Vật lí 11 Bài 5: Động năng. Thế năng. Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa Giải Lý 11 Kết nối tri thức trang 20, 21, 22, 23

Giải Vật lý 11 trang 20, 21, 22, 23 Kết nối tri thức với cuộc sống giúp các em học sinh lớp 11 có thêm nhiều gợi ý tham khảo để biết cách trả lời các câu hỏi bài học bài 5: Động năng - Thế năng -Sự chuyển hóa năng lượng trong dao động điều hòa của Chương 1: Dao động

Giải Lý 11 Kết nối tri thức bài 5 các em sẽ hiểu được kiến thức lý thuyết về động năng, thế năng và biết cách trả lời toàn bộ các câu hỏi trang 20→23 trong sách giáo khoa Vật lí 11. Đồng thời qua đó giúp quý thầy cô tham khảo để soạn giáo án cho học sinh của mình.

III. Cơ năng

Hoạt động 1 trang 21

Hình 5.3 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa li độ. Hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng bằng đồ thị.

Gợi ý đáp án

Khi vật di chuyển từ biên âm đến vị trí cân bằng thì thế năng giảm động năng tăng và ngược lại

Khi vật đi chuyển từ vị trí cân bằng đến biên dương thì thế năng tăng động năng giảm và ngược lại

Vật đạt động năng cực đại khi ở vị trí cân bằng và cực tiểu khi ở vị trí biên còn thế năng thì ngược lại

Hoạt động 2

Hình 5.4 là đồ thị động năng và thế năng của một vật dao động điều hòa theo thời gian.

a) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào trong các khoảng thời gian: từ 0 đến T/4, từ T/4 đến T/2, từ T/2 đến 3T/4, từ 3T/4 đến T

b) Tại các thời điểm: t = 0; t = T/8; t = 3T/8, động năng và thế năng của vật có giá trị như thế nào (tính theo W). Nghiệm lại để thấy ở mỗi thời điểm đó W_đ + W_t = W.

Gợi ý đáp án

a) Từ 0 đến T/4: Wđ tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại T/4, Wt giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại T/4

Từ T/4 đến T/2: Wđ giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại T/2, Wt tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại T/2

Từ T/2 đến 3T/4: Wđ tăng từ 0 đạt giá trị lớn nhất tại 3T/4 Wt giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại 3T/4

Từ 3T/4 đến T: Wđ giảm từ giá trị lớn nhất về 0 tại T, Wt tăng từ 0 đến giá trị lớn nhất tại T

b) Tại thời điểm t = 0: W_đ = 0, W_t = W

Tại thời điểm t = T/8: W_đ = W_t = W/2

Tại thời điểm t = T/4: W_đ = W, W_t = 0

Tại thời điểm t = 3T/8: W_đ= W_t = W/2

→ ở mỗi thời điểm trên ta đều có: W_đ + Wt = W.

IV. Cơ năng của con lắc đơn và con lắc lò xo

Hoạt động 1 trang 22

Làm thí nghiệm để xác nhận rằng khi góc lệch α₀ ≤ 10^∘ thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động.

Gợi ý đáp án

Vị trí của con lắc đơn được xác định bằng li độ dài s hay li độ góc \(\alpha\)

Thế năng của con lắc đơn là thế năng trọng trường.

Chọn mốc tính thế năng ở vị trí cân bằng thì thế năng của con lắc ở li độ góc \(\alpha\) là: \(W_{t}=mgl(1-cos\alpha)\)

mà \((1-cos\alpha)=2sin^{2}\frac{\alpha}{2}\) với \(\alpha _{0} \leq 10^{\circ} thì sin\frac{\alpha}{2}\approx \frac{\alpha}{2}\) ( \(\alpha\) tính theo rad)

khi đó \(W_{t}=mgl\frac{\alpha ^{2}}{2}\) với \(\alpha=\frac{s}{l}\) suy ra: \(W_{t}=mgl\frac{s^{2}}{2l^{2}}=\frac{1}{2}m\frac{g}{l}s^{2}\)

Tại vị trí biên độ có Wt = W nên ta có \(\frac{1}{2}m\frac{g}{l}s^{2}=\frac{1}{2}m\omega ^{2}A^{2} \rightarrow \omega = \sqrt{\frac{g}{l}} \rightarrow T=2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}\)

vậy với góc lệch \(\alpha _{0} \leq 10^{\circ}\) thì chu kì của con lắc đơn gần như không phụ thuộc vào biên độ dao động.

Hoạt động 2 trang 22

Một con lắc lò xo có độ cứng k và vật nặng có khối lượng m.

1. Tính chu kì

2. Đo chu kì T bằng đồng hồ. So sánh kết quả tính ở câu 1

Gợi ý đáp án