Vật lí 12 Bài 4: Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức được THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn hy vọng sẽ là là tài liệu hữu ích giúp các em nắm vững kiến thức bài học và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp.
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 4
I) So sánh giữa các loại dao động
| Dao động tự do | Dao động tắt dần | Dao động duy trì | Dao động cưỡng bức | |
| Khái niệm | – Có tần số chỉ phụ thuộc vào các đặc tính riêng của hệ mà không phụ thuộc vào vác yếu tố môi trường.
– Tần số đó gọi là tần số dao động riêng của hệ f0 |
– Có biên độ (cơ năng) giảm dần theo thời gian.
– Dao động tắt dần là do lực ma sát và lực cản của môi trường. |
– Có biên độ được giữ không đổi mà không làm thay đổi tần số dao động riêng f0 của hệ.
– Bằng cách cung cấp cho nó sau mỗi chu kỳ một phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng mất đi do ma sát. |
– Chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn với tần số f, giữ cho dao động không bị tắt. – Khi ấy hệ dao động với tần số f của ngoại lực |
| Đặc điểm | – Biên độ không đổi: A
– Tần số: f0 – Không có lực cản |
– Biện độ giảm dần
– Tần số: f0 – Có lực cản |
– Biên độ không đổi: A
– Tần số: f0 – Có lực cản |
– Biên độ không đổi: A
Phụ thuộc vào: biên độ của lực cưỡng bức; độ chênh lệch giữa tần số dao động riêng và tần số của lực cưỡng bức và lực cản của môi trường. – Tần số: f – Có lực cản |
| VD | Khi không có ma sát dao động của con lắc lò xo hay con lắc đơn là dao động tự do. | Gảy một chiếc dây đàn, nó sẽ dao động rồi tắt dần. | Những người chơi đu duy trì dao động của chiếc đu bằng cách | Chiếc xe chuyển động thẳng đều trên đoạn đường có các ghờ giảm tốc cách đều nhau một khoảng s. |
| Ứng dụng | Các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô,… | Dao động của con lắc đồng hồ. | Dao động của cân rung, mạch chọn sóng trong đài FM,… |
II) Hiện tượng cộng hưởng
– Khái niệm: Là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động.
– Ứng dụng: hộp đàn của đàn ghita là hộp cộng hưởng làm cho âm thanh to hơn,…
– Tuy nhiên nó cũng có tác hại: ở Napoleon chỉ huy quân Pháp tiến đánh Tây Ban Nha. Khi đội quân đi qua một cây cầu treo, toàn bộ binh lính đã bước đều răm rắp theo khẩu lệnh. Khi họ sắp tới đầu cầu bên kia một đầu cầu bung ra và rơi xuống dòng sông. Nguyên nhân là do đoàn quân đi đều nên có tần số tác dụng lực, khi tần số này gần với tần số riêng của cây cầu hiện tưởng cộng hưởng xảy ra làm cầu dao động mạnh và sập.
Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 4
Bài 1 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Nêu đặc điểm của dao động tắt dần. Nguyên nhân của nó là gì?
Lời giải:
– Dao động tắt dần là dao động có biên độ và cơ năng giảm dần theo thời gian dưới tác dụng của lực cản và lực ma sát của môi trường.
– Đặc điểm:
+ Có chu kì, tần số không đổi.
+ Cơ năng chuyển thành nhiệt năng.
+ Ma sát càng lớn tắt dần càng nhanh và ngược lại.
+ Dao động tắt dần không có tính điều hòa.
– Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường mà cơ năng chuyển thành nhiệt năng, dẫn đến sự mất dần năng lượng.
Bài 2 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Nêu đặc điểm của dao động duy trì?
Lời giải:
Đặc điểm của dao động duy trì:
+ Là dao động tự do mà người ta đã bổ sung năng lượng cho vật sau mỗi chu kì dao động, năng lượng bổ sung đúng bằng năng lượng mất đi.
+ Quá trình bổ sung năng lượng là để duy trì dao động chứ không làm thay đổi đặc tính cấu tạo, không làm thay đổi biên độ và chu kì hay tần số dao động của hệ.
Bài 3 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Nêu đặc điểm của dao động cưỡng bức.
Lời giải:
* Đặc điểm của dao động cưỡng bức:
– Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.
– Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và phụ thuộc vào 3 yếu tố:
+ Biên độ của lực cưỡng bức: Biên độ lực cưỡng bức càng lớn thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
+ Độ chênh lệch giữa tần số lực cưỡng bức và tần số dao động riêng của hệ: chênh lệch càng ít thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
+ Lực cản, ma sát của môi trường: lực cản, ma sát của môi trường càng nhỏ thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn.
Bài 4 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Hiện tượng cộng hưởng là gì? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho một ví dụ.
Lời giải:
– Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ f0
– Điều kiện để có cộng hưởng: f = f0
Ví dụ: Chiếc cầu có thể gãy, nếu đoàn người đi đều bước qua chiếc cầu có tần số cưỡng bức f bằng với tần số riêng của chiếc cầu f0.
Mỗi nhạc cụ đều có hộp cộng hưởng, để có thể dao động cộng hưởng nhiều tần số dao động khác nhau.
Bài 5 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Một con lắc dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ giảm 3%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là bao nhiêu?
A. 3%
B. 9%
C. 4,5%
D. 6%
Lời giải:
Biên độ ban đầu là A0 ⇒ sau một chu kì biên độ giảm 3% nên biên độ sau một chu kì sẽ là A1 = A0 – 3%A0 = 0,97A0
Năng lượng của con lắc: 
=> Năng lượng bị mất trong một dao động toàn phần:
Chọn đáp án D.
Bài 6 (trang 21 SGK Vật Lý 12)
Một con lắc dài 44cm được treo vào trần của một toa xe lửa. Con lắc bị kích động mỗi khi bánh của toa xe gặp chỗ nối nhau của đường ray. Hỏi tàu chạy thẳng đều với tốc độ bằng bao nhiêu thì biên độ dao động của con lắc sẽ lớn nhất? Cho biết chiều dài của mỗi đường ray là 12,5m. Lấy g = 9,8 m/s2.
A. 10,7 km/h
B. 34 km/h
C. 106 km/h
D. 45 km/h
Lời giải:
Chu kì dao động riêng của con lắc đơn:
Con lắc dao động cưỡng bức mỗi khi toa xe đi qua chỗ nối hai thanh, chu kì của lực cưỡng bức là 
(L là chiều dài của mỗi đường ray)
Con lắc dao động mạnh nhất khi: 
Chọn đáp án B.
Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 4 có đáp án
Bài 1: Một chất điểm đang dao động điều hòa. Khi vừa qua khỏi vị trí cân bằng một đoạn S động năng của chất điểm là 0,091 J. Đi tiếp một đoạn 2S thì động năng chì còn 0,019 J và nếu đi thêm một đoạn S (biết A > 3S) nữa thì động năng bây giờ là:
A. 0,042 J.
B. 0,096 J.
C. 0,036 J.
D. 0,032 J.
Lời giải
– Sơ đồ hóa bài toán:
– Quan trọng nhất của bài toán này là bảo toàn năng lượng:
– Giải (3) và (4) :
– Bây giờ để tính Wd3 ta cần tìm Wt3 = ?
– Dựa vào 4 phương án của bài ta nhận thấy Wd3 > Wd3 = 0,019 => chất điểm đã ra biên và vòng trở lại.
– Ta có vị trí 3S → biên A (A – 3S) rồi từ A đến vị trí 3S(A – 3S) sau cùng đi được thêm 1 đoạn nửa.
– Gọi x là vị trí đi được quãng đường S cách vị trí cân bằng O. Ta có:
+ Lại có:
Chọn đáp án C
Bài 2: Dao động tắt dần là một dao động có:
A. chu kì tăng tỉ lệ với thời gian.
B. biên độ thay đổi liên tục.
C. ma sát cực đại.
D. biên độ giảm dần theo thời gian.
Lời giải
– Dao động tắt dần là dao động có biên độ và năng lượng giảm dần theo thời gian
Chọn đáp án D
Bài 3: Trong dao động tắt dần thì:
A. tốc độ của vật giảm dần theo thời gian.
B. li độ của vật giảm dần theo thời gian.
C. biên độ của vật giảm dần theo thời gian.
D. động năng của vật giảm dần theo thời gian.
Lời giải
– Dao động tắt dần là dao động có biên độ và cơ năng (năng lượng) giảm dần theo thời gian.
