án D

Phương pháp: Độ lớn vận tốc cực đại vmax = ωA

Cách giải:

+ Ba lò xo giống hệt nhau, đều có độ cứng là k, khối lượng của các vật tương ứng là m1, m2 và m3

+ Kéo 3 lò xo ra khỏi VTCB một đoạn A rồi thả nhẹ => Biên độ dao động của chúng giống nhau và bằng A

+ Ta có: 

+ Theo đề bài ta có: 

=> Vận tốc của con lắc 3 khi đi qua vị trí cân bằng:

4. Trắc nghiệm
1 điểm

Hai chất điểm P, Q cùng xuất phát từ gốc và bắt đầu dao động điều hòa cùng theo trục Ox với cùng biên độ nhưng chu kì lần lượt là 3 s và 6 s. Tỉ số độ lớn vận tốc của P và Q khi chúng gặp nhau là bao nhiêu?

2:1

1:2

1:3

3:1

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng hệ thức độc lập theo thời gian của x và v

Cách giải:

Trong dao động điều hòa của vật, li độ và vận tốc luôn vuông pha nhau, với hai đại lượng vuông pha ta luôn có:

 

Lập tỉ số:

5. Trắc nghiệm
1 điểm

Một chất điểm có khối lượng m = 300g đồng thời thực hiện hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số. Ở thời điểm t bất kì li độ của hai dao động thành phần luôn thõa mãn 16x12 +9x22 = 25 (x1, x2 tính bằng cm). Biết lực phục hồi cực đại tác dụng lên chất điểm trong quá trình dao động là

10π rad/s

8 rad/s

4 rad/s

4π rad/s

Xem đáp án

Đáp án B

Phương pháp : Sử dụng công thức tính biên đô ̣của dao động tổng hợp

Lực hồi phục cực đại: Fmax = mω2A

Cách giải :

Từ giả thuyết:

 

Hai dao động này vuông pha với các biên độ thành phần A1 = 0,8cm, A2 = 0,6cm

Biên độ dao động tổng hợp: 

Mặt khác: 

6. Trắc nghiệm
1 điểm

Xét dao động điều hòa với A = 2 cm và tần số f. Khoảng thời gian ngắn nhất để vận tốc của vật thay đổi từ 2π cm/s đến -2π3 cm/s là T/4. Tìm f.

1 Hz.

0,5 Hz.

5 Hz.

2 Hz.

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng hê ̣thức độc lập theo thời gian của x và v

Cách giải:

+ Li độ tương ứng của vật đó là x1 và x2

+ Do khoảng thời gian đang xét là T/4

 

Mà: 

=> Tần số dao động: f = ω/2π = 1 Hz 

7. Trắc nghiệm
1 điểm

Một vật nhỏ có khối lượng là 100 g tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số với phương trình x1 = 6cos(10t + π/6) cm, x2 = A2cos(10t + 2π/3) cm. Cơ năng của vật nhỏ là 0,05 J. Biên độ A2 bằng

8 cm.

12 cm.

6 cm.

4 cm.

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp : Sử dụng công thức tính biên độ dao động tổng hợp và công thức tính cơ năng

Cách giải :

Dễ thấy hai dao động vuông pha nhau nên:

 

Thay số ta được:

 

8. Trắc nghiệm
1 điểm

Một chất điểm dao động điều hòa  có phương trình x = 10cos(2πt + π/2). Khoảng thời

gian kể từ thời điểm ban đầu, chất điểm đi theo chiều dương qua vị trí có động năng bằng thế năng lần thứ 2017 là

80678 s

604712 s

80688 s

2149312 s

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng vòng tròn lượng giác

Định luật bảo toàn cơ năng W = Wđ + Wt

Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp động năng bằng thế năng là T/4

Cách giải:

Wđ + Wtại những vị trí x=±A2 sau những khoảng thời gian cách đều là T/4

Một chu kỳ có 2 lần Wđ + Wt   theo chiều (+) ta có 20172 = 1008 dư 1 => t = 1008T + t1

Dựa vào đường tròn lượng giác ta có 

9. Trắc nghiệm
1 điểm

Một sợi dây mảnh, nhẹ, không dãn, chiều dài 1 m được cắt làm hai phần làm hai con lắc đơn, dao động điều hòa cùng biên độ góc αm tại một nơi trên mặt đất. Ban đầu cả hai con lắc cùng qua vị trí cân bằng. Khi con lắc thứ nhất lên đến vị trí cao nhất đầu tiên thì con lắc thứ hai lệch góc αm32 so với phương thẳng đứng lần đầu tiên. Chiếu dài dây của con lắc thứ nhất gần với giá trị nào dưới đây

31 cm.

