Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, dao động điều hòa nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s2. Hình bên là đồ thị sự phụ thuộc của độ lớn lực đàn hồi Fdh của lò xo và độ lớn lực hồi phục Fhp tác dụng lên vật nặng của con lắc theo thời gian t. Biết \({{t}_{2}}-{{t}_{1}}=\frac{\pi }{12}(s).\) Tốc độ trung bình của vật nặng từ thời điểm t1 đến thời điểm t3 là

A. 1,52 m/s.
B. 1,12 m/s.
C. 1,43 m/s.
D. 1,27 m/s.
Lời giải của giáo viên
ToanVN.com
Ta có đồ thị:

Giả sử ở vị trí cân bằng, lò xo giãn một đoạn ∆l0
Lực đàn hồi và lực phục hồi có độ lớn cực đại là:
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{{F_{dh\max }} = k\left( {\Delta {l_0} + A} \right)}\\
{{F_{ph\max }} = kA}
\end{array} \Rightarrow {F_{dh\max }} > {F_{ph\max }}} \right.\)
Từ đồ thị ta thấy đồ thị (1) là đồ thị lực phục hồi, đồ thị (2) là đồ thị lực đàn hồi
Ta có: \(\frac{{{F}_{dh\max }}}{{{F}_{ph\max }}}=\frac{k\left( \Delta {{l}_{0}}+A \right)}{kA}=\frac{3}{2}\Rightarrow 2\left( \Delta {{l}_{0}}+A \right)=3A\Rightarrow A=2\Delta {{l}_{0}}\)
Nhận xét: lực phục hồi có độ lớn nhỏ nhất tại vị trí cân bằng → tại thời điểm t1, vật ở vị trí cân bằng
Lực đàn hồi có độ lớn nhỏ nhất tại vị trí lò xo không biến dạng → tại thời điểm t2, vật ở vị trí lò xo không biến dạng lần thứ 2 kể từ thời điểm t1
Lực đàn hồi và lực phục hồi có độ lớn cực đại tại vị trí biên dưới → tại thời điểm t3, vật ở vị trí biên dưới lần đầu tiên kể từ thời điểm t2
Ta có vòng tròn lượng giác:

Từ vòng tròn lượng giác ta thấy từ thời điểm t1 đến t2, vecto quay được góc: \(\Delta \varphi =\frac{5\pi }{6}(rad)\)
Ta có: \(\Delta \varphi =\omega \left( {{t}_{2}}-{{t}_{1}} \right)\Rightarrow \frac{5\pi }{6}=\omega .\frac{\pi }{12}\Rightarrow \omega =10(ra\text{d/s)}\)
Mà \(\omega =\sqrt{\frac{g}{\Delta {{l}_{0}}}}\Rightarrow 10=\sqrt{\frac{10}{\Delta {{l}_{0}}}}\Rightarrow \Delta {{l}_{0}}=0,1(m)\)
\(\Rightarrow A=2\Delta {{l}_{0}}=0,2(m)\)
Nhận xét: từ thời điểm t1 đến t3, vật đi được quãng đường là:
S = 3A = 3.0,2 = 0,6 (m)
Vecto quay được góc:
\(\Delta \varphi =\frac{3\pi }{2}=\omega .\left( {{t}_{3}}-{{t}_{1}} \right)\Rightarrow {{t}_{3}}-{{t}_{1}}=\frac{\frac{3\pi }{2}}{10}=\frac{3\pi }{20}(s)\)
Tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian từ t1 đến t3 là:
\({{v}_{tb}}=\frac{S}{{{t}_{3}}-{{t}_{1}}}=\frac{0,6}{\frac{3\pi }{20}}\approx 1,27(\text{m/s)}\)
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Trong điện xoay chiều, đại lượng nào sau đây không có giá trị hiệu dụng?
Trong đoạn mạch xoay chiều, điện áp chậm pha hơn dòng điện một lượng φ. Hệ số công suất của đoạn mạch là
Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hoà cùng phương có phương trình lần lượt là \({{x}_{1}}=5\cos \left( 5\pi t+{{\varphi }_{1}} \right)(cm);\text{ }{{x}_{2}}=5\cos \left( 5\pi t+{{\varphi }_{2}} \right)(cm)\)với \(0\le {{\varphi }_{1}}-{{\varphi }_{2}}\le \pi .\) Biết phương trình dao động tổng hợp \(x=5\cos (5\pi t+\pi \text{/6})(cm).\) Giá trị của φ2 là
Đặt điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz vào hai đầu của một cuộn cảm thuần có độ tự cảm \(\frac{1}{\pi }H.\) Cảm kháng cuộn cảm là
Trong đoạn mạch xoay chiều, chỉ số của Ampe kế cho biết giá trị nào của dòng điện?
Trong thiết bị kiểm tra hành lí ở các sân bay có ứng dụng tia nào sau đây?
Một người quan sát một sóng hình sin thấy 6 gợn sóng truyền qua một điểm trong 5 s và khoảng cách giữa hai gợn liên tiếp là 8 cm. Tốc độ truyền của sóng này là
Đặt điện áp xoay chiều có tần số f vào hai đầu của một cuộn cảm thuần có độ tự cảm L thì cảm kháng của cuộn cảm là
Một chất điểm dao động với phương trình \(x=10\cos (2\pi t+\pi )\) cm (t tính bằng s). Chiều dài quỹ đạo dao động của chất điểm là
Tần số dao động của một con lắc đơn được tính bằng công thức nào sau đây?
Trong cấu tạo của máy biến áp, máy tăng áp có tỉ số giữa số vòng dây cuộn thứ cấp và sơ cấp
Trong thí nghiệm giao thoa sóng ở mặt nước, 2 nguồn kết hợp A và B dao động cùng pha. Hai điểm M, N nằm trên đoạn AB là 2 điểm dao động cực đại lần lượt là thứ k và k + 4. Biết MA = 1,2 cm; NA = 1,4 cm. Bước sóng là
Trên một sợi dây đang có sóng dừng ổn định với bước sóng truyền trên dây là 4 cm. Khoảng cách giữa 4 nút sóng liên tiếp là
Trong hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc tại vị trí có vân tối trên màn thì hai sóng ánh sáng truyền đến phải