Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- I. GIỚI THIỆU VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
- 1. Dao động điều hòa là gì?
- 2. Các đại lượng cơ bản
- 3. Quỹ đạo dao động là gì?
- II. CÔNG THỨC CHIỀU DÀI QUỸ ĐẠO
- 1. Công thức cơ bản – Quỹ đạo toàn phần
- 2. Quỹ đạo giữa hai vị trí bất kỳ
- 3. Minh họa hình vẽ và sơ đồ
- 4. Phân biệt quỹ đạo và quãng đường
- III. ỨNG DỤNG VÀ BÀI TOÁN LIÊN QUAN
- 1. Tính chiều dài quỹ đạo khi biết biên độ
- 2. Tính biên độ khi biết chiều dài quỹ đạo
- 3. Liên hệ với vận tốc cực đại
- 4. Quãng đường trong các khoảng thời gian
- 5. Bài toán con lắc lò xo
- IV. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP
- A. Công thức chiều dài quỹ đạo
- B. Liên hệ với các đại lượng khác
- C. Quãng đường theo thời gian
- D. So sánh quỹ đạo và quãng đường
- V. PHÂN BIỆT CÁC KHÁI NIỆM
- 1. Quỹ đạo vs Quãng đường
- 2. Biên độ vs Chiều dài quỹ đạo
- 3. Li độ vs Tọa độ
- VI. MẸO VÀ LƯU Ý
- 1. Mẹo nhớ công thức
- 2. Các sai lầm thường gặp
- 3. Kiểm tra nhanh
- VII. BÀI TẬP MẪU
- VIII. KẾT LUẬN
- Mối liên hệ các công thức
I. GIỚI THIỆU VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
1. Dao động điều hòa là gì?
Định nghĩa: Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật biến thiên theo thời gian theo quy luật hàm sin (hoặc cosin).
Phương trình dao động:
$$\boxed{x = A\cos(\omega t + \varphi)}$$
Hoặc:
$$x = A\sin(\omega t + \varphi)$$
Trong đó:
- $x$: Li độ (độ lệch so với vị trí cân bằng) tại thời điểm $t$ (m, cm)
- $A$: Biên độ dao động (m, cm)
- $\omega$: Tần số góc (rad/s)
- $t$: Thời gian (s)
- $\varphi$: Pha ban đầu (rad)
Đặc điểm của dao động điều hòa:
- Chu kỳ và biên độ không đổi theo thời gian
- Lực kéo về tỉ lệ thuận với li độ và luôn hướng về vị trí cân bằng: $F = -kx$
- Dao động quanh một vị trí cân bằng cố định
- Vận tốc biến thiên điều hòa cùng tần số với li độ
2. Các đại lượng cơ bản
| Đại lượng | Ký hiệu | Đơn vị | Ý nghĩa | Công thức |
|---|---|---|---|---|
| Li độ | $x$ | m, cm | Vị trí của vật tại thời điểm t | $x = A\cos(\omega t + \varphi)$ |
| Biên độ | $A$ | m, cm | Li độ cực đại | $ |
| Tần số góc | $\omega$ | rad/s | Tốc độ biến đổi pha | $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$ |
| Chu kỳ | $T$ | s | Thời gian một dao động toàn phần | $T = \frac{2\pi}{\omega} = \frac{1}{f}$ |
| Tần số | $f$ | Hz | Số dao động trong 1 giây | $f = \frac{1}{T} = \frac{\omega}{2\pi}$ |
Quan hệ giữa các đại lượng:
- $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$
- $T = \frac{1}{f} = \frac{2\pi}{\omega}$
- $f = \frac{1}{T} = \frac{\omega}{2\pi}$
3. Quỹ đạo dao động là gì?
Định nghĩa: Quỹ đạo dao động là đoạn thẳng mà vật chuyển động qua lại trong quá trình dao động điều hòa.
