1. Phương pháp
- Phương trình dao động có dạng: x = Acos(ωt + φ) cm.
- Phương trình vận tốc có dạng: v = -ωAsin(ωt + φ) cm/s.
Phương pháp chung:
a) Khi vật qua li độ x1 thì:
x1 = Acos(ωt + φ) ⇒ cos(ωt + φ) =
+
+
với k ∈ N* khi –b – φ < 0 (v > 0) vật qua x0 theo chiều dương.
Kết hợp với điều kiện của bài toán ta loại bớt đi một nghiệm.
Lưu ý : Ta có thể dựa vào “ mối liên hệ giữa DĐĐH và CĐTĐ ”. Thông qua các bước sau:
• Bước 1: Vẽ đường tròn có bán kính R = A (biên độ) và trục Ox nằm ngang.
• Bước 2: – Xác định vị trí vật lúc t = 0 thì
- Xác định vị trí vật lúc t (x1 đã biết)
• Bước 3: Xác định góc quét Δφ =
• Bước 4:
b) Khi vật đạt vận tốc v1 thì:
Lưu ý:
+ Đề ra thường cho giá trị n nhỏ, còn nếu n lớn thì tìm quy luật để suy ra nghiệm thứ n.
+ Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều.
+ Dùng sơ đồ này có thể giải nhanh về thời gian chuyển động, quãng đường đi được trong thời gian Δt, quãng đường đi tối đa, tối thiểu….
+ Có thể áp dụng được cho dao động điện, dao động điện từ.
+ Khi áp dụng cần có kỹ năng biến đổi thời gian đề cho Δt liên hệ với chu kỳ T. và chú ý chúng đối xứng nhau qua gốc tọa độ.
2. Ví dụ :
Ví dụ 1: Một vật dao động điều hòa với phương trình
cm. Xác định thời điểm đầu tiên vật đi qua vị trí có li độ x = 5 cm theo chiều ngược chiều với chiều dương kể từ thời điểm t = 0.
Hướng dẫn:
Vì v < 0 nên ta chọn nghiệm:
10πt + π/2 = 0,42π + 2kπ → t = - 0,008 + 0,2k; với k ∈ Z.
Nghiệm dương nhỏ nhất trong họ nghiệm này (ứng với k = 1) là t = 0,192 s.
Chọn đáp án A
Ví dụ 2: Một vật dao động điều hòa với phương trình
cm. Xác định thời điểm gần nhất vận tốc của vật bằng 20π√3 cm/s và đang tăng kể từ lúc t = 0.
A. 1/6s B. 1/7s C. 1/8s D. 1/9s
Hướng dẫn:
Vì v đang tăng nên: 10πt + π/6 = –π/6 + 2kπ → t = –1/30 + 0,2k.
Với k ∈ Z. Nghiệm dương nhỏ nhất trong họ nghiệm này là t = 1/6 s, ứng với k = 1.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 3: Một chất điểm dao động điều hòa theo phương trình
(x tính bằng cm; t tính bằng s). Kể từ t = 0, chất điểm đi qua vị trí có li độ x = – 2 cm lần thứ 2011 tại thời điểm ?
A. 3015 s. B. 6030 s. C. 3016 s D. 6031 s.
Hướng dẫn:
Cách 1: Từ phương trình
ta nhận thấy lúc t = 0, x0 = 4 cm, v0 = 0. Vật qua x = – 2 là qua M1 và M2. Vật quay 1 vòng qua x = – 2 là 2 lần, qua lần thứ 2011 thì phải quay 1005 vòng (ứng với 2010 lần) rồi đi từ M0 đến M1 để thêm 1 lần nữa là 2011 lần.
Khi đó, góc quét:
Vậy:
Chọn đáp án C
Cách 2: Giải phương trình lượng giác
. Theo đề bài ta có:
Từ (*) ta nhận thấy:
+ Lần thứ 1 ứng với m = 0.
+ Lần thứ 2 ứng với n = 1.
+ Lần thứ 3 ứng với m = 1.
……………………………
+ Lần thứ 2011 ứng với m = 1005.
Khi đó, ta có: t = 1 + 3m = 1 + 3.1005 = 3016 s.
Chọn đáp án C
Cách giải 3:
Ta nhận thấy vật đi qua vị trí có li độ x = - 2 cm lần thứ 2011 (n = 2011) nên n lẻ, khi đó ta có:
Với
Vậy:
Chọn đáp án C
Chú ý: Dạng bài toán tính thời điểm vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n ta có thể tính theo các công thức sau:
+
+
nếu n là chẵn. Với t2 là khoảng thời gian vật đi từ vị trí cân bằng đến vị trí x lần thứ hai.
Nguồn: vietjack