Các dạng bài tập Con lắc đơn có lời giải

Các dạng bài tập Con lắc đơn có lời giải

Phần Con lắc đơn Vật Lí lớp 12 với 4 dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 150 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào để theo dõi các dạng bài Con lắc đơn hay nhất tương ứng.

Cách viết phương trình dao động của Con lắc đơn

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Phương trình dao động con lắc đơn: S = Socos(ωt + Φ) hoặc a = aocos(ωt + j)(rad)

Bước 1: Tìm t

Lưu ý: t = 0, vật đi theo chiều (+) thì và trái lại nếu vật đi theo chiều (-) thì φ > 0

Bước 2: Tìm ω > 0 nếu các giải đáp khác nhau về ω

Bước 3: Tìm So > 0 nếu các giải đáp khác nhau về So

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Con lắc đơn có T = 2s. Trong quá trình dao động, góc lệch cực đại của dây là 0,04 rad. Chọn gốc thời gian là lúc vật có li độ là α = 0,02 rad và đang chuyển động về VTCB. PHương trình dao động của con lắc là

A. α = 0,04cos(πt+π/3)(rad).          B. α = 0,04cos(πt-π/3)(rad).

C. α = 0,04cos(πt+2π/3)(rad).          D. α = 0,04cos(πt-2π/3)(rad).

Hướng dẫn:

t = 0 ⇒

Vật đang ở li độ góc dương đi về VTCB tức là đi theo chiều (-)

⇒ φ = π/3 > 0

⇒ φ = π/3 > 0

Ví dụ 2: Một con lắc đơn được kích thích và để cho dao động tự do với biên độ góc nhỏ trong điều kiện lực cản không đáng kể thì dao động điều hòa với tần số 0,25Hz. Con lắc dao động với biên độ 4cm. Chọn gốc thời gian là lúc con lắc qua VTCB theo chiều dương thì biểu thức li độ góc α là

A. α = 0,04cos(πt-π/2) (rad).          B. α = 0,01cos(πt-π/2) (rad).

C. α = 0,16cos(πt) (rad).          D. α = 0,04cos(πt) (rad).

Hướng dẫn:

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Một con lắc đơn có chiều dài l = 16 cm. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân đối một góc 9° rồi thả nhẹ. Bỏ qua mọi ma sát, lấy g = 10 m/s2, π2 = 10. Chọn gốc thời gian lúc thả vật, chiều dương cùng chiều với chiều chuyển động ban đầu của vật. Viết phương trình dao động theo li độ góc tính ra rad.

A. α = 0,157cos(2,5π + π) rad

B. α = 0,314cos(2,5π + π/2) rad

C. α = 0,314cos(5π – π/2) rad

D. α = 0,157cos(5π + π) rad

Hiển thị lời giải

Ta có:

Chọn A

Câu 2. Một con lắc đơn dao động điều hòa với chu kì T = 2 s. Lấy g = 10 m/s2, π2 = 10. Viết phương trình dao động của con lắc theo li độ dài. Biết rằng tại thời điểm ban đầu vật có li độ góc α = 0,05 rad và vận tốc v = – 15,7 cm/s

A. s = 5√2cos(2πt – π/4) cm

B. s = 5cos(πt + 3π/4) cm

C. s = 5cos(2πt – π/4) cm

D. s = 5√2cos(πt + π/4) cm

Hiển thị lời giải

Ta có:

Chọn D

Câu 3. Một con lắc đơn treo một vật nặng có khối lượng 100 g, chiều dài dây treo là 1 m, treo tại nơi có g = 9,86 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân đối góc α0 rồi thả không vận tốc đầu. Biết con lắc dao động điều hòa với năng lượng W = 8.10-4 J. Lập phương trình dao động điều hòa của con lắc, chọn gốc thời gian lức vật nặng có li độ cực đại dương. Lấy π2 = 10

A. s = 2cosπt cm

B. s = 4cos(πt + π) cm

C. s = 4cosπt cm

D. s = 2cos(πt + π/3) cm

Hiển thị lời giải

Phương trình dao động: s = S0cos(ωt + φ)

Tần số góc ω = √(g/l) = √(9,86) = π rad

Từ W = (mω2S02)/2 suy ra biên độ dao động S0

Tìm φ : t = 0, s = S0 ⇒ cosφ = 1 ⇒ φ = 0. Vậy s = 4cosπt cm. Chọn C.

Câu 4. Một con lắc đơn dài l = 20 cm treo tại một điểm có định. Kéo con lắc khỏi phương thẳng đứng một góc bằn 0,1 rad về phía bên phải rồi chuyền cho một vận tốc 14 cm/s theo phương vuông góc với dây về phía vi trí cân đối. Coi con lắc dao động điều hòa, viết phương trình dao động so với li độ dài của con lắc. Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân đối, chiều dương hướng từ vị trí cân đối sang phía bên phải, gốc thời gian là lúc con lắc đi qua vị trí cân đối lần thứ nhất. Cho gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2

A. s = 2cos(7t + π/3) cm

B. s = 2cos(7t + π/2) cm

C. s = 2√2cos(7t + π/2) cm

D. s = 2√3cos(7t – π/2 cm

Hiển thị lời giải

Phương trình dao động: s = S0cos(ωt + φ)

Tần số góc:

Từ

Với s = αl, v = 14 cm/s ⇒ S0 = 2√2 cm.