69 cm.

23cm.

80 cm

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng vòng tròn lượng giác

Cách giải:

- Gọi l1, l2 là chiều dài hai đoạn dây của con lắc thứ nhất và con lắc thứ 2. Ta có: l1 + l2 = 1m (1)

- Khoảng thời gian con lắc thứ nhất đi từ VTCB tới li độ góc α1 = αm lần đầu tiên là: t1 = T14

- Khoảng thời gian con lắc thứ hai đi từ VTCB tới li độ góc α2 = αm32 lần đầu tiên là: t2 = T26

Theo bài ra ta có:

 

Từ (1) và (2) 

10. Trắc nghiệm
1 điểm

Một chất điểm thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số. Nếu

hai dao động thành phần lệch pha nhau π2 thì biên độ dao động tổng hợp là 20 cm. Nếu hai dao động thành phần ngược pha thì biên độ dao động tổng hợp là 15,6 cm. Biết biên độ của dao động thành phần thứ nhất lớn hơn so với biên độ của dao động thành phần thứ 2. Hỏi nếu hai dao động thành phần trên cùng pha với nhau thì biên độ dao động tổng hợp có giá trị gần giá trị nào nhất sau đây?

21,2 cm.

27,5 cm.

23,9 cm.

25,4 cm.

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp: Công thức tính biên độ dao động tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số

 

Cách giải:

Gọi A1, A2  là biên độ của hai dao động thành phần.

Nếu 2 dao động thành phần lệch pha

Nếu hai dao động thành phần ngược pha thì A1-A2 = 15,6 cm (2)

Từ (1) và (2) => A1 = 19,6cm, A2 = 4cm.

Nếu 2 dao động thành phần cùng pha thì

=> Biên độ dao động tổng hợp là: A = A1 + A2 = 23,6cm

11. Trắc nghiệm
1 điểm

Hai điểm sáng M và N dao động điều hòa cùng biên độ trên trục Ox, tại thời điểm ban đầu hai chất điểm cùng đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Chu kỳ dao động của M gấp 5 lần chu kỳ dao động của N. Khi hai chất điểm ngang nhau lần thứ nhất thì M đã đi được 10 cm. Quãng đường đi được của N trong khoảng thời gian đó bằng

50 cm.

30 cm.

25 cm.

40 cm.

Xem đáp án

Đáp án B

Phương pháp: Sử dụng công thức tính góc quét được trong thời gian ∆t: α = ω.∆t

Cách giải:

Lúc t = 0, vì 2 vật có cùng biên độ, cùng đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương nên M trùng N. Khi hai vật đi ngang qua nhau, vì chu kỳ của M lớn hơn nên M đi chậm hơn. Ta có: αN + αM = π (1)

Và theo bài cho ta có:

Từ (1) và (2) ta có:

 

12. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ có độ cứng 100 N/m và vật nhỏ khối lượng m. Con lắc

dao động điều hòa với biên độ 10 cm, chu kỳ T. Biết ở thời điểm t vật ở vị trí M, ở thời điểm t + 2T3 vật lại ở vị trí M nhưng đi theo chiều ngược lại. Động năng của vật khi nó ở M là

0,375 J.

0,750 J.

0,350 J.

0,500 J.

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng vòng tròn lượng giác và định luật bảo toàn cơ năng

Cách giải:

Sử dụng đường tròn biểu diễn vị trí tương ứng M1 và M2 với vật dao động điều hòa khi có li độ M nhưng theo 2 chiều ngược nhau.

(Cung lớn từ M1 sang M2).

