Xem toàn bộ tài liệu Lớp 12: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 nâng cao
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12
• Giải Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 2: Con lắc lò xo giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

C1 trang 11 SGK: Chứng minh rằng: có đơn vị giây.

Trả lời:

Từ công thức định luật II Niuton, ta có:

F = ma ⇒ 1N = 1kg.1m/s² → 1N/m = 1kg/s².

Đơn vị của k là (N/m), đơn vị của m là (kg)

→ có đơn vị là:

Vậy

có đơn vị là giây (s).

C2 trang 12 SGK: Hãy cho biết một cách định tính, thế năng và động năng của con lắc thay đổi thế nào khi nó đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng và từ vị trí cân bằng đến vị trí biên.

Trả lời:

Con lắc đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng: giá trị x giảm dần ⇒ thế năng Et giảm dần ⇒ động năng Eđ tăng dần ⇒ giá trị của v tăng dần.

Tại vị trí cân bằng O: giá trị x = 0 ⇒ thế năng E_t = 0 ⇒ động năng cực đại E_đmax ⇒ vận tốc có giá trị cực đại.

Con lắc đi từ vị trí cân bằng đến biên: giá trị x tăng dần ⇒ thế năng Et tăng dần ⇒ động năng E_đ giảm dần ⇒ giá trị v giảm dần.

Tại biên: giá trị x_max = A ⇒ thế năng cực đại E_tmax ⇒ động năng bằng 0 ⇒ vận tốc bằng 0.

Bài 1 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang. Tìm công thức của lực kéo về.

Lời giải:

   + Xét con lắc lò xo như hình vẽ:

Chọn hệ trục tọa độ có Ox có gốc tọa độ O trùng với vị trí cân bằng, chiều dương là chiều quy ước (như hình vẽ).

Từ vị trí cân bằng O kéo vật m cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, vật sẽ dao động trên một đường thẳng quanh vị trí cân bằng.

Tại vị trí cân bằng: P→ + N→ = 0 (1)

Tại vị trí có li độ x bất kì: P→ + N→ + F_đh→ = m. a→(2)

Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta được:

F_đh = ma ↔ -kx = ma = mx’’ → x’’ + ω²x = 0 (∗) với ω²= k/m

Phương trình (∗) là phương trình vi phân biểu diễn chuyển động của con lắc lò xo, phương trình này có nghiệm là: x = Acos(ωt + φ), như vậy chuyển động của con lắc lò xo là một dao động điều hòa.

   + Hợp lực tác dụng lên con lắc chình là lực kéo về, do vậy:

F_hl = F_{kéo về} = m.a = -kx = – mω²x

Bài 2 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Nêu công thức tính chu kì của con lắc lò xo.

Lời giải:

Công thức chu kì con lắc lò xo

Với : m : khối lượng quả nặng (kg)

k : là độ cứng của lò xo, có đơn vị là Niuton trên mét (N/m)

T : là chu kì, có đơn vị là giây (s)

Bài 3 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Viết công thức của động năng, thế năng và cơ năng của con lắc lò xo.

Khi con lắc lò xo dao động điều hòa thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi qua lại như thế nào?

Lời giải:

Động năng :

W_đ : Động năng của con lắc lò xo (J)

m: khối lượng của vật (kg)

v: vận tốc của vật (m/s)

Thế năng (Chọn gốc thế năng đàn hồi tại vị trí cân bằng của vật)

W_t: thế năng đàn hồi (J)

k: độ cứng lò xo (N/m)

x: li độ (m)

Cơ năng: Bằng tổng động năng và thế năng

Khi con lắc dao động điều hòa, động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại, động năng giảm thì thế năng tăng.

Bài 4 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Chọn đáp án đúng. Công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo là:

Lời giải:

Chọn đáp án D.

Bài 5 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Một con lắc lò xo dao động điều hòa. Lò xo có độ cứng k = 40 N/m. Khi vật m của con lắc đi qua vị trí có li độ x = – 2cm thì thế năng của con lắc là bao nhiêu?

A. – 0,016 J

B. – 0,008 J

C. 0,016 J

D. 0,008 J

Lời giải:

Thế năng

Chọn đáp án D.

Bài 6 (trang 13 SGK Vật Lý 12): Một con lắc lò xo gồm một khối lượng m = 0,4 kg và một lò xo có độ cứng k = 80 N/m. Con lắc dao động điều hòa với biên độ bằng 0,1 m. Hỏi tốc độ của con lắc khi qua vị trí cân bằng?

A. 0 m/s

B. 1,4 m/s

C. 2,0 m/s

D. 3,4 m/s

Lời giải:

Tốc độ của con lắc qua vị trí cân bằng là cực đại

Ta có v_max = ωA với

Chọn đáp án B.