Tại thời điểm t = 0 lúc con lắc qua vị trí cân đối lần thứ nhất nên s = 0, v < 0:

Vậy phương trình dao động của con lắc là: s = 2√2cos(7t + π/2) cm. Chọn C

Câu 5. Một con lắc đơn đang nằm yên tại vị trí cân đối, truyền cho nó một vận tốc v0 = 40 cm/s theo phương ngang thì con lắc đơn dao động điều hòa. Biết rằng tại vị trí có li độ góc α = 0,1√3 rad thì nó có vận tốc v = 20 cm/s. Lấy g = 10 m/s2. Chọn gốc thời gian là lúc truyền vận tốc cho vật, chiều dương cùng chiều với vận tốc ban đầu. Viết phương trình dao động của con lắc theo li độ dài.

A. s = 8√2cos(5t – π/2) cm

B. s = 8cos(5t + π/2) cm

C. s = 8√2cos(5t – π/2) cm

D. s = 8cos(5t – π/2) cm

Hiển thị lời giải

Ta có:

Chọn D

Câu 6. Con lắc đơn dao động điều hòa với chu kì T = π/5 s. Biết rằng ở thời điểm ban đầu con lắc ở vị trí biên, có biên độ góc α0 với cosα0 = 0,98. Lấy g = 10 m/s2. Viết phương trình dao động của con lắc theo li độ góc.

A. α = 0,2cos10t rad.

B. α = 0,1cos10t rad.

C. α = 0,2cos(10t + π) rad.

D. α = 0,1cos(10t + π) rad.

Hiển thị lời giải

Ta có: ω = 2π/T = 10 rad/s; cosα0 = 0,98 = cos11,48° ⇒ α0 = 11,48° = 0,2 rad

cosφ = α/α0 = α0/α0 = 1 = cos0 ⇒ = 0. Vậy α = 0,2cos10t rad. Chọn A

Câu 7. Một con lắc đơn gồm quả cầu nặng 200 g, treo vào đầu sợi dây dài l . Tại nơi có g = 9,86 m/s2 con lắc dao động với biên độ nhỏ và khi qua vị trí cân đối có vận tốc v0 = 6,28 cm/s và khi vật nặng đi từ vị trí cân đối đến li độ α = 0,5α0 mất thời gian ngắn nhất là 1/6 s. Viết phương trình dao động của con lắc, biết tại t = 0 thì α = α0 , đồng thời quả cầu đang chuyển động ra xa vị trí cân đối. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí.

A. s = 2cos(πt + π/3) cm

B. s = 2√2cos(πt + π/3) cm

C. s = 2cos(πt – π/3) cm

D. s = 2√2cos(πt – π/3) cm

Hiển thị lời giải

Dùng liên hệ chuyển động tròn đều và dao động điều hòa ta tính được thời gian vật nặng đi từ vị trí câng bằng đến li độ α = 0,5α0 (hay s = 0,5S0) mất hời gian ngắn nhất là T/12 = 1/6 ⇒ T = 2 s

Chiều dài của con lắc

Phương trình dao động của con lắc là s = S0cos(ωt + φ)

Tần số góc: ω = π rad/s.

Vận tốc con lắc khi qua vị trí cân đối vmax = ωS0 = 6,28 ⇒ S0 = 2 cm

Tại thời điểm t = 0, α = 0,5α0 ⇒ s = 0,5S0, quả cầu đang chuyển động ra xa vị trí cân đối nên khi đó quả cầu đi theo chiều dương (v > 0):

Vậy phương trình dao động của con lắc s = 2cos(πt + π/3) cm. Chọn C

Câu 8. Một con lắc đơn có chiều dài l = 40 cm , được treo tại nơi có g = 10 m/s2. Bỏ qua sức cản không khí. Mang con lắc lệch khỏi VTCB một góc 0,1 rad rồi truyền cho vật nặng vận tốc 20 cm/s theo phương vuông góc với dây hướng về VTCB. Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân đối của vật nặng, gốc thời gian lúc gia tốc của vật nặng tiếp tuyến với quỹ đạo lần thứ nhất. Viết phương trình dao động của con lắc theo li độ cong

A. 8cos(25t + π) cm

B. 4√2cos(25t + π) cm

C. 4√2cos(25t + π/2) cm

D. 8cos(25t) cm

Hiển thị lời giải

Phương trình dao động của con lắc theo li độ cong có dạng: s = Smaxcos(ωt + φ)

Gọi αm là biên độ góc của dao độngn của con lắc đơn

Khi đo biên độ của tọa độ cong Smax = αm.l → α0 = 0,1 rad

Theo ĐL bảo toàn năng lượng ta có :

Tần số góc của dao động ω = √(g/l) = 25 rad/s

Gốc thời gian t = 0 khi gia tốc của vật nặng tiếp tuyến với quỹ đạo lần thứ nhất tức là gia tốc hướng tâm aht = 0 → v = 0: tức là lúc vật ở biên âm (ở điểm A).

Khi t = 0, s = -Smax → φ = π

Vậy: s = 4√2cos( ωt + π) (cm). Chọn giải đáp B

Câu 9. Treo một con lắc đơn tại nơi có gia tốc g = π2 m/s2, chiều dài của dây treo là 1 m và bỏ qua tác dụng của lực cản. Kéo vật lệch ra khỏi vị trí cân đối một góc 6° rồi thả nhẹ cho vật dao động điều hòa. Chọn gốc thời gian là lúc buông vật, chiều dương là chiều chuyển động của vật ngay khi buông vật. Phương trình dao động của vật nhỏ là:

A. s = (π/30)cos(πt + π) m

B. s = (π/30)cos(πt) m

C. s = 0,06cos(πt) m

D. s = 0,06cos(πt + π) m

Hiển thị lời giải

Biên độ của dao động s = l.φ = l.(π/30) = π/30 rad

Tần số góc của dao động ω = √(g/l) = π rad/s

See also  Số ngày làm việc trong tháng để đóng bhxh?