Đặc điểm quan trọng:
- Quỹ đạo có dạng đoạn thẳng (không phải đường tròn, không phải đường cong)
- Vật dao động qua lại trên đoạn thẳng này
- Hai đầu đoạn thẳng là hai vị trí biên: biên âm $(-A)$ và biên dương $(+A)$
- Điểm giữa đoạn thẳng là vị trí cân bằng (VTCB)
Mô tả trực quan:
Biên âm VTCB Biên dương
-A 0 +A
●-------------●-------------●
←-------------------------→
Quỹ đạo dao động
Lưu ý quan trọng:
- Quỹ đạo dao động điều hòa khác với quỹ đạo tròn trong chuyển động tròn đều
- Trong dao động điều hòa: quỹ đạo là đoạn thẳng
- Chiều dài quỹ đạo là khoảng cách từ biên âm đến biên dương
II. CÔNG THỨC CHIỀU DÀI QUỸ ĐẠO
1. Công thức cơ bản – Quỹ đạo toàn phần
📌 CÔNG THỨC QUAN TRỌNG NHẤT:
$$\boxed{L = 2A}$$
Trong đó:
- $L$: Chiều dài quỹ đạo (m, cm)
- $A$: Biên độ dao động (m, cm)
Giải thích chi tiết:
Vật dao động từ:
- Vị trí biên âm: $x_{min} = -A$
- Vị trí biên dương: $x_{max} = +A$
Chiều dài quỹ đạo là khoảng cách giữa hai biên: $$L = x_{max} – x_{min} = A – (-A) = 2A$$
Ý nghĩa:
- Quỹ đạo dao động dài gấp đôi biên độ
- Đây là chiều dài cố định, không thay đổi trong suốt quá trình dao động
Ví dụ 1: Con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ $A = 5$ cm. Tính chiều dài quỹ đạo.
Lời giải: $$L = 2A = 2 \times 5 = 10 \text{ cm}$$
Kết luận: Chiều dài quỹ đạo là 10 cm.
Ví dụ 2: Con lắc đơn dao động với biên độ góc nhỏ, li độ cực đại là 3 cm. Tính chiều dài quỹ đạo.
Lời giải:
Biên độ dao động: $A = 3$ cm
Chiều dài quỹ đạo: $$L = 2A = 2 \times 3 = 6 \text{ cm}$$
Kết luận: Chiều dài quỹ đạo là 6 cm.
2. Quỹ đạo giữa hai vị trí bất kỳ
Trường hợp tổng quát:
Nếu vật dao động giữa hai vị trí có li độ $x_1$ và $x_2$ (với $x_1 < x_2$), chiều dài đoạn quỹ đạo này là:
$$\boxed{L = x_2 – x_1}$$
Các trường hợp đặc biệt quan trọng:
a) Dao động từ vị trí cân bằng (x = 0) đến biên dương (x = A):
$$L = A – 0 = A$$
Giải thích: Vật đi từ VTCB đến biên, quãng đường bằng biên độ.
b) Dao động từ biên âm (x = -A) đến vị trí cân bằng (x = 0):
$$L = 0 – (-A) = A$$
Giải thích: Vật đi từ biên âm về VTCB, quãng đường cũng bằng biên độ.
c) Dao động từ biên âm (x = -A) đến biên dương (x = A):
$$L = A – (-A) = 2A$$
Giải thích: Đây chính là quỹ đạo toàn phần.
d) Dao động giữa hai vị trí đối xứng qua VTCB:
Nếu $x_1 = -a$ và $x_2 = +a$ (với $0 < a \leq A$):
$$L = a – (-a) = 2a$$
Ví dụ 3: Vật dao động điều hòa từ vị trí $x_1 = -2$ cm đến vị trí $x_2 = 6$ cm. Tính chiều dài đoạn quỹ đạo này.
Lời giải: $$L = x_2 – x_1 = 6 – (-2) = 8 \text{ cm}$$
Kết luận: Chiều dài đoạn quỹ đạo là 8 cm.
3. Minh họa hình vẽ và sơ đồ
Sơ đồ quỹ đạo dao động:
-A -A/2 0 A/2 A
Biên âm VTCB Biên dương
●-----------●-----------●-----------●-----------●
|<--------- Quỹ đạo một phía -------->|
| A |
|<--------------- Quỹ đạo toàn phần ------->|
| L = 2A |
Các đoạn quỹ đạo đặc biệt:
- Từ biên đến VTCB: $L = A$
- Từ VTCB đến biên: $L = A$
- Từ biên này đến biên kia: $L = 2A$
- Từ $-\frac{A}{2}$ đến $+\frac{A}{2}$: $L = A$
Đồ thị li độ – thời gian:
x
↑
A ●─────●─────●
| ╲ ╱ ╲ ╱
0 ──●───●───●── → t
| ╱ ╲ ╱ ╲
-A ●─────●─────●
←─ T/4 ─→
←──── T ────→
Trong một chu kỳ T, vật đi qua quỹ đạo 2 lần (đi và về).
