Đề cương ôn tập học kì I môn Vật lý Lớp 12 - Ôn tập: Dao động cơ - Năm học 2018-2019 - Trường THPT Hai Bà Trưng

Trường THPT Hai Bà Trưng- Huế ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC KÌ I Tổ Vật lý- KTCN MÔN VẬT LÝ KHỐI 12- Năm học 2018-2019 ÔN TẬP DAO ĐỘNG CƠ I: ĐẠI CƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2 1 1 1. Chu kì, tần số, tần số góc: 2 f với f T T T f t * T = (t là thời gian để vật thực hiện n dđ) n 2. Dao động: a. Thế nào là dao động cơ: Chuyển động qua lại quanh một vị trí đặc biệt, gọi là vị trí cân bằng. b. Dao động tuần hoàn: Sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ. c. Dao động điều hòa: là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hay sin) của thời gian. 3. Phương trình dao động điều hòa (li độ): x = Acos(t + ) + x: Li độ, đo bằng đơn vị độ dài cm hoặc m -A A + A = xmax: Biên độ (luôn có giá trị dương) + 2A: Chiều dài quỹ đạo. +  : tần số góc (luôn có giá trị dương) + t : pha dđ (đo bằng rad) ( 2 2 ) + : pha ban đầu (tại t = 0, đo bằng rad) ( ) * Chú ý: + Quỹ đạo là một đoạn thẳng dài L = 2A + Mỗi chu kì vật qua vị trí biên 1 lần, qua các vị trí khác 2 lần (1 lần theo chiều dương và 1 lần theo chiều âm) - sina = cos(a + ) và sina = cos(a - ) 2 2 4. Phương trình vận tốc: v = - Asin(t + ) + v luôn cùng chiều với chiều cđ , v luôn sớm pha so với x 2 + Vật cđ theo chiều dương thì v > 0, theo chiều âm thì v < 0. + Vật ở VTCB: x = 0; vmax = A; + Vật ở biên: x = ±A; vmin = 0; 5. Phương trình gia tốc: a = - 2Acos(t + ) = -2x + a luôn hướng về vị trí cân bằng; a luôn sớm pha so với v, a và x luôn ngược pha 2 1 2 + Vật ở VTCB: x = 0; vmax = A; amin = 0 + Vật ở biên: x = ±A; vmin = 0; amax =  A 6. Hợp lực tác dụng lên vật (lực hồi phục): F = ma = - m 2 x =-kx 2 + Fhpmax = kA = m A: tại vị trí biên + Fhpmin = 0: tại vị trí cân bằng + Dao động cơ đổi chiều khi lực hồi phục đạt giá trị cực đại. + Lực hồi phục luôn hướng về vị trí cân bằng. -A O A xmax A x = 0 xmax = A v = 0 vmax A v = 0 2 2 amax =  A a = 0 amax =  A 2 Fhpmax Fhpmin = 0 Fhpmax = kA = m A 2 2 2 2 2 v v a 7. Công thức độc lập: A x và A2  2  2  4 8. Đồ thị của dđđh: + đồ thị li độ là đường hình sin. (A) + đồ thị vận tốc là một đoạn thẳng + 4 + đồ thị gia tốc là 1 elip 0 t (s) II: Con- 4 lắc lò xo 1. Phương trình dđ: x = Acos(t + ) 2. Chu kì, tần số, tần số góc và độ biến dạng: k m 1 k + Tần số góc, chu kỳ, tần số:  ; T 2 ; f m k 2 m + k = m 2 Chú ý: 1N/cm = 100N/m mg + Nếu lò xo treo thẳng đứng: m l0 Với T 2 2 l0 k g k Nhận xét: Chu kì của con lắc lò xo + tỉ lệ thuận căn bậc 2 của m; tỉ lệ nghịch căn bậc 2 của k + chỉ phụ thuộc vào m và k; không phụ thuộc vào A (sự kích thích ban đầu) 2 T m n k 3. Tỉ số chu kì, khối lượng và số dao động: 2 2 1 1 T1 m1 n2 k2 4. Chu kì và sự thay đổi khối lượng: Gắn lò xo k vào vật m1 được chu kỳ T1, vào vật m2 được T2, vào vật khối lượng m1 + m2 được chu kỳ T3, vào vật khối lượng m1 – m2 (m1 > m2) được chu kỳ T4. 