Vậy s = (π/30)cos(πt + π) m . Chọn A

Câu 10. Con lắc đơn dao động điều hòa theo thời gian có ly độ góc mô tả theo hàm cosin với biên độ góc α0, tần số góc ω và pha ban đầu φ. Chiều dài giây treo là l. Phương trình ly độ góc biến thiên theo thời gian có dạng

A. α = α0cos(ωt + φ)

B. α = ωα0cos(ωt + φ)

C. α = ω2α0cos(ωt + φ)

D. α = lα0cos(ωt + φ)

Hiển thị lời giải

Phương trình li độ góc biến thiên theo quy luật α = α0cos(ωt + φ). Chọn A.

Câu 11. (Minh họa – 2017) Một con lắc đơn có chiều dài 1 m, được treo tại nơi có gia tốc trọng trường g = π2 m/s2. Giữ vật nhỏ của con lắc ở vị trí có li độ góc −9° rồi thả nhẹ vào lúc t = 0. Phương trình dao động của vật là

A. s = 5cos(πt + π) cm

B. s = 5cos(2πt) cm

C. s = 5πcos(πt + π) cm

D. s = 5πcos(2πt) cm

Hiển thị lời giải

Tần số góc của dao động ω = √(g/l) = √((π2)/l) = π rad/s

Biên độ cong của dao động s0 = lα0 = l.(9°/180°).π = 5π cm

Ban đầu vật ở vị trí biên âm, do vậy phương trình dao động sẽ là s = 5πcos(πt + π) cm. Chọn C

Cách giải bài tập Chu kì con lắc đơn thay đổi theo chiều dài, nhiệt độ, độ cao, gia tốc trọng trường

A. Phương pháp & Ví dụ

2.1. Thay đổi chiều dài con lắc đơn

    + Cắt nối chiều dài con lắc đơn

    + Tăng giảm nhiệt độ

    + Con lắc vướng đinh

1. Phương pháp

Chu kỳ con lắc ban đầu khi chưa có sự thay đổi

Nếu con lắc đơn có l1,T1 và l2,T2 thì: chu kì con lắc khi

• Nối chiều dài con lắc: l = al1+ bl2 ⇒ T2 = aT12 + bT22

• Cắt chiều dài con lắc : l = al1- bl2 (với l1 > l2) ⇒ T2 = aT12 – bT22

Dây treo làm bằng kim loại nên chiều dài thay đổi theo nhiệt độ

• l = lo(1 + λt)

Trong số đó:

    + λ: hệ số nở dài của con lắc

    + lo: chiều dài ở 0οC

• Chu kỳ con lắc dao động ĐÚNG ở nhiệt độ t1 (οC):

• Chu kỳ con lắc dao động SAI ở nhiệt độ t2 (οC):

Lưu ý:

    + Khi nhiệt độ tăng thì chiều dài con lắc tăng nên chu kỳ dao động tăng trưởng ⇒ Đồng hồ chạy chậm.

    + Khi nhiệt độ giảm thì chiều dài con lắc giảm nên chu kỳ dao động giảm xuống ⇒ Đồng hồ chạy nhanh.

Con lắc vướng đinh, bị kẹp chặt

• Chu kỳ con lắc trước khi vướng đinh:

l1: chiều dài con lắc trước khi vướng đinh

• Chu kỳ con lắc sau thời điểm vướng đinh:

l2: chiều dài con lắc sau thời điểm vướng đinh

Chu kỳ của con lắc:

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một con lắc đơn có độ dài bằng l. Trong khoảng thời gian Δt nó thực hiện 12 dao động. Khi giảm độ dài của nó bớt 16cm, trong cùng khoảng thời gian Δt như trên, con lắc thực hiện 20 dao động. Cho biết g = 9,8 m/s2. Tính độ dài ban đầu của con lắc.

A. 40cm          B. 60cm         C. 50cm         D. 25cm

Hướng dẫn:

Ví dụ 2: Một con lắc có độ dài l1 dao động với chu kỳ T1 = 0,8s. Một con lắc đơn khác có độ dài l2 dao động với chu kỳ T2 = 0,6s. Chu kỳ con lắc đơn có chiều dài l1 + l2 là

A. 0,7s          B. 0,8s         C. 1s          D. 1,4s.

Hướng dẫn:

Ví dụ 3: Một con lắc đơn có dây treo bằng kim loại, hệ số dãn nở của kim loại này là 1,4.10-5 độ-1, con lắc đơn dao động tại một điểm cố định trên mặt đất, có chu kỳ 2s lúc ở 10οC. Nếu tăng nhiệt độ thêm 20οC thì chu kỳ sẽ

A. tăng 2,8.10-4.          B. giảm 2,8.10-4.

C. tăng 4,2.10-4.          D. giảm 4,2.10-4.

Hướng dẫn:

Ví dụ 4: Con lắc đơn đặt tại mặt phẳng trái đất chạy đúng khi nhiệt độ là 0οC. Hỏi khi mang con lắc xuống một tàu ngầm ở độ sâu 4,8km so với mặt phẳng trái đất và nhiệt độ là 25οC thì mỗi ngày đêm con lắc chạy nhanh hay chậm là bao nhiêu? Cho biết hệ số dãn nở là 10-5độ-1, bán kính trái đất R = 6400km.