4. Phân biệt quỹ đạo và quãng đường
Đây là điểm quan trọng mà nhiều học sinh hay nhầm lẫn!
| Tiêu chí | Quỹ đạo (L) | Quãng đường (s) |
|---|---|---|
| Định nghĩa | Độ dài đoạn thẳng dao động | Tổng độ dài đường đi được |
| Công thức | $L = 2A$ | $s = v \cdot t$ |
| Giá trị | Cố định = $2A$ | Tăng dần theo thời gian |
| Trong 1 chu kỳ | $L = 2A$ | $s = 4A$ |
| Trong 2 chu kỳ | $L = 2A$ (không đổi) | $s = 8A$ |
| Đơn vị | m, cm | m, cm |
Giải thích chi tiết:
Quỹ đạo (L):
- Là độ dài đoạn thẳng mà vật dao động trên đó
- Giá trị cố định, không thay đổi
- $L = 2A$ cho quỹ đạo toàn phần
Quãng đường (s):
- Là tổng độ dài mà vật đã di chuyển được
- Tăng theo thời gian
- Trong 1 chu kỳ T: vật đi từ biên này → biên kia → biên này (qua lại 2 lần quỹ đạo)
- Do đó: $s_T = 2 \times 2A = 4A$
Ví dụ 4: Vật dao động với biên độ $A = 10$ cm.
a) Chiều dài quỹ đạo là bao nhiêu? b) Quãng đường vật đi được trong 1 chu kỳ là bao nhiêu? c) Quãng đường vật đi được trong 2.5 chu kỳ là bao nhiêu?
Lời giải:
a) Chiều dài quỹ đạo (cố định): $$L = 2A = 2 \times 10 = 20 \text{ cm}$$
b) Quãng đường trong 1 chu kỳ: $$s_T = 4A = 4 \times 10 = 40 \text{ cm}$$
c) Quãng đường trong 2.5 chu kỳ: $$s = 2.5 \times 4A = 2.5 \times 40 = 100 \text{ cm}$$
Kết luận:
- Quỹ đạo: 20 cm (không đổi)
- Quãng đường 1T: 40 cm
- Quãng đường 2.5T: 100 cm
III. ỨNG DỤNG VÀ BÀI TOÁN LIÊN QUAN
1. Tính chiều dài quỹ đạo khi biết biên độ
Dạng bài: Cho biên độ $A$, tính chiều dài quỹ đạo $L$.
Công thức: $L = 2A$
Bài tập 1: Con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ $A = 4$ cm. Tính chiều dài quỹ đạo.
Lời giải: $$L = 2A = 2 \times 4 = 8 \text{ cm}$$
Đáp án: Chiều dài quỹ đạo là 8 cm.
Bài tập 2: Vật dao động điều hòa, biên độ $A = 12$ cm. Xác định: a) Chiều dài quỹ đạo b) Khoảng cách từ biên âm đến vị trí cân bằng
Lời giải:
a) Chiều dài quỹ đạo: $$L = 2A = 2 \times 12 = 24 \text{ cm}$$
b) Khoảng cách từ biên âm $(-A)$ đến VTCB $(0)$: $$d = 0 – (-A) = A = 12 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 24 cm; b) 12 cm.
2. Tính biên độ khi biết chiều dài quỹ đạo
Dạng bài: Cho chiều dài quỹ đạo $L$, tính biên độ $A$.
Công thức: $$\boxed{A = \frac{L}{2}}$$
Bài tập 3: Vật dao động điều hòa trên quỹ đạo dài 12 cm. Tính biên độ dao động.
Lời giải: $$A = \frac{L}{2} = \frac{12}{2} = 6 \text{ cm}$$
Đáp án: Biên độ là 6 cm.
Bài tập 4: Một vật dao động điều hòa, khoảng cách giữa hai vị trí biên là 18 cm. Tính: a) Chiều dài quỹ đạo b) Biên độ dao động
Lời giải:
a) Khoảng cách giữa hai biên chính là chiều dài quỹ đạo: $$L = 18 \text{ cm}$$
b) Biên độ: $$A = \frac{L}{2} = \frac{18}{2} = 9 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 18 cm; b) 9 cm.
