Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 12 - Chuyên đề 1: Dao động cơ

Nội dung text: Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 12 - Chuyên đề 1: Dao động cơ

1. MỤC LỤC CHỦ ĐỀ 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 6 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 6 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 6 Dạng 1. Các phương pháp biểu diễn dao động điều hòa và các đại lượng đặc trưng 6 1. Các bài toán yêu cầu sử dụng linh hoạt các phương trình 6 1.1. Các phương trình phụ thuộc thời gian 6 1.2. Các phương trình độc lập với thời gian 8 2. Các bài toán sử dụng vòng tròn lượng giác 12 2.1.Chuyển động tròn đều và dao động điều hoà 12 2.2. Khoảng thời gian để véc tơ vận tốc và gia tốc cùng chiều, ngược chiều 13 2.3. Tìm li độ và hướng chuyển động 14 2.4. Tìm trạng thái quá khứ và tương lai 15 2.4.1.Tìm trạng thái quá khứ và tương lai đối với bài toán chưa cho biết phương trình của x, v, a, F 15 2.4.2. Tìm trạng thái quá khứ và tương lai đối với bài toán cho biết phương trình của x, v, a, F 19 2.5. Tìm số lần đi qua một vị trí nhất định trong một khoảng thời gian 24 2.6. Viết phương trình dao động điều hòa 28 Dạng 2. Bài toán liên quan đến thời gian 49 1. Thời gian đi từ x1 đến x2 49 1.1. Thời gian ngắn nhất đi từ x1 đến vị trí cân bằng và đến vị trí biên 49 1.2. Thời gian ngắn nhất đi từ x1 đến x2 53 1.3. Thời gian ngắn nhất liên quan đến vận tốc, động lượng 57 1.4. Thời gian ngắn nhất liên quan đến gia tốc, lực, năng lượng 60 2. Thời điểm vật qua x1 64 2.1. Thời điểm vật qua x1 theo chiều dương (âm) 64 2.2. Thời điểm vật qua x1 tính cả hai chiều 66 2.3.Thời điểm vật cách vị trí cân bằng một đoạn b 68 2.4. Thời điểm liên quan đến vận tốc, gia tốc, lực 70 Dạng 3. Bài toán liên quan đến quãng đường 82 1. Quãng đường đi được tối đa, tối thiểu 82 1.1 Trường hợp Δt T/2 t ' = n + t với 0t 85 2 2 2. Quãng đường đi 90 2.1 Quãng đường đi được từ t1 đến t2 90 2.2 Thời gian đi quãng đường nhất định 100 Dạng 4. Bài toán liên quan đến vừa thời gian vừa quãng đường 109 1. Vận tốc trung bình và tốc độ trung bình 109 1.1. Tính vận tốc trung bình và tốc độ trung bình 109 1.2. Biết vận tốc trung bình và tốc độ trung bình tính các đại lượng khác 116 2. Các bài toán liên quan vừa quãng đường vừa thời gian 117 Dạng 5. Bài toán liên quan đến chứng minh hệ dao động điều hòa 123 1
2. CHỦ ĐỀ 2. CON LẮC LÒ XO 127 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 127 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 128 Dạng 1. Bài toán liên quan đến công thức ω, f, T, m, k 128 1. Con lắc lò xo dao động trong hệ quy chiếu quán tính 128 2. Con lắc lò xo dao động trong hệ quy phi quán tính 131 Dạng 2. Bài toán liên quan đến cơ năng, thế năng, động năng 137 1. Vận dụng công thức tính cơ năng, thế năng, động năng 137 2. Khoảng thời gian liên quan đến cơ năng, thế năng, động năng. 141 Dạng 3. Bài toán liên quan đến cắt ghép lò xo 152 1. Cắt lò xo 152 2. Ghép lò xo 158 Dạng 4. Bài toán liên quan đến chiều dài của lò xo và thời gian lò xo nén, dãn 163 1. Bài toán liên quan đến chiều dài của lò xo 163 2. Bài toán liên quan đến thời gian lò xo nén dãn 170 Dạng 5. Bài toán liên quan đến lực đàn hồi lực kéo về 180 1. Con lắc lò xo dao động theo phương ngang 181 2. Con lắc lò xo dao dộng theo phưong thẳng đứng, xiên 183 Dạng 6. Bài toán liên quan đến sợi dây trong cơ hệ 195 Dạng 7. Bài toán liên quan đến kích thích dao động 200 1. Kích thích dao động bằng va chạm 200 1.1. Va chạm theo phương ngang 200 1.2. Va chạm theo phương thẳng đứng 205 2. Kích thích dao động bằng lực 208 Dạng 8. Bài toán liên quan đến hai vật 215 1. Các vật cùng dao động theo phương ngang 215 1.1. Hai vật tách rời ở vị trí cân bằng 215 1.2. Cắt bớt vật (đặt thêm vật) 219 1.3. Liên kết giữa hai vật 222 2. Các vật cùng dao động theo phương thẳng đứng 227 2.1. Cắt bớt vật 227 2.2. Đặt thêm vật 228 CHỦ ĐỀ 3. CON LẮC ĐƠN 239 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 239 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 240 Dạng 1. Bài toán liên quan đến công thức tính ω, f, T 240 Dạng 2. Bài toán liên quan đến năng lượng dao động 247 Dạng 3. Bài toán liên quan đến vận tốc của vật, lực căng sợi dây, gia tốc 253 Dạng 4. Bài toán liên quan đến va chạm con lắc đơn 262 Dạng 5. Bài toán liên quan đến thay đổi chu kì 269 1. Chu kì thay đổi lớn 269 2. Chu kỳ thay đổi nhỏ 270 3. Đồng hồ quả lắc 273 Dạng 6. Bài toán liên quan đến dao động con lắc đơn có thêm trường lực 280 1. Khi F có phương thẳng đứng 282 2. Khi F có phương ngang 290 2