A. nhanh 21,6s.          B. chậm 43,2s.          C. nhanh 43,2s.           D. chậm 21,6s.

Hướng dẫn:

Chạy chậm 21,6s

Ví dụ 5: Kéo con lắc đơn có chiều dài 1m ra khỏi vị trí cân đối một góc nhỏ so với phương thẳng đứng rồi thả nhẹ cho dao động. Khi đi qua vị trí cân đối, dây treo bị vướng vào một chiếc đinh đóng dưới điểm treo con lắc một đoạn 36cm. Lấy g = 10m/s2. Chu kỳ dao động của con lắc là?

Hướng dẫn:

Với l1 = 1m và l2 = 1-0,36 = 0,64m

2.2. Thay đổi gia tốc trọng trường

• Thay đổi độ cao h, độ sâu d

• Con lắc treo trần thang máy, xe hơi chịu tác dụng của lực quán tính

• Con lắc đơn đặt trong điện trường chịu tác dụng của lực điện

• Con lắc dơn chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet

1. Phương pháp

♦ Thay đổi độ cao h

• Gia tốc trọng trường ở mặt đất:

• Gia tốc trọng trường ở độ cao h:

: mang con lắc lên cao thì gia tốc trọng trường giảm nên chu kỳ tăng

♦ Thay đổi độ sâu d

• Tương tự với thay đổi độ cao h, ta có:

: mang con lắc xuống độ sâu d thì gia tốc trọng trường giảm nên chu kỳ tăng

• TỔNG QUÁT: Thời gian chạy nhanh chậm của con lắc đơn trong thời gian(t) là:

♦ Con lắc treo trần thang máy, ôtô chịu tác dụng của lực quán tính

• Thang máy chuyển động nhanh dần đều, lên trên hoặc chuyển động chững dần đều xuống dưới ⇒ g’ = g + a : gia tốc tăng nên chu kỳ giảm

• Thang máy chuyển động nhanh dần đều xuống dưới hoặc chuyển động chững dần đều lên trên ⇒ g’ = |g – a|: gia tốc giảm nên chu kỳ tăng

• Thang máy, xe hơi chuyển động ngang ⇒

: gia tốc tăng nên chu kỳ giảm

♦ Con lắc đơn đặt trong điện trường chịu tác dụng của lực điện

•Lực điện trường: F = qE , độ lớn: F = |q|E (Nếu q > 0 thì F cùng chiều E, còn q < thì F ngược chiều E)

• F cùng chiều P: g’ = g + a: gia tốc tăng nên chu kì giảm

• F ngược chiều P: g’ = |g – a|: gia tốc giảm nên chu kì giảm

• E có phương ngang:

: gia tốc tăng nên chu kì giảm

•Vị trí cân đối mới: tanα = F/P = a/g

• Khi F kết phù hợp với P góc α ⇒

♦Con lắc đơn chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một con lắc đơn treo hòn bi kim loại khối lượng m = 0,01kg mang điện tích q = 2.10-7 C. Đặt con lắc trong điện trường đều
có phương thẳng đứng hướng xuống dưới. Chu kỳ con lắc khi E = 0 là T = 2s. Tìm chu kỳ dao động khi E = 104 V/m. Cho g = 10m/s2.

A. 1,98s      B. 0,99s      C. 2,02s      D. 1,01s

Hướng dẫn:

Ví dụ 2: Một con lắc đơn có chu kỳ T = 2s khi treo vào thang máy đứng yên. Khi thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc 0,1m.s-2 thì chu kỳ dao động của con lắc là

A. 2,00s      B. 2,10s      C. 1,99s      D.1,87s

Hướng dẫn:

Gia tốc hiệu dụng: g’ = g + a = 10,0 (m/s2)

Ví dụ 3: Một con lắc đơn có chu kỳ T = 2s khi đặt trong chân không. Quả lắc làm bằng một kim loại tổng hợp khối lượng riêng D = 8,67g/cm3. Tính chu kỳ T’ của con lắc khi đặt con lắc trong không khí; sức cản của không khí xem như không đáng kể, quả lắc chịu tác dụng của sức đẩy Archimède, khối lượng riêng của không khí là d = 1,3g/lít.

A. 2,00024s.      B.2,00015s.      C.1,99993s.      D. 1,99985s.

Hướng dẫn:

B. Bài tập trắc nghiệm

2.1. Thay đổi chiều dài con lắc đơn

Câu 1. Một con lắc đơn dao động điều hòa,nếu giảm chiều dài con lắc đi 44 cm thì chu kì giảm đi 0,4s. Lấy g = 10 m/s2; π2 = 10, coi rằng chiều dài con lắc đơn đủ lớn thì chu kì dao động khi chưa giảm chiều dài là

A. 1 s     B. 2,4 s     C. 2 s     D.1,8 s

Hiển thị lời giải

Chọn B

Câu 2. Một con lắc đơn đếm giây có chu kì bằng 2s, ở nhiệt độ 20°C và tại nơi có gia tốc trọng trường 9,813 m/s2, thanh treo có hệ số nở dài là 17.10-6K-1. Mang con lắc đến nơi có gia tốc trọng trường là 9,809 m/s2 và nhiệt độ 30°C thì chu kì dao động là :

A. ≈ 2,0007 (s)     B. ≈ 2,0232 (s)

C. ≈ 2,0132 (s)     D. ≈ 2,0006 (s)

Hiển thị lời giải

Chu kì dao động của con lắc đơn:

Chọn D

Câu 3. Tại cùng một vị trí thực hiện thực nghiệm với con lắc đơn có chiều dài l1 thì dao động với chu kỳ T1, con lắc đơn l2 thì dao động với chu kỳ T2. Hỏi nếu thực hiện thực hiện thực nghiệm với con lắc đơn có chiều dài l = l1 + l2 thì con lắc đơn dao động với chu kỳ T là bao nhiêu?