3. Liên hệ với vận tốc cực đại
Công thức vận tốc cực đại:
$$\boxed{v_{max} = \omega A}$$
Từ đó suy ra biên độ:
$$A = \frac{v_{max}}{\omega}$$
Chiều dài quỹ đạo:
$$\boxed{L = 2A = \frac{2v_{max}}{\omega}}$$
Bài tập 5: Vật dao động điều hòa với vận tốc cực đại $v_{max} = 20$ cm/s và tần số góc $\omega = 4$ rad/s. Tính chiều dài quỹ đạo.
Lời giải:
Bước 1: Tính biên độ $$A = \frac{v_{max}}{\omega} = \frac{20}{4} = 5 \text{ cm}$$
Bước 2: Tính chiều dài quỹ đạo $$L = 2A = 2 \times 5 = 10 \text{ cm}$$
Đáp án: Chiều dài quỹ đạo là 10 cm.
Bài tập 6: Con lắc lò xo dao động với chu kỳ $T = 2$ s, vận tốc cực đại $v_{max} = 31.4$ cm/s. Tính chiều dài quỹ đạo. Cho $\pi = 3.14$.
Lời giải:
Bước 1: Tính tần số góc $$\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2 \times 3.14}{2} = 3.14 \text{ rad/s}$$
Bước 2: Tính biên độ $$A = \frac{v_{max}}{\omega} = \frac{31.4}{3.14} = 10 \text{ cm}$$
Bước 3: Tính chiều dài quỹ đạo $$L = 2A = 2 \times 10 = 20 \text{ cm}$$
Đáp án: Chiều dài quỹ đạo là 20 cm.
4. Quãng đường trong các khoảng thời gian
Công thức quãng đường theo thời gian:
| Thời gian | Quãng đường | Giải thích |
|---|---|---|
| Trong 1 chu kỳ (T) | $s = 4A$ | Vật đi qua quỹ đạo 2 lần |
| Trong n chu kỳ | $s = 4nA$ | n lần chu kỳ đầy đủ |
| Trong T/2 | $s = 2A$ | Nửa chu kỳ |
| Trong T/4 | $s = A$ hoặc $s = \sqrt{2}A$ | Tùy vị trí xuất phát |
Lưu ý: Công thức $s = A$ trong T/4 chỉ đúng khi xuất phát từ VTCB hoặc từ biên.
Bài tập 7: Vật dao động điều hòa với biên độ $A = 5$ cm, tần số $f = 2$ Hz. Tính quãng đường vật đi được trong 3 chu kỳ.
Lời giải:
Quãng đường trong n chu kỳ: $$s = 4nA = 4 \times 3 \times 5 = 60 \text{ cm}$$
Đáp án: Quãng đường là 60 cm.
Bài tập 8: Con lắc dao động với biên độ 8 cm. Tính quãng đường vật đi được trong: a) 1 chu kỳ b) 2.5 chu kỳ c) Nửa chu kỳ
Lời giải:
a) Trong 1 chu kỳ: $$s_1 = 4A = 4 \times 8 = 32 \text{ cm}$$
b) Trong 2.5 chu kỳ: $$s_{2.5} = 4 \times 2.5 \times A = 10 \times 8 = 80 \text{ cm}$$
c) Trong nửa chu kỳ (T/2): $$s_{T/2} = 2A = 2 \times 8 = 16 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 32 cm; b) 80 cm; c) 16 cm.
5. Bài toán con lắc lò xo
Công thức đặc biệt cho con lắc lò xo:
Khi lò xo dao động, chiều dài lò xo biến thiên giữa:
- Chiều dài cực đại: $l_{max}$ (lò xo giãn nhiều nhất)
- Chiều dài cực tiểu: $l_{min}$ (lò xo nén nhiều nhất hoặc giãn ít nhất)
Chiều dài quỹ đạo:
$$\boxed{L = l_{max} – l_{min} = 2A}$$
Hoặc dùng độ biến dạng:
$$L = \Delta l_{max} + |\Delta l_{min}|$$
Trong đó:
- $\Delta l_{max}$: Độ giãn cực đại
- $\Delta l_{min}$: Độ nén cực đại (hoặc độ giãn cực tiểu)
Bài tập 9: Lò xo có chiều dài tự nhiên $l_0 = 20$ cm. Khi dao động, chiều dài lò xo biến thiên từ 15 cm đến 25 cm. Tính: a) Chiều dài quỹ đạo b) Biên độ dao động
Lời giải:
a) Chiều dài quỹ đạo: $$L = l_{max} – l_{min} = 25 – 15 = 10 \text{ cm}$$
b) Biên độ dao động: $$A = \frac{L}{2} = \frac{10}{2} = 5 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 10 cm; b) 5 cm.