Chọn đáp án C
Bài 4: Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào:
A. hệ số lực cản tác dụng lên vật.
B. biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
C. pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
D. tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
Lời giải
– Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào:
+ Tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật và tần số riêng của hệ.
+ Biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.
+ Lực ma sát (lực cản) của môi trường.
Chọn đáp án C
Bài 5: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động tắt dần?
A. Lực cản sinh công âm là tiêu hao dần năng lượng của dao động.
B. Do lực cản của môi trường tác dụng lên vật dao động nên biên độ giảm.
C. Tần số của dao động càng lớn, thì dao động tắt dần càng kéo dài.
D. Lực cản càng nhỏ thì dao động tắt dần càng chậm.
Lời giải
Chọn đáp án C
Bài 6: Con lắc lò xo gồm vật nặng 100 gam và lò xo nhẹ độ cứng 40 N/m. Tác dụng một ngoại lực điều hòa cưỡng bức biên độ F và tần số f1 = 4 Hz theo phương trùng với trục của lò xo thì biên độ dao động ổn định A1. Nếu giữ nguyên biên độ F và tăng tần số ngoại lực đến giá trị f2 = 5 Hz thì biên độ dao động ổn định A2. So sánh A1 và A2.
A. A1 = 2A2.
B. A1 = A2.
C. A1 < A2.
D. A1 > A2.
Lời giải
– Ta có :
– Càng gần với f thì biên độ càng lớn → Vì f1 gần với f hơn nên biên độ A1 sẽ lớn hơn.
Chọn đáp án D
Bài 7: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về dao động tắt dần?
A. Dao động tắt dần có biên độ giảm dần theo thời gian.
B. Cơ năng của vật dao động tắt dần không đổi theo thời gian.
C. Lực cản môi trường tác dụng lên vật luôn sinh công dương.
D. Dao động tắt dần là dao động chỉ chịu tác dụng của ngoại lực.
Lời giải
– Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do tác dụng của lực ma sát. Ma sát của môi trường càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh.
– Dao động tắt dần không phải là dao động điều hòa vì biên độ của nó giảm dần theo thời gian.
Chọn đáp án A
Bài 8: Khi nói về một hệ dao động cưỡng bức ở giai đọan ổn định, phát biểu nào dưới đây là sai ?
A. Tần số của hệ dao động cưỡng bức bằng tần số của ngoại lực cưỡng bức.
B. Tần số của hệ dao động cưỡng bức luôn bằng tần số dao động riêng của hệ.
C. Biên độ của hệ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực cưỡng bức.
D. Biên độ của hệ dao động cưỡng bức phụ thuộc biên độ của ngoại lực cưỡng bức.
Lời giải
Khi vật dao động cưỡng bức thì tần số dao động chính là tần số của ngoại lực cưỡng bức, biên độ dao động của hệ phụ thuộc vào cả biên độ và tần số của ngoại lực cưỡng bức, Khi có tần số của ngoại lực cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của hệ thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó biên độ dao động của vật lớn nhất.
Chọn đáp án B
Bài 9: Khi nói về dao động cơ cưỡng bức, phát biểu nào sau đây là sai?
A. Tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số của lực cưỡng bức.
B. Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức.
C. Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của lực cưỡng bức
D. Tần số của dao động cưỡng luôn bằng tần số riêng của hệ dao động
Lời giải
Chọn đáp án D
Bài 10: Trong dao động cưỡng bức, biên độ của dao động cơ cưỡng bức:
A. Đạt cực đại khi tần số lực cưỡng bức bằng số nguyên lần tần số riêng của hệ.
B. Phụ thuộc vào độ chệnh lệch giữa tần số cưỡng bức và tần số riêng của hệ.
C. Không phụ thuộc vào biên độ lực cưỡng bức.
D. Không phụ thuộc vào tần số lực cưỡng bức.
Lời giải
– Trong dao động cưỡng bức, biên độ của dao động cơ cưỡng bức :
+ Đạt cực đại khi tần số lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ.
+ Phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa tần số cưỡng bức và tần số riêng của hệ.