Hiển thị lời giải

Chọn C

Gọi T1 là chu kỳ của con lắc có chiều dài l1

Gọi T2 là chu kỳ của con lắc có chiều dài l2

T là chu kỳ của con lắc có chiều dài l = l1 + l2

See also  Tổng hợp công thức tính tháng trong excel mới nhất 2020

Câu 4. Ở nơi mà con lắc đơn đếm giây (chu kỳ 2s) có độ dài 1 m, thì con lắc đơn có độ dài 3 m sẽ dao động với chu kỳ là

A. T = 6 s     B. T = 4,24 s

C. T = 3,46 s     D. T = 1,5 s

Hiển thị lời giải

Chọn C. Con lắc đơn khi chiều dài là l1 = 1 m dao động với chu kỳ

Con lắc đơn khi chiều dài là l2 = 3 m dao động với chu kỳ

Câu 5. Một con lắc đơn có độ dài l1 dao động với chu kỳ T1 = 0,8 s. Một con lắc đơn khác có độ dài l2 dao động với chu kỳ T1 = 0,6 s. Chu kỳ của con lắc đơn có độ dài l1 + l2 là

A. T = 0,7 s     B. T = 0,8 s

C. T = 1,0 s     D. T = 1,4 s

Hiển thị lời giải

Chọn C. Con lắc đơn khi chiều dài là l1 dao động với chu kỳ

Con lắc đơn khi chiều dài là l2 dao động với chu kỳ

Con lắc đơn khi chiều dài là l1 + l2 dao động với chu kỳ

Câu 6. Tại cùng một nơi trên Trái Đất, con lắc đơn có chiều dài dao động điều hòa với chu kì 2 s, con lắc đơn có chiều dài 2 dao động điều hòa với chu kì là

A. 2 s     B. 2√2 s     C. √2 s     D. 4 s.

Hiển thị lời giải

Chọn B

Câu 7. Tại một nơi trên mặt đất, con lắc đơn có chiều dài đang dao động điều hòa với chu kì 2 s. Khi tăng chiều dài của con lắc thêm 21 cm thì chu kì dao động điều hòa của nó là 2,2 s. Chiều dài bằng

A. 2 m     B. 1 m     C. 2,5 m     D. 1,5 m

Hiển thị lời giải

Chọn B

Câu 8. Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là l1 và l2, được treo ở trần một căn phòng, dao động điều hòa với chu kì tương ứng là 2,0 s và 1,8 s. Tỷ số l2/l1 bằng

A. 0,81     B. 1,11     C. 1,23     D. 0,90

Hiển thị lời giải

Chọn A

Câu 9. Tại nơi có gia tốc trọng trường g, một con lắc đơn có chiều dài l dao động điều hòa với chu kì 2,83 s. Nếu chiều dài của con lắc là 0,5 thì con lắc dao động với chu kì là

A. 1,42 s     B. 2,00 s     C. 3,14 s     D. 0,71 s

Hiển thị lời giải

Chọn B

Câu 10. Tại một nơi trên mặt đất, một con lắc đơn dao động điều hòa. Trong khoảng thời gian Δt, con lắc thực hiện 60 dao động toàn phần; thay đổi chiều dài con lắc một đoạn 44 cm thì cũng trong khoảng thời gian Δt ấy, nó thực hiện 50 dao động toàn phần. Chiều dài ban đầu của con lắc là

A. 144 cm     B. 60 cm     C. 80 cm     D. 100 cm

Hiển thị lời giải

Chọn D

Câu 11. Tại một nơi hai con lắc đơn đang dao động điều hòa. Trong cùng một khoảng thời gian, con lắc thứ nhất thực hiện được 4 dao động, con lắc thứ hai thực hiện được 5 dao động. Tổng chiều dài của hai con lắc là 164 cm. Chiều dài của mỗi con lắc lần lượt là

A. l1 = 100 m, l2 = 6,4 m

B. l1 = 64 cm, l2 = 100 cm

C. l1 = 1,00 m, l2 = 64 cm

D. l1 = 6,4 cm, l2 = 100 cm

Hiển thị lời giải

Chọn C

2.2. Thay đổi gia tốc trọng trường

Câu 1. Một đồng hồ quả lắc chạy đúng tại một nơi trên mặt đất. Người ta mang đồng hồ từ mặt đất lên độ cao h = 5 km, bán kính Trái đất là R = 6400 km (coi nhiệt độ không đổi). Mỗi ngày đêm đồng hồ đó chạy

A. nhanh 68s     B. chậm 68s

C. nhanh 34s      D. chậm 34s

Hiển thị lời giải

Chọn B. Chu kỳ của con lắc khi ở mặt đất là , khi con lắc ở độ cao h = 5 km thì chu kỳ dao động là

Với suy ra g’ < g → T’ > T → đồng hồ chạy chậm. Trong mỗi ngày đêm đồng hồ chạy chậm một lượng là Δt = 24.3600(T/T’ – 1), thay số ta được Δt = 68 s

Câu 2. Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng ngang nhẵn, cách điện gồm vật nặng khối lượng 50g, tích điện q = 20 μC và lò xo có độ cứng k = 20 N/m. Khi vật đang nằm cân đối thì người ta tạo một điện trường đều E = 105 V/m trong không gian bao quanh con lắc có hướng xuôi theo trục lò xo trong khoảng thời gian nhỏ Δt = 0,01 s và coi rằng trong thời gian này vật chưa kịp dịch chuyển. Sau đó con lắc dao động với biên độ là