Bài tập 10: Con lắc lò xo treo thẳng đứng. Khi vật ở VTCB, lò xo giãn 4 cm. Biết biên độ dao động $A = 3$ cm. Tính chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo. Cho chiều dài tự nhiên $l_0 = 30$ cm.
Lời giải:
Bước 1: Chiều dài tại VTCB $$l_{cb} = l_0 + \Delta l_0 = 30 + 4 = 34 \text{ cm}$$
Bước 2: Chiều dài cực đại (lò xo giãn nhiều nhất) $$l_{max} = l_{cb} + A = 34 + 3 = 37 \text{ cm}$$
Bước 3: Chiều dài cực tiểu (lò xo giãn ít nhất) $$l_{min} = l_{cb} – A = 34 – 3 = 31 \text{ cm}$$
Kiểm tra: $L = l_{max} – l_{min} = 37 – 31 = 6 = 2A$ ✓
Đáp án: $l_{max} = 37$ cm, $l_{min} = 31$ cm.
IV. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP
A. Công thức chiều dài quỹ đạo
| Trường hợp | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|
| Quỹ đạo toàn phần | $L = 2A$ | Từ biên âm đến biên dương |
| Từ $x_1$ đến $x_2$ | $L = x_2 – x_1$ | $x_1 < x_2$ |
| Từ VTCB đến biên | $L = A$ | Một phía quỹ đạo |
| Từ biên âm đến VTCB | $L = A$ | Nửa quỹ đạo |
| Con lắc lò xo | $L = l_{max} – l_{min}$ | Hiệu chiều dài |
B. Liên hệ với các đại lượng khác
| Đại lượng | Công thức | Điều kiện |
|---|---|---|
| Biên độ từ L | $A = \frac{L}{2}$ | Quỹ đạo toàn phần |
| Biên độ từ $v_{max}$ | $A = \frac{v_{max}}{\omega}$ | |
| Chiều dài từ $v_{max}$ | $L = \frac{2v_{max}}{\omega}$ | |
| Biên độ từ $a_{max}$ | $A = \frac{a_{max}}{\omega^2}$ |
C. Quãng đường theo thời gian
| Thời gian | Quãng đường | So với quỹ đạo |
|---|---|---|
| 1 chu kỳ (T) | $s = 4A$ | $s = 2L$ |
| n chu kỳ | $s = 4nA$ | $s = 2nL$ |
| T/2 | $s = 2A$ | $s = L$ |
| T/4 | $s = A$ (nếu từ VTCB/biên) | $s = \frac{L}{2}$ |
D. So sánh quỹ đạo và quãng đường
| Tiêu chí | Quỹ đạo (L) | Quãng đường (s) trong 1T |
|---|---|---|
| Công thức | $L = 2A$ | $s = 4A$ |
| Giá trị | Cố định | Tăng theo thời gian |
| Quan hệ | $s = 2L$ (trong 1 chu kỳ) | |
| Đơn vị | m, cm | m, cm |
V. PHÂN BIỆT CÁC KHÁI NIỆM
1. Quỹ đạo vs Quãng đường
QUỸĐẠO (L):
Định nghĩa: Độ dài đoạn thẳng mà vật dao động trên đó
Đặc điểm:
- Cố định, không thay đổi theo thời gian
- $L = 2A$ (quỹ đạo toàn phần)
Đơn vị: m, cm, mm
Ví dụ: Vật dao động với $A = 5$ cm → Quỹ đạo luôn là 10 cm
QUÃNG ĐƯỜNG (s):
Định nghĩa: Tổng chiều dài đường mà vật đã đi được
Đặc điểm:
- Tăng dần theo thời gian
- Phụ thuộc vào thời gian dao động
- Trong 1 chu kỳ: $s = 4A = 2L$
Đơn vị: m, cm, mm
Ví dụ: Vật dao động với $A = 5$ cm:
- Sau 1T: $s = 20$ cm
- Sau 2T: $s = 40$ cm
- Sau 3T: $s = 60$ cm
2. Biên độ vs Chiều dài quỹ đạo
BIÊN ĐỘ (A):
Định nghĩa: Li độ cực đại (giá trị lớn nhất của $|x|$)
Ý nghĩa: Khoảng cách từ VTCB đến biên
Công thức: $A = \frac{L}{2}$
Ví dụ: Quỹ đạo 12 cm → Biên độ $A = 6$ cm
CHIỀU DÀI QUỸ ĐẠO (L):
Định nghĩa: Khoảng cách từ biên âm đến biên dương
Ý nghĩa: Độ dài toàn bộ đoạn thẳng dao động
Công thức: $L = 2A$
Ví dụ: Biên độ 6 cm → Quỹ đạo $L = 12$ cm
3. Li độ vs Tọa độ
LI ĐỘ (x):
Định nghĩa: Độ lệch của vật so với vị trí cân bằng
Giá trị: $-A \leq x \leq A$
Dấu:
- Dương: Vật ở phía dương của VTCB
- Âm: Vật ở phía âm của VTCB
- Bằng 0: Vật ở VTCB
TỌA ĐỘ:
Định nghĩa: Vị trí tuyệt đối của vật trong hệ quy chiếu
Đặc điểm: Phụ thuộc vào gốc tọa độ được chọn
VI. MẸO VÀ LƯU Ý
1. Mẹo nhớ công thức
CÔNG THỨC SIÊU ĐƠN GIẢN:
$$\boxed{L = 2A}$$
Cách nhớ: “Quỹ đạo gấp đôi biên độ” hoặc “Hai lần biên độ”
QUÃNG ĐƯỜNG TRONG 1 CHU KỲ:
$$s_T = 4A = 2L$$
Cách nhớ: “Bốn lần biên độ” hoặc “Hai lần quỹ đạo”
BIÊN ĐỘ TỪ QUỸ ĐẠO:
$$A = \frac{L}{2}$$
Cách nhớ: “Biên độ bằng nửa quỹ đạo”
2. Các sai lầm thường gặp
❌ SAI LẦM 1: Nhầm quỹ đạo với quãng đường
Sai: Nghĩ quỹ đạo cũng tăng theo thời gian như quãng đường
Đúng:
- Quỹ đạo cố định = $2A$
- Quãng đường tăng theo thời gian
❌ SAI LẦM 2: Nghĩ quỹ đạo = A (thiếu số 2)
Sai: $L = A$
Đúng: $L = 2A$ ✓
❌ SAI LẦM 3: Quên đơn vị
Sai: Tính ra kết quả nhưng không ghi đơn vị
Đúng: Luôn ghi rõ cm, m, mm… ✓
❌ SAI LẦM 4: Nhầm quỹ đạo dao động là đường tròn
Sai: Nghĩ quỹ đạo dao động điều hòa là đường tròn
Đúng: Quỹ đạo dao động điều hòa là đoạn thẳng ✓
(Chuyển động tròn đều mới có quỹ đạo tròn)
3. Kiểm tra nhanh
Kiểm tra 1: Quỹ đạo luôn cố định = $2A$
Kiểm tra 2: Quãng đường trong 1 chu kỳ = $4A$ = $2L$
Kiểm tra 3: Nếu $L = 10$ cm → $A = 5$ cm
Kiểm tra 4: Nếu $A = 8$ cm → $L = 16$ cm, $s_T = 32$ cm
VII. BÀI TẬP MẪU
Bài tập 1: Tính cơ bản
Đề bài: Con lắc lò xo dao động điều hòa với biên độ $A = 8$ cm. Tính: a) Chiều dài quỹ đạo b) Quãng đường vật đi được trong 1 chu kỳ c) Quãng đường vật đi được trong 2.5 chu kỳ
Lời giải:
a) Chiều dài quỹ đạo: $$L = 2A = 2 \times 8 = 16 \text{ cm}$$
b) Quãng đường trong 1 chu kỳ: $$s_1 = 4A = 4 \times 8 = 32 \text{ cm}$$
c) Quãng đường trong 2.5 chu kỳ: $$s_{2.5} = 2.5 \times 4A = 10 \times 8 = 80 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 16 cm; b) 32 cm; c) 80 cm.