OM1 hợp với trục Ox 1 góc π3 như hình vẽ

=> Điểm M có li độ x = A/2 = 5 cm 

=> Động năng của vật khi đi qua vị trí M là:

13. Trắc nghiệm
1 điểm

Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox, với gia tốc cực đại là 320 cm/s2. Khichất

điểm đi qua vị trí gia tốc có độ lớn 160 cm/s2 thì tốc độ của nó là 403 cm/s. Biên độ dao động của chất điểm là

20 cm

8 cm

10 cm

16 cm

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp: Sử dụng hệ thức độc lập với thời gian cuẩ và v, công thức tính gia tốc cực đại

Cách giải:

Ta có 

=> Tần số góc: 

=> Biên độ dao động 

14. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc đơn dao động điều hòa. Dây treo có độ dài không đổi. Nếu đặt con lắc tại nơi có gia tốc rơi tự do là g0 thì chu kỳ dao động là 1s. Nếu đặt con lắc tại nơi có gia tốc rơi tự do là g thì chu kỳ dao động là

g0g s

gg0 s

g0g s

gg0 s

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp: Chu kì dao động điều hòa của con lắc đơn T = 2πlg 

Cách giải:

Ta có: 

15. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc đơn dao động điều hòa, mốc thế năng tại vị trí cân bằng. Khi lực căng dây treo có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên vật nhỏ thì

động năng bằng thế năng của nó.

thế năng gấp hai lần động năng của nó.

thế năng gấp ba lần động năng của nó.

động năng của nó đạt giá trị cực đại

Xem đáp án

Đáp án B

Phương pháp: Sử dụng công thức tính lực căng, thế năng và cơ năng của con lắc đơn

Cách giải:

Trong dao động điều hòa của con lắc đơn thì

16. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc lò xo dao động tắt dần. Sau mỗi chu kì dao động, cơ năng của con lắc giảm 5 mJ. Để con lắc dao động duy trì thì phải bổ sung năng lượng cho con lắc sau mỗi chu kì dao động là

5 mJ.

10 mJ.

5 mJ.

2,5 mJ.

Xem đáp án

Đáp án A

Để duy trì dao động cho con lắc thì cơ năng của con lắc giảm bao nhiêu thì phải bù đắp bấy nhiêu

=> Năng lương̣ cần bổsung sau mỗi chu kì là 5mJ

17. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Độ cứng của lò xo là 16,2 N/m, mốc thế năng ở vị trí cân bằng, vật nhỏ của con lắc có động năng cực đại là 5 J. Ở thời điểm vật nhỏ có động năng bằng thế năng thì lực kéo về tác dụng lên nó có độ lớn bằng

7,2 N.

12 N.

9 N.

8,1 N.

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp: Sử dụng định luật bảo toàn cơ năng W = Wđ + Wt

Cách giải:

18. Trắc nghiệm
1 điểm

Một vật nhỏ tham gia đồng thời hai dao động điều hòa cùng tần số góc bằng 10 rad/s, có phương trình li độ x1 và x2 thỏa mãn 28,8x12 +5x22 = 720 ( với x1 và x2 được tính bằng cm). Lúc li độ của dao động thứ nhất là 3cm và li độ của vật thứ hai đang dương thì tốc độ của vật bằng

96 cm/s

63 cm/s

32 cm/s

45 cm/s

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp: Đạo hàm 2 vế phương trình  D. 45 cm/s

Cách giải:

Hai dao động này vuông pha nhau với biên độ dao động lần lượt là A1 = 5 cm và A2 = 12 cm

Tại x1 = 3 cm 

+ Lấy đạo hàm hai vế ta thu được: 57,6x1v1 +10x2v2 = 0 v2 = -72 cm/s 

=> Tốc độ của vật là  v = v1+v2 = 32 cm/s

19. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ . Tại vị trí cân bằng lò xo giãn 4 cm. Ban đầu giữ vật ở vị dao động ở vị trí lò xô giãn 6 cm. Bỏ qua mọi lực cản, lấy g = 10 m/sBỏ qua mọi lực cản, tốc độ dao động cực đại của vật là

94,9 cm/s

47,3 cm/s

79,1 cm/s

31,6 cm/s

Xem đáp án

Đáp án D

+ Biên độ dao động của vật A = l - l0 = 6 - 4 = 2 cm 

+ Tốc độ cực đại của vật trong quá trình dao động 

Tốc độ cực đại của vật trong quá trình dao động 

20. Trắc nghiệm
1 điểm

Tổng năng lượng của một vật dao động điều hòa E = 3.10-5J. Lực cực đại tác dụng lên vật bằng 1,5.10-3N. Chu kỳ dao động T = 2s và thời điểm ban đầu vật có li độ A/2 và chuyển động về VTCB. Phương trình dao động của vật là

x = 0,04cos(2πt + π/3) m

x = 0,03cos(πt + π/3) m

x = 0,04cos(πt + π/3) m

x = 0,02cos(πt + π/3) m

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp : Xác định A, ω và φ của phương trình x = Acos(ωt + φ)