A.10 cm      B. 1 cm     C.2 cm      D.20 cm

Hiển thị lời giải

Chọn D

Khi có điện trường vật chịu tác dụng của lực điện trường: F = Eq. Lực F gây ra xung của lực trong thời gian Δt: FΔt = ΔP = mv là độ biến thiên động lượng của vật (vì coi rằng trong thời gian này vật chưa kịp dịch chuyển.) → v = FΔt/m = EqΔt/m

Sau đó con lắc dao động với biên độ A,

Câu 3. Con lắc đơn có vật nhỏ tích điện âm dao động điều hòa trong điện trường đều có véctơ cường độ điện trường thẳng đứng. Độ lớn lực điện tác dụng lên vật nhỏ bằng một phần tư trọng lượng của nó. Khi điện trường hướng xuống chu kỳ dao động bé của con lắc là T1. Khi điện trường hướng lên thì chu kỳ dao động bé của con lắc là T2. Liên hệ đúng là

A. 2T1 = √3T2      B. √3T1 = √5T2

C. √3T2 = √5T1     D. 2T1 = √5T2

Hiển thị lời giải

Chọn B. Ta có lực điện F = P/4 = mg/4.

Gia tốc biểu kiến:

+ khi điện trường hướng xuống:

+ khi điện trường hướng lên:

Câu 4. Một con lắc đơn có chiều dài l = 1 m treo ở trần một thang máy, khi thang máy đi xuống nhanh dần đều với gia tốc a = g/2 (g = π2 m/s2) thì chu kỳ dao động bé của con lắc là

A.4 s     B. 2,83 s     C.1,64 s     D.2 s

Hiển thị lời giải

Chọn B

Khi thang máy chuyển động nhanh dần đều thì cùng chiều chuyển động (hướng xuống) mà ngược chiều ⇒ hướng lên ⇒ ↓↑

Gia tốc hiệu dụng

Câu 5. Một con lắc đơn có chu kỳ T = 2s khi đặt trong chân không. Quả lắc làm bằng một kim loại tổng hợp khối lượng riêng D = 8,67 g/cm3. Tính chu kỳ T’ của con lắc khi đặt con lắc trong không khí; sức cản của không khí xem như không đáng kể, quả lắc chịu tác dụng của sức đẩy Archimède, khối lượng riêng của không khí là D0 = 1,3 g/lít.

A. 2,00024 s     B. 2,00015 s

C. 1,99993 s     D. 1,99985 s

Hiển thị lời giải

Chọn B. Lực đẩy Acsimet: = -ρV ( ρ = D0 là khối lượng riêng của chất lỏng hoặc chất khí (ở đây là không khí), V là thể tích bị vật chiếm chỗ ), lực đẩy Acsimet luôn có phương thẳng đứng, hướng lên trên :

Câu 6. Treo con lắc đơn vào trần một ôtô tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2. Khi ôtô đứng yên thì chu kì dao động điều hòa của con lắc là 2 s. Nếu ôtô chuyển động thẳng nhanh dần đều trên đường nằm ngang với giá tốc 2 m/s2 thì chu kì dao động điều hòa của con lắc xấp xỉ bằng

A. 2,02 s     B. 1,82 s     C. 1,98 s     D. 2,00 s

Hiển thị lời giải

Chọn C

Câu 7. Một con lắc đơn có chiều dài dây treo 50 cm và vật nhỏ có khối lượng 0,01 kg mang điện tích +5.10-6 C, được xem là điện tích điểm. Con lắc dao động điều hòa trong điện trường đều mà vectơ cường độ điện trường có độ lớn E = 104 V/m, hướng trực tiếp đứng xuống dưới. Lấy g = 10 m/s2, π = 3,14. Chu kì dao động của con lắc là

A. 0,58 s     B. 1,99 s     C. 1,40 s     D. 1,15 s

Hiển thị lời giải

q > 0 nên cùng chiều với , cùng chiều với (cùng chiều với ) và có độ lớn a = qE/m = 5 m/s2; g’ = g + a = 15 m/s2

Chọn D

Câu 8. Một con lắc đơn được treo vào trần một thang máy. Khi thang máy chuyển động thẳng đứng đi lên nhanh dần đều với gia tốc có độ lớn a thì chu kì dao động điều hòa của con lắc là 2,52 s. Khi thang máy chuyển động thẳng đứng đi lên chững dần đều với gia tốc cũng có độ lớn a thì chu kì dao động điều hòa của con lắc là 3,15 s. Khi thang máy đứng yên thì chu kì dao động điều hòa của con lắc là

A. 2,96 s     B. 2,84 s     C. 2,61 s     D. 2,78 s

Hiển thị lời giải

Chọn D

Câu 9. Một con lắc đơn gồm dây treo có chiều dài 1 m và vật nhỏ có khối lượng 100 g mang điện tích 2.10-5 C. Treo con lắc đơn này trong điện trường đều với vectơ cường độ điện trường hướng theo phương ngang và có độ lớn 5.104 V/m. Trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua điểm treo và song song với vectơ cường độ điện trường, kéo vật nhỏ theo chiều của vectơ cường độ điện trường sao cho dây treo phù hợp với vectơ gia tốc trong trường g một góc 54° rồi buông nhẹ cho con lắc dao động điều hòa. Lấy g = 10 m/s2. Trong quá trình dao động, vận tốc cực đại của vật nhỏ là