Chọn đáp án B
Bài 11: Một con lắc lò xo dao động tắt dần. Cứ sau mỗi chu kì, biên độ dao động của nó giảm 2,5%. Phần năng lượng của con lắc bị mất đi sau mỗi chu kì là:
A. 5%
B. 7,5%
C. 6%
D. 9,5%
Lời giải
– Năng lượng lúc đầu: 
– Năng lượng lúc sau: 
– Vì sau mỗi chu kỳ: A’ = (100 – 2,5)%A = 0,975A
– Suy ra:
Chọn đáp án A
Bài 12: Vỏ máy của một động cơ nổ rung mạnh dần lên khi trục quay động cơ tăng dần tốc độ quay đến tốc độ 1440 vòng/phút và giảm rung động đi khi tăng tiếp tốc độ quay động cơ. Tần số riêng của dao động vỏ máy là:
A. 1400 vòng/phút
B. 1440 vòng/phút
C. 1380 vòng/phút
D. 1420 vòng/phút.
Lời giải
– Biên độ dao động cưỡng bức tăng một cách đột ngột khi tần số dao động cưỡng bức xấp xỉ bằng tần số dao động riêng của hệ.
Do vậy tần số riêng của dao động vỏ máy là 1440 vòng/phút.
Chọn đáp án B
Bài 13: Cơ năng của một dao động tắt dần giảm 5% sau mỗi chu kì. Biên độ dao động tắt dần sau mỗi chu kì giảm đi:
A. 5%
B. 2,5%
C. 10%
D. √5% ≈ 2,24%
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 14: Biên độ của một dao động tắt dần giảm 1,5% sau mỗi chu kì. Trong một dao động toàn phần, cơ năng của dao động bị mất đi:
A. 3%
B. 4,5%
C. 0,75%
D. 2,25%.
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án A
Bài 15: Một người xách một xô nước đi trên đường, mỗi bước đi dài 45 cm thì nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất. Chu kì dao động riêng của nước trong xô là 0,3 s. Vận tốc bước đi của người đó là:
A. 5,4 km/h
B. 3,6 km/h
C. 4,8 km/h
D. 4,2 km/h
Lời giải
– Nước trong xô bị sóng sánh mạnh nhất khi tần số (hay chu kì) kích thích của ngoại lực bằng tần số riêng (hay chu kì riêng) của xô nước:
Chọn đáp án A
Bài 16: Phát biều nào sau đây sai?
A. Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực biến đổi tuần hoàn.
B. Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào mối quan hệ giữa tần số của lực cưỡng bức và tần số dao động riêng của hệ.
C. Sự cộng hưởng càng rõ nét khi lực cản của một trường càng nhỏ.
D. Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực tuần hoàn.
Lời giải
Chọn đáp án D
Bài 17: Con lắc lò xo dao động diều hòa có tốc độ bằng 0 khi vật ở vị trí:
A. mà hợp lực tác dụng vào vật bằng 0.
B. mà lò xo không biến dạng.
C. có li độ bằng 0.
D. gia tốc có độ lớn cực đại.
Lời giải
Chọn đáp án D
Bài 18: Tìm phát biểu sai.Trong dao động cưỡng bức:
A. khi có cộng hưởng, biên độ dao động tăng đột ngột và đạt día trị cực đại.
B. hiện tượng đặc biệt xảy ra là hiện tượng cộng hưởng.
C. điều kiện cộng hưởng là tần số ngoại lực bằng tần số riêng của hệ.
D. biên độ cộng hưởng dao động không phụ thuộc vào lực ma sát của môi trường, chỉ phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực cưỡng bức.
Lời giải
Chọn đáp án D
Bài 19: Hiện tượng cộng hưởng thể hiện rõ rết nhất khi:
A. biên độ của lực cưỡng bức nhỏ.
B. tần số của lực cưỡng bức lớn.
C. lực ma sát của môi trường lớn.
D. lực ma sát của môi trường nhỏ.
Lời giải
Chọn đáp án D
Bài 20: Trong những dao động tắt dần sau đây, trường hợp nào sự tắt dần nhanh là có lợi?
A. Quả lắc đồng hồ.
B. Khung xe ô tô sau khi qua chỗ đường gập ghềnh.
C. Sự đung đưa của chiếc võng.
D. Sự dao động của pittông trong xilanh.
Lời giải
Chọn đáp án B
******************
Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 4: Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức do THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Dao động tắt dần – Dao động cưỡng bức. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.
Biên soạn bởi: Trường THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Vật Lý 12
