13 câu hỏi trắc nghiệm thuộc ĐGNL ĐH Bách khoa - Vấn đề thuộc lĩnh vực vật lí - Viết phương trình dao động điều hòa

Câu 1:

Một vật nhỏ dao động điều hòa dọc theo trục Ox với biên độ 5cm, chu kỳ 2s. Tại thời điểm t = 0, vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là

A. x = 5cos(2πt – π/2)(cm)

B. x = 5cos(2πt + π/2)(cm)

C. x = 5cos(πt – π/2)(cm)

D. x = 5cos(πt + π/2)(cm)

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có:

A = 5 cm, T = 2s \[\omega = \frac{{2\pi }}{T} = \pi \,rad/s\]

Tại t = 0 \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = 0}\\{v >0}\end{array}} \right. \leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = 0}\\{\sin \varphi < o}\end{array}} \right. \to \varphi = - \frac{\pi }{2}\]

\[x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right) = 5\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: C

Câu 2:

Một chất điểm chuyển động tròn đều trong mặt phẳng thẳng đứng, có bán kính quỹ đạo là 8cm, bắt đầu từ vị trí thấp nhất của đường tròn theo chiều ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ không đổi là 16πcm/s. Hình chiếu của chất điểm lên trục Ox nằm ngang, đi qua tâm O của đường tròn, nằm trong mặt phẳng quỹ đạo có chiều từ trái qua phải là

A. \[x = 16\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)\left( {cm} \right)\]

B. \[x = 16\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)\left( {cm} \right)\]

C. \[x = 8\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)\left( {cm} \right)\]

D. \[x = 8\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)\left( {cm} \right)\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có:

A = 8cm

v = ωR = ωA = 16π

\[ \to \omega = \frac{{16\pi }}{8} = 2\pi \,\]

Mặt khác, tại thời điểm ban đầu, chất điểm đi qua tâm O =>x = 0, nằm trong mặt phẳng có quỹ đạo có chiều từ trái qua phải =>v >0

\[ \to \varphi = - \frac{\pi }{2}\]

\[ \to x = 8\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: D

Câu 3:

Cho một chất điểm dao động điều hòa với tần số 1Hz, thời điểm đầu vật qua vị trí x = 5cm theo chiều dương với tốc độ v = 10π cm/s. Viết phương trình dao động.

A. \[x = 5\sqrt 2 \sin \left( {2\pi t + \frac{\pi }{4}} \right)cm\]

B. \[x = 5\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{6}} \right)cm\]

C. \[x = 5\sin \left( {2\pi t + \frac{\pi }{4}} \right)cm\]

D. \[x = 5\sqrt 2 \sin \left( {2\pi t - \frac{\pi }{6}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có:

Tốc độ góc: ω = 2πf = 2π.1 = 2π(rad/s)

Biên độ dao động:

\[{A^2} = {x^2} + \frac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {5^2} + {\left( {\frac{{10\pi }}{{2\pi }}} \right)^2}\]

\[ \Rightarrow A = 5\sqrt 2 cm\]

Tại t = 0:

\[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 5}\\{V = - A\omega \sin \varphi >0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{5}{{5\sqrt 2 }}}\\{\sin \varphi < 0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{4}\]

\[ \Rightarrow x = 5\sqrt 2 \cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{4}} \right)cm\]

\[ \Rightarrow x = 5\sqrt 2 \sin \left( {2\pi t - \frac{\pi }{4} + \frac{\pi }{2}} \right)\]

\[ \Rightarrow x = 5\sqrt 2 \sin \left( {2\pi t + \frac{\pi }{4}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: A

Câu 4:

Một vật dao động điều hoà dọc theo trục Ox nằm ngang, gốc O và mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Thời gian vật đi từ VTCB đến A hết 0,5s và đi hết quãng đường 4cm Chọn t = 0 lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là:

A. \[x = 2\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{4}} \right)cm\]

B. \[x = 4\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

C. \[x = 2\cos \left( {\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

D. \[x = 4\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có: Thời gian vật đi từ VTCB đến A là :

\[\frac{T}{4} = 0,5 \to T = 2s\]

\[ \to \omega = \frac{{2\pi }}{T} = \pi \,rad/s\]

Biên độ A = 4cm

Tại t = 0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 0}\\{v = - A\omega \sin \varphi >0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = 0}\\{\sin \varphi < 0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{2}\]

\[ \Rightarrow x = 4\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: D

Câu 5:

Một vật dao động điều hoà có đồ thị như hình vẽ.