A. 0,59 m/s     B. 3,41 m/s

C. 2,87 m/s     D. 0,50 m/s

Hiển thị lời giải

Ở vị trí cân đối dây treo lệch so với phương thẳng đứng góc β với tanβ = qE/mg = 1 = tan45° → β = 45° → biên độ góc của dao động là α0 = 54° – 45° = 9° = 0,157 rad; vmax = ωα0 = 0,59 m/s. Chọn A

See also  US Dollar Index là gì? Cách áp dụng USD index trong giao dịch Forex hiệu quả

Câu 10. Một con lắc đơn được treo vào trần một thang máy. Khi thang máy đứng yên, con lắc dao động điều hòa với chu kỳ T. Khi thang máy đi lên thẳng đứng, chững dần đều với gia tốc có độ lớn bằng một nửa gia tốc trọng trường tại nơi đặt thang máy thì con lắc dao động với chu kỳ T’ bằng

A. 2T     B. T/2     C. T√2      D. T/√2 .

Hiển thị lời giải

Chọn C

Cách giải bài toán Con lắc trùng phùng

A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

♦ Một con lắc đơn A có chu kì T dao động trước mặt một con lắc đồng hồ gõ giây B (chu kì T’ = 2s). Khi hai con lắc cùng đi qua vị trí cân đối theo cùng một chiều ta bảo hai con lắc trùng phùng. Gọi Δt là thời gian ngăn cách giữa hai lần trùng phùng liên tiếp.

Số dao động mà con lắc B làm được trong thời gian Δt là

Δt = N.T’ = 2N → N = Δt/2

• Nếu T rất gần và nhỏ hơn T’ thì tổng thời gian Δt con lắc A sẽ làm được N + 1 dao động.

• nếu T rất gần và to hơn T’ thì trong khoảng thời gian Δt con lắc A sẽ làm được N – 1 dao động

⇒ Ta có hệ thức: Δt = NT’ = ( n ± 1)T

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một con lắc đơn A dao động trước mặt con lắc đồng hồ gõ giây B ( biết T’ = 2s). Thời gian giữa hai lần trùng phùng liên tiếp của con lắc B là 9 phút 50 giây. Tính chu kì TA của con lắc A biết rằng chu kì cả nó to hơn 2 s một tí.

A. 2 s          B. 1,9932 s          C. 2,0068 s          D. 2,01 s

Hướng dẫn:

⇒ Ta có: Δt = 590s→ NB = Δt/TB = 590/2 = 295TAvàgt;TB

⇒ NA = NB −1 = 294

⇒ Δt = NA .TA = NB .TB

⇒ TA = 590/294 = 2,0068s

Ví dụ 2: Cho con lắc đơn dao động trước mặt một con lắc của đồng hồ gõ giây (có chu kì dao động là 2s). Con lắc đơn dao động chậm hơn con lắc đồng hồ một tí nên có những hai lần con lắc đó chuyển động cùng chiều và đi qua vị trí cân đối cùng một lúc ( gọi là những lần trùng phùng). Xem xét cho thấy hai lần trùng phùng tiếp theo cách nhau 9 phút 30 giây. Biết chiều dài của con lắc là l = 1m. Hãy xác nhận gia tốc rơi tự do g tại vị trí đặt của con lắc.

A. 9,874 m/s2          B. 9,811m/s2          C. 9,791m/s2          D. 9,654m/s2

Hướng dẫn:

Vì con lắc đơn dao động chậm hơn con lắc đồng hồ ( nghĩa là trong cùng một khoảng thời gian số dao động của nó nhỏ hơn số dao động của con lắc đồng hồ), do đó trong khoảng thời gian Δt = 9 phút 30 giây

Vì T > 2 nên Δt = NT = (N + 1)To → N = Δt/To = ΔT/T – 1 → 1/T = 1/To – 1/Δt

→ T = 2,0068 s.

Gia tốc trọng trường tại nơi xem xét:

Ví dụ 3: Một con lắc lò xo và một con lắc đơn, khi ở dưới mặt đất cả hai con lắc này cùng dao động với chu kì T = 2s. Mang cả hai con lắc lên đỉnh núi (coi là nhiệt độ không thay đổi) thì hai con lắc dao động lệch chu kì nhau. Thỉnh thoảng chúng lại cùng đi qua vị trí cân đối và chuyển động về cùng một phía, thời gian giữa hai lần liên tiếp như vậy là 8 phút 20 giây. Tìm chu kì con lắc đơn tại đỉnh núi đó.

A. 2,010s.          B. 1,992s.          C. 2,008s.          D. 1,008 s.

Hướng dẫn:

Ta biết rằng chu kì dao động của con lắc lò xo phụ thuộc vào m và k chứ không phụ thuộc vào vị trí đặt con lắc, nên khi mang con lắc từ mặt đất lên đỉnh núi thì chu kì dao động của con lắc lò xo không đổi và chỉ có con lắc đơn là thay đổi.

– Khi mang con lắc đơn lên đỉnh núi thì chu kì dao động tăng, nghĩa là T > 2 s

– Δt = NT = (N+1)To → N = ΔtT = ΔtTo – 1

→1/T = 1/To−1/Δt → T = 2,008s

→ Chọn C.