2 2 2 2 2 2 Thì ta có: T3 T1 T2 và T4 T1 T2 5. Chu kì và sự thay đổi độ cứng: Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l được cắt thành các lò xo có độ cứng k1, k2, và chiều dài tương ứng là l1, l2 thì có: kl = k1l1 = k2l2 = @ Ghép lò xo: 1 1 1 k k * Nối tiếp: ... hay k 1 2 k k1 k2 k1 k2 2 2 2 cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: T = T1 + T2 * Song song: k = k1 + k2 + cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: 1 1 1 TT ... T 1 2 T 2 T 2 T 2 2 2 1 2 T1 T2 III: CON LẮC ĐƠN A: Đại cương về con lắc đơn 1/ Mô tả: Con lắc đơn gồm một vật nặng treo vào sợi dây không giãn, vật nặng kích thước không đáng kể so với chiều dài sợi dây, sợi dây khối lượng không đáng kể so với khối lượng của vật nặng.  g 1 g 2. Chu kì, tần số và tần số góc: T 2 ;  ; f g  2  Nhận xét: Chu kì của con lắc đơn + tỉ lệ thuận căn bậc 2 của l; tỉ lệ nghịch căn bậc 2 của g + chỉ phụ thuộc vào l và g; không phụ thuộc biên độ A và m. + ứng dụng đo gia tốc rơi tự do (gia tốc trọng trường g) 3. Phương trình dđ: Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và 0 << 1 rad hay S0 << l s = S0cos( t + ) hoặc α = α0cos(t + ) Với s = αl, S0 = α0l v = s’ = -S0sin(t + ) = -lα0sin(t + ) 2 2 2 2 a = v’ = - S0cos(t + ) = - lα0cos(t + ) = - s = - αl Lưu ý: S0 đóng vai trò như A còn s đóng vai trò như x S0 đóng vai trò như A còn s đóng vai trò như x 4. Hệ thức độc lập: * a = -2s = -2αl 3 v 2 2 2 2 2 2 2 v 2 v * S0 s ( ) *  0  2l 2 gl s 5. Lực hồi phục: F mg sin mg mg m 2s l + Đkiện dđ điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và 0 << 1 rad hay S0 << l + Với con lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng. + Với con lắc lò xo lực hồi phục không phụ thuộc vào khối lượng. 6. Chu kì và sự thay đổi chiều dài: Tại cùng một nơi con lắc đơn chiều dài l 1 có chu kỳ T1, con lắc đơn chiều dài l2 có chu kỳ T2, con lắc đơn chiều dài l 1 + l2 có chu kỳ T3, con lắc đơn chiều dài l 1 - l2 (l1>l2) có 2 2 2 2 2 2 chu kỳ T4. Ta có: T3 T1 T2 và T4 T1 T2 7. Tỉ số số dao động, chu kì tần số và chiều dài: Trong cùng thời gian con lắc có chiều dài l 1 thực hiện n T l f được n1 dao động, con lắc l2 thực hiện được n2 dao động. Ta có: n1T1 = n2T2 hay 1 2 2 1 n2 T1 l1 f 2 B: Phương trình dđ, vận tốc, gia tốc, lực căng dây và năng lượng 1. Phương trình dđ: (Viết phương trình dđ giống con lắc lò xo) 2 s = S0cos( t + ) v = - S0sin( t + ) a=- S0cos( t + ) 2 α = α0cos(t + ) v = - α0sin( t + ) a=- α0cos( t + ) Với s = αl, S0 = α0l; T P cos Chú ý: + Gia tốc pháp tuyến: a 2g(cos cos ) pt m 0 2 2 + Gia tốc tiếp tuyến: att = gsin Ta có gia tốc: a att a pt 2. Vận tốc, lực căng, năng lượng: 0 2 2 2 2 * 0 10 : v gl( 0 ) ; T = mg(1+ 0 1,5 ) 1 W mgl 2 t 2 1 W mv 2 đ 2 1 1 W W W m 2 S 2 mgl 2 t đ 2 0 2 0 0 * 0 10 : v 2gl(cos cos 0 ) T mg(3cos 2cos 0 ) W t mgh mgl (1 cos ) 1 W mv 2 đ 2 W W t W đ IV: CÁC LOẠI DAO ĐỘNG KHÁC x 1. Dao động tắt dần: Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do lực cản môi trường. O A t + Dđtdần càng nhanh nếu môi trường càng nhớt (lực cản càng lớn) T + Ứng dụng: giảm xóc trên xe cộ, cửa tự đóng 4 2. Dao động duy trì: Để dđ của một hệ không bị tắt dần, cần bổ sung năng lượng cho nó một cách đều đặn trong từng chu kì để bù vào phần năng lượng mất đi do ma sát. Dđ của hệ khi đó được gọi là dđ duy trì - Đặc điểm: + Biên độ không đổi + Tần số dao động bằng tần số riêng (fo) của hệ. 3. Dao động cưỡng bức: Là dao động của hệ dưới tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. - Đặc điểm: + Biên độ không đổi, tỉ lệ thuận với biên độ của ngoại lực và phụ thuộc vào tần số ngoại lực. + Tần số dao động bằng tần số của lực cưỡng bức (f) 4. Hiện tượng cộng hưởng: Khi f = f o thì biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại Hiện tượng cộng hưởng. + Điều kiện cộng hưởng: f = f0 hay  = 0 hay T = T0 s + v {t T0 ) t f f 0 Hay T T0 laøm A  Amax löïc caûn cuûa moâi tröôøng   0 + Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng: Cộng hưởng không chỉ có hại mà còn có lợi -Tòa nhà, cầu, máy, khung xe,...là những hệ dao động có tần số riêng. Không để cho chúng chịu tác dụng của các lực cưởng bức, có tần số bằng tần số riêng để tránh cộng hưởng, dao động mạnh làm gãy, đổ. - Hộp đàn của đàn ghi ta,...là những hộp cộng hưởng làm cho tiếng đàn nghe to, rỏ. Chú ý: + Dđ tắt dần là dđ có biên độ giãm dần theo thời gian. + Dđ cưỡng bức chịu tác dụng của ngoại lực lực biến thiên tuần hoàn. + Dđ duy trì giữ biên độ không đổi mà không làm chu kì thay đổi. Dao động tự do, Dao động cưỡng bức Dđ tắt dần dao động duy trì Cộng hưởng Do tác dụng Lực tác Do tác dụng của nội của lực cản Do tác dụng của ngoại lực tuần hoàn dụng lực tuần hoàn (do ma sát) Biên độ Phụ thuộc điều kiện Giảm dần theo Phụ thuộc biên độ của ngoại lực và hiệu số A ban đầu thời gian ( fcb f0 ) Chỉ phụ thuộc đặc Không có chu Chu kì T Bằng với chu kì ( hoặc tần số) của ngoại lực tính riêng của hệ, kì hoặc tần số 5 (hoặc không phụ thuộc do không tuần tác dụng lên hệ tần số f) các yếu tố bên hoàn ngoài. Hiện tượng Sẽ không dao Sẽ xãy ra HT cộng hưởng (biên độ A đạt đặc biệt Không có động khi ma sat max) khi tần số f f trong quá lớn cb 0 DĐ Chế tạo đồng hồ Chế tạo lò xo Chế tạo khung xe, bệ máy phải có tần số khác Ứng quả lắc. giảm xóc trong xa tần số của máy gắn vào nó. dụng Đo gia tốc trọng ôtô, xe máy Chế tạo các loại nhạc cụ trường của trái đất. V: TỔNG HỢP DAO ĐỘNG 1. Công thức tính biên độ và pha ban đầu của dđ tổng hợp 2 2 2 A1 sin 1 A 2 sin 2 A A1 A 2 2A1A 2 cos( 2 1 ) tan A1 cos 1 A 2 cos 2 2. Ảnh hưởng của độ lệch pha: 2 1{ 2 1} a. Nếu 2 dđ thành phần cùng pha: = 2k { k 0; 1; 2...} Biên độ dđ tổng hợp cực đại: A = A1 + A2 1 2 b. Nếu 2 dđ thành phần ngược pha: = (2k +1) { k 0; 1; 2...} Biên độ dđ tổng hợp cực tiểu: A A1 A 2 1 nếu A1 > A2 và ngược lại c. Khi x & x vuông pha (2k 1) { k 0; 1; 2...} 1 2 2 2 2 Biên độ dđ tổng hợp A A1 A2 d. Bất kì: A1 A2 A A1 A2 ........................................................................................................ ÔN TẬP SÓNG CƠ I: ĐẠI CƯƠNG SÓNG CƠ. 1. Khái niệm về sóng cơ, sóng ngang, sóng dọc? 6 a. Sóng cơ: là dao động dao động cơ lan truyền trong một môi trường không truyền được trong chân không Đặc điểm: - Sóng cơ không truyền được trong chân không. - Khi sóng cơ lan truyền, các phân tử vật chất chỉ dao động tại chổ, pha dao động và năng lượng sóng chuyển dời theo sóng. - Trong môi trường đồng tính và đẳng hướng, tốc độ không đổi. b. Sóng dọc: là sóng cơ có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được trong chất khí, lỏng, rắn. Ví dụ: Sóng âm trong không khí. c. Sóng ngang: là sóng cơ có phương dđ vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang truyền được trong chất rắn và trên mặt chất lỏng. Ví dụ: Sóng trên mặt nước. 2. Các đặc trưng của sóng cơ: a. Chu kì (tần số sóng): là đại lượng không thay đổi khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác. b. Biên độ sóng: là biên độ dđộng của một phần tử có sóng truyền qua. c. Tốc độ truyền sóng: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường; phụ thuộc bản chất môi trường ( vR vL vK ) và nhiệt độ (nhiệt độ của môi trường tăng thì tốc độ lan truyền càng nhanh) v d. Bước sóng (m):  vT : Với v(m/s); T(s); f(Hz) ( m) f C1: là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau. C2: là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kì Chú ý: Trên vòng tròn lượng giác: S  2 R t T e. Năng lượng sóng: Qtrình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. 