3. 3. Khi F có phương xiên 295 Dạng 7. Bài toán liên quan đến hệ con lắc và chuyển động của vật sau khi dây đút 305 1. Hệ con lắc thay đổi 305 2. Chuyển động của vật sau khi dây đứt 308 CHỦ ĐỀ 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG DUY TRÌ. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC. CỘNG HƯỞNG 313 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 313 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 314 Dạng 1. Bài toán liên quan đến hiện tượng cộng hưởng 314 Dạng 2. Bài toán liên quan đến dao động tắt dần của con lắc lò xo 318 1. Khảo sát gần đúng 318 2. Khảo sát chi tiết 323 2.1. Dao động theo phương ngang 323 2.2. Dao động theo phương thẳng đứng 342 Dạng 3. Bài toán liên quan đến dao động tắt dần của con lắc đơn 354 CHỦ ĐỀ 5. TỔNG HỢP CÁC DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 363 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 363 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 363 Dạng 1. Bài toán thuận trong tổng hợp dao động điều hòa 363 Dạng 2. Bài toán ngược và “biến tướng” trong tổng hợp dao động điều hòa 382 1. Bài toán ngược trong tổng hợp dao động điều hoà 382 2. “Biến tướng” trong tổng hợp dao động điều hoà 388 3. Hai chất điểm dao động điều hòa trên 2 đường thẳng song song hoặc trong hai mặt phẳng song song có cùng vị trí cân bằng là ở gốc tọa độ 392 4. Hiện tượng trùng phùng và gặp nhau 399 4.1. Hiện tượng trùng phùng với hai con lắc có chu kì khác nhau nhiều 399 4.2. Hiện tượng trùng phùng với hai con lắc có chu kì xấp xỉ nhau 400 4.3. Hiện tượng gặp nhau của hai con lắc 401 3
4. MỤC LỤC CHỦ ĐỀ 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 6 A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 6 B. PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG 6 Dạng 1. Các phương pháp biểu diễn dao động điều hòa và các đại lượng đặc trưng 6 1. Các bài toán yêu cầu sử dụng linh hoạt các phương trình 6 1.1. Các phương trình phụ thuộc thời gian 6 1.2. Các phương trình độc lập với thời gian 8 2. Các bài toán sử dụng vòng tròn lượng giác 12 2.1.Chuyển động tròn đều và dao động điều hoà 12 2.2. Khoảng thời gian để véc tơ vận tốc và gia tốc cùng chiều, ngược chiều 13 2.3. Tìm li độ và hướng chuyển động 14 2.4. Tìm trạng thái quá khứ và tương lai 15 2.4.1.Tìm trạng thái quá khứ và tương lai đối với bài toán chưa cho biết phương trình của x, v, a, F 15 2.4.2. Tìm trạng thái quá khứ và tương lai đối với bài toán cho biết phương trình của x, v, a, F 19 2.5. Tìm số lần đi qua một vị trí nhất định trong một khoảng thời gian 24 2.6. Viết phương trình dao động điều hòa 28 Dạng 2. Bài toán liên quan đến thời gian 49 1. Thời gian đi từ x1 đến x2 49 1.1. Thời gian ngắn nhất đi từ x1 đến vị trí cân bằng và đến vị trí biên 49 1.2. Thời gian ngắn nhất đi từ x1 đến x2 53 1.3. Thời gian ngắn nhất liên quan đến vận tốc, động lượng 57 1.4. Thời gian ngắn nhất liên quan đến gia tốc, lực, năng lượng 60 2. Thời điểm vật qua x1 64 2.1. Thời điểm vật qua x1 theo chiều dương (âm) 64 2.2. Thời điểm vật qua x1 tính cả hai chiều 66 2.3.Thời điểm vật cách vị trí cân bằng một đoạn b 68 2.4. Thời điểm liên quan đến vận tốc, gia tốc, lực 70 Dạng 3. Bài toán liên quan đến quãng đường 82 1. Quãng đường đi được tối đa, tối thiểu 82 1.1 Trường hợp Δt T/2 t ' = n + t với 0t 85 2 2 2. Quãng đường đi 90 2.1 Quãng đường đi được từ t1 đến t2 90 2.2 Thời gian đi quãng đường nhất định 100 Dạng 4. Bài toán liên quan đến vừa thời gian vừa quãng đường 109 1. Vận tốc trung bình và tốc độ trung bình 109 1.1. Tính vận tốc trung bình và tốc độ trung bình 109 1.2. Biết vận tốc trung bình và tốc độ trung bình tính các đại lượng khác 116 2. Các bài toán liên quan vừa quãng đường vừa thời gian 117 Dạng 5. Bài toán liên quan đến chứng minh hệ dao động điều hòa 123 1