Bài tập 2: Tìm biên độ
Đề bài: Một vật dao động điều hòa trên đoạn thẳng dài 14 cm. Tính biên độ dao động.
Lời giải:
Chiều dài quỹ đạo: $L = 14$ cm
Biên độ: $$A = \frac{L}{2} = \frac{14}{2} = 7 \text{ cm}$$
Đáp án: Biên độ là 7 cm.
Bài tập 3: Con lắc lò xo
Đề bài: Một lò xo dao động điều hòa. Chiều dài lò xo biến thiên từ 18 cm đến 26 cm. Tính: a) Chiều dài quỹ đạo b) Biên độ dao động c) Chiều dài lò xo tại VTCB
Lời giải:
a) Chiều dài quỹ đạo: $$L = l_{max} – l_{min} = 26 – 18 = 8 \text{ cm}$$
b) Biên độ dao động: $$A = \frac{L}{2} = \frac{8}{2} = 4 \text{ cm}$$
c) Chiều dài tại VTCB: $$l_{cb} = \frac{l_{max} + l_{min}}{2} = \frac{26 + 18}{2} = 22 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 8 cm; b) 4 cm; c) 22 cm.
Bài tập 4: Liên hệ với vận tốc
Đề bài: Vật dao động điều hòa với vận tốc cực đại $v_{max} = 30$ cm/s và chu kỳ $T = 2$ s. Tính chiều dài quỹ đạo. Cho $\pi = 3.14$.
Lời giải:
Bước 1: Tính tần số góc $$\omega = \frac{2\pi}{T} = \frac{2 \times 3.14}{2} = 3.14 \text{ rad/s}$$
Bước 2: Tính biên độ $$A = \frac{v_{max}}{\omega} = \frac{30}{3.14} \approx 9.55 \text{ cm}$$
Bước 3: Tính chiều dài quỹ đạo $$L = 2A \approx 2 \times 9.55 = 19.1 \text{ cm}$$
Đáp án: Chiều dài quỹ đạo xấp xỉ 19.1 cm.
Bài tập 5: Quãng đường
Đề bài: Vật dao động điều hòa với biên độ 5 cm, tần số 4 Hz. Tính quãng đường vật đi được trong 2.5 chu kỳ.
Lời giải:
Quãng đường trong n chu kỳ: $$s = 4nA = 4 \times 2.5 \times 5 = 50 \text{ cm}$$
Đáp án: Quãng đường là 50 cm.
Bài tập 6: Từ li độ
Đề bài: Vật dao động điều hòa từ vị trí $x_1 = -3$ cm đến vị trí $x_2 = 7$ cm. a) Tính chiều dài đoạn quỹ đạo này b) Nếu đây là quỹ đạo toàn phần, tính biên độ dao động
Lời giải:
a) Chiều dài đoạn quỹ đạo: $$L = x_2 – x_1 = 7 – (-3) = 10 \text{ cm}$$
b) Nếu là quỹ đạo toàn phần: $$A = \frac{L}{2} = \frac{10}{2} = 5 \text{ cm}$$
Đáp án: a) 10 cm; b) 5 cm.
VIII. KẾT LUẬN
Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết về chiều dài quỹ đạo dao động điều hòa:
Quỹ đạo dao động: Đoạn thẳng mà vật dao động qua lại
Công thức chiều dài quỹ đạo: $L = 2A$
Phân biệt rõ: Quỹ đạo (cố định) ≠ Quãng đường (tăng theo thời gian)
Các trường hợp đặc biệt: Từ VTCB đến biên, giữa hai vị trí bất kỳ
Ứng dụng: Con lắc lò xo, tính biên độ, quãng đường
6 bài tập mẫu có lời giải chi tiết
Mối liên hệ các công thức
- Quỹ đạo: $L = 2A$
- Biên độ: $A = \frac{L}{2}$
- Quãng đường 1T: $s_T = 4A = 2L$
- Con lắc lò xo: $L = l_{max} – l_{min}$
Cô Trần Thị Bình
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định