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Dùng các chớp sáng tuần hoàn chu kỳ 2 s để chiếu sáng một con lắc đơn đang dao động. Ta thấy, con lắc dao động biểu kiến với chu kỳ 30 phút với chiều dao động biểu kiến cùng chiều dao động thật. Chu kỳ dao động thật của con lắc là:

A. 2,005 s     B. 1,978 s      C. 2,001 s     D. 1,998 s

Hiển thị lời giải

Chu kì dao đông biểu kiến chính là thời gian “trùng phùng” của hai dao động:

t = nT = (n + 1)Tthật

Chọn D

Câu 2. Một con lắc đơn có chu kì dao động T chưa biết dao động trước mặt một con lắc đồng hồ có chu kì T0 = 2 s. Con lắc đơn dao động chậm hơn con lắc đồng hồ một tí nên có những lần hai con lắc chuyển động cùng chiều và trùng nhau tại vị trí cân đối của chúng (gọi là những lần trùng phùng). Xem xét cho thấy khoảng thời gian giữa hai lần trùng phùng liên tiếp bằng 7 phút 30 giây. Hãy tính chu kì T của con lắc đơn và độ dài con lắc đơn. Lấy g = 9,8 m/s2

A. 1,98 s và 1 m

B. 2,009 s và 1 m

C. 2,009 s và 2 m

D. 1,98 s và 2 m

Hiển thị lời giải

So với bài toán con lắc trùng phùng ta có khoảng thời gian giữa 2 lần trùng phùng liên tiếp:, suy ra chiều dài l = 1 m. Chọn B.

Câu 3. Con lắc đơn chu kì T hơi to hơn 2s dao động song song trước 1 con lắc đơn gõ giây chu kỳ T0 = 2s. Thời gian giữa 2 lần trùng phùng thứ nhất và thứ 5 là 28 phút 40 giây. Chu kì T là:

A. 2,015 s     B. 2,009 s     C. 1,995 s      D. 1,002 s

Hiển thị lời giải

Cách giải 1:

Thời gian trùng phùng của hai con lắc t = (1/4)(28 phút 40s) = (1/4).1720s = 430 s

Cách giải 2:

Ta có:

(n + 1)T0 = nT = 430 ⇒ n = 430/2 – 1 = 214 ⇒ T = 430/n = 430/214 = 2,009 s. Chọn B.

Câu 4. Hai con lắc đơn có cùng khối lượng vật nặng, dao động trong hai mặt phẳng song song cạnh nhau và cùng vị trí cân đối. Chu kì dao động của con lắc thứ nhất bằng hai lần chu kì dao động của con lắc thứ hai và biên độ dao động của con lắc thứ hai bằng ba lần con lắc thứ nhất. Khi hai con lắc gặp nhau thì con lắc thứ nhất có động năng bằng ba lần thế năng. Tỉ số độ lớn vân tốc của con lắc thứ hai và con lắc thứ nhất khi chúng gặp nhau bằng

A. 4     B. √(14/3)     C. √(140/3)     D. 8

Hiển thị lời giải

Coi dao động của các con lắc có biên độ nhỏ: A1 = l1.α1 ; A2 = l2.α2

Do chu kì dao động của con lắc thứ nhất bằng hai lần chu kì dao động của con lắc thứ hai: l1 = 4.l2

Do biên độ dao động của con lắc thứ hai bằng ba lần con lắc thứ nhất. A2 = 3A1

Hay ta có: l2.α2 = 3l1.α1 Suy ra α2 = 12.α1

Cơ năng dao động của vật 1: E1 = mgl1(α12)/2

Khi động năng bằng 3 lần thế năng ta có:

Eđ1 = 3/4 E1 = 3/4 mgl1.(α12)/2 = 3/8 mgl1.α12 và li độ góc α = α1/2

Hai vật gặp nhau ở li độ: S = l1.α = l1.α1/2

Cơ năng dao động của vật 2:

Khi hai vật gặp nhau thế năng vật 2:

Động năng của vật 2:

Eđ2 = E2 – Et2 =

Chọn C

Câu 5. Hai con lắc đơn có chiều dài l1 = 64 cm; l2 = 81 cm dao động nhỏ trong hai mặt phẳng song song. Hai con lắc cùng qua vị trí cân đối và cùng chiều t0 = 0. Sau thời gian t ngắn nhất hai con lắc trùng phùng (cùng qua vị trí cân đối, chuyển động cùng chiều). Lấy g = π2 (m/s2). Giá trị của t là:

A. 20 s     B. 12 s     C. 8 s     D. 14,4 s

Hiển thị lời giải

Hai con lắc có chiều dài l1 và l2 dao động với chu kỳ khác nhau, chúng sẽ trùng phùng lần đầu khi một con lắc này dao động hơn con lắc kia đúng 1 chu kỳ. Gọi t là khoảng thời gian gần nhất mà 2 con lắc trùng phùng, n1 là số chu kỳ vật 1 thực hiện, n2 là số chu kỳ vật 2 thực hiện. Ta có:

Chọn D

Câu 6. Dùng các chớp sáng tuần hoàn chu kỳ 2s để chiếu sáng một con lắc đơn đang dao động. Ta thấy, con lắc dao động biểu kiến với chu kỳ 30 phút với chiều dao động biểu kiến cùng chiều dao động thật. Chu kỳ dao động thật của con lắc là:

A. 2,005s      B. 1,978s     C. 2,001s      D. 1,998s

Hiển thị lời giải

Chu kì dao đông biểu kiến chính là thời gian “trùng phùng” của hai dao động

t = nT = (n+1) Tthật Với n = 30.60/2 = 900 thì Tthật = 1800/901 = 1,99778. Chọn D

Câu 7. Con lắc thứ nhất có chu kỳ T1 = 3 s, con lắc thứ 2 có chu kỳ T2. Hai con lắc trùng phùng lần thứ nhất cách nhau 99 s. Tính chu kỳ T2.

A. 99/34 s     B. 100/33 s

C. 99/31 s     D. 49/24 s

Hiển thị lời giải

Hai con lắc trùng phùng lần thứ nhất cách nhau 100 s tức chu kỳ trùng phùng là 100 s.

Ta có:

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com