3. Chú ý: + Số chu kì bằng số gợn sóng trừ 1. + Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là  . + Quãng đường truyền sóng: S = v.t 7 + Khoảng cách giữa n ngọn sóng là (n – 1)  4. Phương trình truyền sóng a. Phương trình dđ: Ph­¬ng truyÒn sãng M O N dM OM dN ON 2 d 2 dM uo acos(t ) N u acos(t ) uN acos(t ) M   x t x um = Acos(t ) Acos 2 ( ) v T  t d u Acos2 ( ) M T  với d = MO thì phương trình sóng phản xạ tại M là: t d K hi M cè ®Þnh u A cos 2 ( ) M ' T  t d K hi M tù do u A cos 2 ( ) M ' T  x x x  2 1 2 2 b. Độ lệch pha của 2 dđ tại 2 điểm cách nguồn:   + Cùng pha: k2 + Ngược pha: (2 k 1) + Vuông pha: (2k 1) 2 - Khoảng cách giữa hai điểm dao động cùng pha: d k (k = 1, 2, 3 ). 1 - Khoảng cách giữa hai điểm dao động ngược pha: d (k ) (k = 0, 1, 2 ) 2 Chú ý: 8 + Nếu nguồn kích thích bằng dòng điện có tần số f thì sóng dđ với 2f. + Hai điểm gần nhau nhất cùng pha cách nhau 1 bước sóng + Hai điểm gần nhau nhất ngược pha cách nhau nửa bước sóng + Hai điểm gần nhau nhất vuông pha cách nhau một phần tư bước sóng ---------- II: DAO THOA SÓNG 1. Hiện tượng giao thoa sóng: là sự tổng hợp của 2 hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ biên độ sóng được tăng cường (cực đại giao thoa) hoặc triệt tiêu (cực tiểu giao thoa). Hiện tượng giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng. 2. Điều kiện giao thoa. Sóng kết hợp: Đk để có giao thoa: 2 nguồn sóng là 2 nguồn kết hợp o Dao động cùng phương, cùng chu kỳ o Có hiệu số pha không đổi theo thời gian 3. Phương trình: Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S 1, S2 cách nhau một khoảng l: Điểm M cách 2 nguồn d1, d2 9 @ Nếu tại hai nguồn S 1 và S2 cùng phát ra hai sóng giống hệt nhau có phương trình sóng là: u 1 = u2 = Acost và bỏ qua mất mát năng lượng khi sóng truyền đi thì thì sóng tại M (với S 1M = d1; S2M = d2) là tổng hợp hai sóng từ S1 và S2 truyền tới sẽ có phương trình là: (d 2 d1 ) (d 2 d1 ) uM = 2Acos cos(t - )   2 (d d ) @ Độ lệch pha của 2 sóng từ 2 nguồn truyền tới M: = 2 1  a. Hai nguồn dđ cùng pha 2 1 k * Điểm dđ cực đại: d1 – d2 = k (k Z) s s s s Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): 1 2 k 1 2    AB Vị trí của các điểm cực đại: d k. 1 2 2  1 * Điểm dđ cực tiểu (không dđ): d1– d2 = (2k +1) = (k + ) (k Z) 2 2 s s 1 s s 1 Số điểm (không tính 2 nguồn): 1 2 k 1 2  2  2  AB  Vị trí của các điểm cực tiểu: d k. (thay các giá trị k) 1 2 2 4 b. Hai nguồn dđ ngược pha: (2k 1)  1 * Điểm dđ cực đại: d1 – d2 = (2k+1) = (k + ) (k Z) 2 2 d d l Vị trí dao động cực đại sẽ có: 2 1 1 d d (k ) 2 1 2 s1s2 1 s1s2 1 Số điểm (không tính 2 nguồn): k  2  2 * Điểm dđ cực tiểu (không dđ): d1 – d2 = k (k Z) s s s s Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): 1 2 k 1 2   c. Hai nguồn dđ vuông pha: (2k 1) 2 1 2  * Điểm cực đại có d2 – d1 = k  + 4 Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn AB là bằng nhau và bằng: s s 1 s s 1 1 2 k 1 2  4  4 10