Phương trình dao động của vật là:

A. \[x = 4\cos \left( {\frac{\pi }{3}t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

B. \[x = 4\cos \left( {\frac{\pi }{3}t + \frac{\pi }{6}} \right)cm\]

C. \[x = 4\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{6}} \right)cm\]

D. \[x = 4\cos \left( {\frac{{2\pi }}{3}t - \frac{{5\pi }}{6}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Từ đồ thị, ta có: A = 4cm

Thời gian vật đi từ t=0 (\[x = \frac{A}{2}\]) đến t = 2,5s (x = 0) là:

\[\Delta t = 2,5s = \frac{T}{6} + \frac{T}{4} = \frac{{5T}}{{12}}\]

\[ \to T = 6s \to \omega = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{\pi }{3}rad/s\]

Tại t = 0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 2}\\{v = - A\omega \sin \varphi >0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}}\\{\sin \varphi < 0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{3}\]

\[ \Rightarrow x = 4\cos \left( {\frac{\pi }{3}t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: A

Câu 6:

Một chất điểm dao động điều hòa có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của li độ như hình vẽ. Phương trình dao động của vật là:

A. \[x = 10\cos \left( {\frac{{11\pi }}{6}t + \frac{{2\pi }}{3}} \right)cm\]

B. \[x = 10\cos \left( {\frac{{11\pi }}{6}t - \frac{{2\pi }}{3}} \right)cm\]

C. \[x = 10\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

D. \[x = 10\cos \left( {\frac{{5\pi }}{6}t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Từ đồ thị, ta có: A = 10cm

Thời gian vật đi từ t = 0 (x= -A/2) đến t = 1s (x = 0) tương đương các vị trí

(-A/2 => -A =>A => 0) là:

\[\Delta t = 1s = \frac{T}{6} + \frac{{3T}}{4} = \frac{{11T}}{{12}}\]

\[ \to T = \frac{{12}}{{11}}s \to \omega = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{{11\pi }}{6}rad/s\]

Tại t = 0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = - 5}\\{v = - A\omega \sin \varphi < 0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{{ - 2}}{{10}} = \frac{{ - 1}}{2}}\\{\sin \varphi >0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = \frac{{2\pi }}{3}\]

\[ \Rightarrow x = 10\cos \left( {\frac{{11\pi }}{6}t + \frac{{2\pi }}{3}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: A

Câu 7:

Đồ thị vận tốc của một vật cho ở hình bên, phương trình nào dưới đây là phương trình dao động của vật:

A. \[x = 6\cos \left( {\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

B. \[x = 6\cos \left( {\pi t} \right)cm\]

C. \[x = 6\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

D. \[x = 6\sin \left( {\pi t} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Từ đồ thị, ta có: T = 2s → \[\omega = \frac{{2\pi }}{T} = \pi rad/s\]

\[A\omega = 6\pi cm/s \to A = \frac{{6\pi }}{\omega } = \frac{{6\pi }}{\pi } = 6cm\]

Tại t = 0:

v = −Aωsinφ = 0 → sinφ = 0\[ \to \left[ {\begin{array}{*{20}{c}}{\varphi = 0}\\{\varphi = \pi }\end{array}} \right.\]

và đang đi theo chiều âm → φ = 0

⇒ x = 6cos(πt)cm

Đáp án cần chọn là: B

Câu 8:

Vật nặng dao động điều hòa với \[\omega = 10\sqrt 5 rad/s\]. Chọn gốc tọa độ trùng với vị trí cân bằng của vật. Biết rằng tại thời điểm ban đầu vật đi qua li độ x = 2cm với vận tốc \[v = 20\sqrt {15} cm/s\]. Phương trình dao động của vật là:

A. \[x = 4\cos \left( {10\sqrt 5 t + \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

B. \[x = 2\sqrt 2 \cos \left( {10\sqrt 5 t + \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

C. \[x = 4\cos \left( {10\sqrt 5 t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

D. \[x = 5\sin \left( {10\sqrt 5 t + \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có: \[{A^2} = {x^2} + \frac{{{v^2}}}{{{\omega ^2}}} = {2^2} + \frac{{{{\left( {20\sqrt {15} } \right)}^2}}}{{{{\left( {10\sqrt 5 } \right)}^2}}} = 16\]

→A = 4cm

Tại t = 0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 2}\\{v = - A\omega \sin \varphi >0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}}\\{\sin \varphi < 0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{3}\]

\[ \Rightarrow x = 4\cos \left( {10\sqrt 5 t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: C

Câu 9:

Một vật dao động điều hòa với biên độ A = 8cm và ω = πrad/s. Tại thời điểm ban đầu vật qua vị trí có li độ x₀= 4cm theo chiều âm. Phương trình dao động của vật là:

A. \[x = 8\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

B. \[x = 8\cos \left( {\pi t - \frac{{2\pi }}{3}} \right)cm\]

C. \[x = 8\cos \left( {\pi t + \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

D. \[x = 8\cos \left( {\pi t + \frac{{2\pi }}{3}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có A =8cm, ω = π rad/s

Tại t = 0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 4}\\{v = - A\omega \sin \varphi < 0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = \frac{{{x_0}}}{A} = \frac{4}{8} = \frac{1}{2}}\\{\sin \varphi >0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = \frac{\pi }{3}\]

\[ \Rightarrow x = 8\cos \left( {\pi t + \frac{\pi }{3}} \right)cm\]

Đáp án cần chọn là: C

Câu 10:

Một vật dao động điều hòa trên quỹ đạo dài 8cm với chu kì T = 2s. Chọn gốc thời gian là lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là :

A. \[x = 8\cos \left( {2\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

B. \[x = 4\cos \left( {\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

C. \[x = 8\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

D. \[x = 4\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)cm\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có: L = 2A = 8cm =>A = 4cm

Tần số góc: \[\omega = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{{2\pi }}{2} = \pi rad/s\]

Tại t=0: \[\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = A\cos \varphi = 0}\\{v = - A\omega \sin \varphi >0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi = 0}\\{\sin \varphi < 0}\end{array}} \right.\]

\[ \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{2}\]

\[ \Rightarrow x = 4\cos \left( {\pi t - \frac{\pi }{2}} \right)\]

Đáp án cần chọn là: D

Câu 11:

Một chất điểm dao động điều hòa với phương trình dạng \[x = \cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)\left( {cm,s} \right)\]. Lấy \[{\pi ^2} = 10\], biểu thức gia tốc tức thời của chất điểm là:

A. \[a = - 2\pi \cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)cm/{s^2}\]

B. \[a = 40\sin \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)cm/{s^2}\]

C. \[a = - 40\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)cm/{s^2}\]

D. \[a = 2\pi \cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)cm/{s^2}\]

Xem đáp án

Trả lời:

Ta có: \[a = {\omega ^2}A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right) = {\omega ^2}A\cos \left( {\omega t + \varphi + \pi } \right)\]

\[x = \cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)\left( {cm,s} \right)\]

\[ \to a = - {\left( {2\pi } \right)^2}.1\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)\]

\[ \to a = - 40\cos \left( {2\pi t + \frac{\pi }{6}} \right)\]

Đáp án cần chọn là : C

Câu 12:

Một vật nhỏ dao động theo phương trình x = Acos(ωt + φ)(cm). Tại thời điểm ban đầu, vật đi qua vị trí có li độ x < 0, hướng ra xa vị trí cân bằng. Giá trị của φ thỏa mãn:

A. \[\frac{\pi }{2} < \varphi < \pi \]

B. \[\frac{\pi }{2} < \varphi < 0\]

C. \[ - \pi < \varphi < - \frac{\pi }{2}\]

D. \[0 < \varphi < \frac{\pi }{2}\]

Xem đáp án

Trả lời:

Tại t = 0, ta có x < 0 và hướng ra xa vị trí cân bằng =>v < 0

\[ \leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{A\cos \varphi < 0}\\{v = - A\omega \sin \varphi < 0}\end{array}} \right. \to \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\cos \varphi < 0}\\{\sin \varphi >0}\end{array}} \right.\]</>

\[ \Rightarrow \frac{\pi }{2} < \varphi < \pi \]

Đáp án cần chọn là: A

Câu 13:

Một đĩa phẳng nhẵn nằm ngang, chuyển động tròn đều với vận tốc góc ω quanh trục thẳng đúng đi qua tâm của đĩa. Trên đĩa có một thanh mảnh đồng chất AB có thể quay tự do quanh trục được gắn chặt với đĩa và đi qua đầu A của thanh. Khi thanh AB đang ở vị trí như hình vẽ, tác động nhẹ vào đầu B của thanh để thanh AB quay với vận tốc góc ban đầu ω₀ so với đĩa ω₀khá nhỏ so với ω). Người ta quan sát đứng trên đĩa sẽ thấy thanh chuyển động như thế nào?

A. Thanh quay đi một góc rồi dừng lại.

B. Thanh quay tròn.

C.Thanh dao động quanh vị trí cân bằng.

D. Chuyển động của thanh có dạng phức tạp hơn các trường hợp trên.

Xem đáp án

Trả lời:

Người quan sát đứng trên đĩa nên xem như hệ quy chiếu gắn với đĩa.

Khi đó thanh chịu lực quán tính li tâm F = m_AB.ω²r có tác dụng kéo thanh trở về vị trí cân bằng.

Đáp án cần chọn là: C