Câu hỏi:

14/08/2021 1,288

Một con lắc lò xo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng k = 25N/m một đầu được gắn với hòn bi nhỏ có khối lượng m = 100g. Khi vật đang ở vị trí cân bằng, tại thời điểm t = 0 người ta thả cho con lắc rơi tự do sao cho trục lò xo luôn nằm theo phương thẳng đứng và vật nặng ở phía dưới lò xo. Đến thời điểm $t_{1} = 0, 02 \sqrt{15} s$ thì điểm chính giữa của lò xo đột ngột bị giữ lại cố định. Lấy $g = 10 m / s^{2}; π^{2} = 10$ . Bỏ qua ma sát, lực cản. Tốc độ của hòn bi tại thời điểm $t_{2} = t_{1} + 0, 07 s$ có độ lớn gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 75cm/s

B. 60cm/s

C. 90cm/s

D. 120cm/s

Xem lời giải

Câu hỏi trong đề: 30 đề thi THPT Quốc gia môn Vật lí năm 2022 có lời giải !!

Bắt đầu thi

Quảng cáo

Trả lời:

Giải bởi Vietjack

Đáp án A

Phương pháp giải:

Quá ttrình chuyển động của vật được chia thành hai giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Vật rơi tự do xuống dưới. Chọn HQC gắn với điểm treo lò xo,trục Ox thẳng đứng chiều dương hướng xuống dưới, gốc O tại vị trí cân bằng.

+ Giai đoạn 2. Lò xo bị giữ ở chính giữa, khi đó độ cứng k thay đổi, tần số góc và chu kì thay đổi, vị trí cân bằng thay đổi. Ta xác định vị trí và li độ ở hệ quy chiếu đất và vị trí cân bằng mới. Từ đó xác định biên độ mới. Sử dụng VTLG tìm vận tốc tại .

Giải chi tiết:

Độ biến dạng của lò xo tại VTCB: $Δ l_{0} = \frac{m g}{k} = \frac{0, 1.10}{25} = 4 c m$

Quá trình chuyển động của vật được chia làm hai giai đoạn:

Vật nặng chịu tác dụng của các lực: trọng lực, lực đàn hồi của lò xo, lực quán tính $(F_{q t} = P)$

Tại vị trí cân bằng và trong quá trình rơi, vật dao động điều hòa quanh vị trí lò xo không biến dạng với biên độ $A = Δ l_{0}$

Thời điểm t = 0, con lắc bắt đầu rơi thì vật đang ở biên dưới.

Tần số góc của dao động:

$ω = \sqrt{\frac{k}{m}} = 5 π_{} (r a d / s) \Rightarrow T = \frac{2 π}{ω} = 0, 4 s$

Sau khoảng thời gian $t_{1} = 0, 02 \sqrt{15} = \frac{\sqrt{15}}{20} T$ ứng với góc quét $φ = ω t_{1} = 69^{0}$

Khi đó li độ của vật là: $x_{1} = A . \cos 69^{0} = 1, 4 c m$

Khi đó vật có vận tốc là: $v = - ω . \sqrt{A^{2} - x^{2}} = - 58, 93_{} (c m / s)$

+ Giai đoạn 2: Khi lò xo bị giữ ở chính giữa.

Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất, vật chịu tác dụng của 2 lực: Trọng lực và lực đàn hồi.

Độ cứng ⇒ VTCB mới ở cách vị trí cân bằng cũ 2cm, là vị trí lò xo dãn $Δ l = \frac{m g}{k^{'}} = 2 c m$

Sau thời gian t₁, vận tốc của vật nặng so với mặt đất là: $\vec{v_{13}} = \vec{v_{12}} + \vec{v_{23}}$

$\Rightarrow v_{13} = - 58, 93 + g t = 18, 53 c m / s$

Li độ của vật tại thời điểm t₁ trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất là: $x_{13} = - 1, 4 - 2 = - 3, 4 c m$

Khi đó tần số góc: $ω^{'} = \sqrt{\frac{k^{'}}{m}} = \sqrt{2} ω = 5 \sqrt{2} π (r a d / s)$

Khi đó vật dao động quanh vị trị O' với biên độ: $A^{'} = \sqrt{x_{13}^{2} + {(\frac{v_{13}}{ω^{'}})}^{2}} \approx 3, 5 c m$

Sau thời gian $Δ t = 0, 07 s$

Vị trí ban đầu $α = a c r \cos \frac{3, 4}{3, 5} = 13, 8^{0}$

Góc quét được $φ = ω Δ t = 5 \sqrt{2} π .0, 07 = 89^{0}$

Li độ lúc đó là $x = A . \sin (α + φ - 90^{0}) = 0, 77 c m$

Vận tốc lúc đó là $v = ω^{'} \sqrt{{A^{'}}^{2}} - x^{2} = 75, 8_{} c m / s$

Hot: 500+ Đề thi thử tốt nghiệp THPT các môn, ĐGNL các trường ĐH... file word có đáp án (2025). Tải ngay

Sách thầy cô Vietjack biên soạn:

Xem thêm »

Bình luận

CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ

Câu 1

Thế nào là 2 sóng kết hợp?