Cách giải :

Chu kỳ dao động T = 2s => Tần số góc : ω = π (rad/s)

Ta có:

Thời điểm ban đầu vật có li độ A/2 và chuyển động về VTCB nên pha ban đầu là π/3 

=>Phương trình dao động : x = 0,04cos(πt + π/3) m 

21. Trắc nghiệm
1 điểm

Hai chất điểm A và B dao động trên hai trục của hệ tọa độ Oxy (O là vị trí cân bằng của 2 vật) với phương trình lần lượt là x = 4cos(10πt + π/6) cm và x = 4cos(10πt + π/3) cm. Khoảng cách lớn nhất giữa A và B là

5,86cm

5,26cm

5,46cm

5,66cm

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp : Khoảng cách giữa hai vật ∆x = x1 – x2

Cách giải :

 

Vậy khoảng cách lớn nhất là 5,46cm

22. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với chu kì và biên độ lần lượt là 0,4 s và 8 cm. Lấy gia tốc rơi tự do g = 10 m/s2; π2 = 10. Thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí mà lực đàn hồi của lò xo có độ lớn cực tiểu là

11/30 s.

1/30 s.

1/15 s.

1/10 s

Xem đáp án

Đáp án B

Phương pháp: Sử dụng lí thuyết về con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng

Cách giải:

+ Tần số góc ω = 2πT

+ Độ giãn của lò xo ở VTCB:

 

+ Do l0  < A nên lực đàn hồi của lò xo có độ lớn cực tiểu bằng 0 tại vị trí lò xo không biến dạng

=> Thời gian vật đi từ VTCB (x = 0) đến VT lò xo không biến dạng (x = -4 cm) là t = T/12 = 1/30 s

=> Chọn B

23. Trắc nghiệm
1 điểm

Hai chất điểm A và B dao động điều hòa với cùng biên độ. Thời điểm ban đầu t = 0 hai chất điểm đều đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Biết chu kỳ dao động của chất điểm A và B lần lượt là T và 0,5T. Tại thời điểm t = T/12 tỉ số giữa tốc độ của chất điểm A và tốc độ của chất điểm B là

1/2

32

23

2

Xem đáp án

Đáp án B

Phương pháp: Sử dụng lí thuyết về dao động điều hòa

Cách giải:

Sau thời giam T/12, chất điểm A và B đi đến vị trí pha lần lượt là -600 và -300

Tốc độ của chúng lần lượt là: 

24. Trắc nghiệm
1 điểm

Một vật dao động điều hoà trên trục Ox với biên độ 6 cm, chu kì bằng ls. Tại thời điểm ban đầu vật có li độ -3 cm đang đi về vị trí cân bằng. Kể từ thời điểm ban đầu đến lúc mà giá trị đại số của gia tốc của vật đạt cực tiểu lần thứ 3 thì tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian đó là

24,43 cm/s

24,35 cm/s

24,75 cm/s

24,92 cm/s

Xem đáp án

Đáp án A

Phương pháp : Tốc độ trung bình vtb = S/t (t là thời gian vật đi hết quãng đường S)

Cách giải :

Ta có a = -ω2x giá trị đại số của a cực tiểu khi x = A

Quãng đường vật đi được: S =  A/2 + A + 2.4A = 57cm

Thời gian vật đi: t = T/3 +2T = 7/3 s

Tốc độ trung bình là: v = S/t =24,43 cm/s

25. Trắc nghiệm
1 điểm

Một con lắc đơn có chu kỳ dao động điều hòa là T. Khi giảm chiều dài con lắc 10 cm thì chu kỳ dao động của con lắc biến thiên 0,1 s. Chu kỳ dao động T ban đầu của con lắc là

T = 1,9 s.

T = 1,95 s.

T = 2,05 s.

T = 2 s.

Xem đáp án

Đáp án C

Phương pháp : Công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn T = 2πlg 

Cách giải :

Khi chiều dài của con lắc là l: T = 2πlg 

Khi chiều dài của con lắc giảm 10cm: T' = 2π1-0,1g 

Ta có:  2πlg2π1-0,1g = 0,1 => l = 1,03759 m => T = 2πlg = 2,02391 s