A. Hai sóng luôn đi kèm với nhau

B. Hai sóng chuyển động cùng chiều và cùng tốc độ

C. Hai sóng có cùng bước sóng và có độ lệch pha biến thiên tuần hoàn

D. Hai sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Lời giải

Đáp án D

Phương pháp giải:

Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng tần số, cùng phương dao động và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Giải chi tiết:

Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Câu 2

Tại hai điểm A, B trên mặt nước cách nhau 16cm có hai nguồn phát sóng giống nhau. Điểm M nằm trên mặt nước và trên đường trung trực của AB cách trung điểm I của AB một khoảng nhỏ nhất bằng $4 \sqrt{5} c m$ luôn dao động cùng pha với I. Điểm N nằm trên mặt nước và nằm trên đường thẳng vuông góc với AB tại A, cách A một khoảng nhỏ nhất bằng bao nhiêu để N dao động với biên độ cực tiểu.

A. $2, 14 c m$

B. $8, 75 c m$

C. $9, 22 c m$

D. $8, 57 c m$

Lời giải

Đáp án A

Phương pháp giải:

+ Phương trình giao thoa sóng:

$u_{M} = u_{1 M} + u_{2 M} = 2 A . c o s \frac{π (d_{2} - d_{1})}{λ} . c o s [ω t - \frac{π (d_{2} + d_{1})}{λ}]$

+ Sử dụng điều kiện cùng pha: $Δ φ = k 2 π$

+ Số điểm dao động cực tiểu giữa hai nguồn cùng pha: $- \frac{l}{λ} - \frac{1}{2} < k < \frac{l}{λ} - \frac{1}{2}$

Giải chi tiết:

Ta có hình vẽ:

Phương trình dao động của một điểm M nằm trên đường trung trực là: $u = 2 A . \cos 2 π (f t - \frac{d_{1} + d_{2}}{2 λ})$

Với $d_{1}; d_{2}$ là khoảng cách từ điểm ta xét đến hai nguồn.

Các điểm nằm trên đường trung trực đều dao động với biên độ cực đại (vì hai nguồn cùng pha, cùng biên độ).

Để M và I dao động cùng pha thì: $2 π \frac{d_{A M} + d_{B M}}{2 λ} = 2 π \frac{d_{A I} + d_{B I}}{2 λ} + k 2 π$

Vì M gần I nhất, cách I một khoảng $4 \sqrt{5} c m$ , ứng với k = 1, ta có:

$2 π \frac{d_{A M} + d_{B M}}{2 λ} = 2 π \frac{d_{A I} + d_{B I}}{2 λ} + 2 π \Leftrightarrow \frac{2 (\sqrt{I A^{2} + I M^{2}})}{2 λ} = \frac{A B}{2 λ} + 2 π \Leftrightarrow \frac{2. \sqrt{8^{2} + {(4 \sqrt{5})}^{2}}}{2 λ} = \frac{16}{2 λ} + 1 \Leftrightarrow λ = 4, 0 c m$

Số điểm dao động cực tiểu nằm trên AB bằng số giá trị k nguyên thõa mãn:

$\frac{- A B}{λ} - \frac{1}{2} \leq k \leq \frac{A B}{λ} - \frac{1}{2} \Rightarrow \frac{- 16}{4} - \frac{1}{2} \leq k \leq \frac{16}{4} - \frac{1}{2} \Rightarrow - 4, 5 \leq k \leq 3, 5 \Rightarrow k = - 4; \pm 3; \pm 2; \pm 1; 0$

Điểm N nằm trên nằm trên đường thẳng vuông góc với AB tại A, dao động với biên độ cực tiểu, gần A nhất thì nằm trên hyperbol cực tiểu có bậc cao nhất về phía A, tức là k = -4

Điều kiển để N là dao động cực tiểu là:

$d_{A N} - d_{B M} = (k + \frac{1}{2}) λ \Rightarrow A N - \sqrt{A N^{2} + A B^{2}} = (- 4 + \frac{1}{2}) . λ \Leftrightarrow A N - \sqrt{A N^{2} + 16^{2}} = - 3, 5.4, 0 = - 14 \Rightarrow A N = 2, 14 c m$