Trong chương trình Vật lí 11 mới, dao động điều hòa là kiến thức nền tảng và đóng vai trò quan trọng cho toàn bộ chủ đề dao động – sóng ở các lớp tiếp theo. Đây là dạng chuyển động đặc biệt phổ biến trong tự nhiên, từ dao động của con lắc, âm thanh, dòng điện xoay chiều cho đến các dao động dao động cơ học trong đời sống. Hiểu rõ bản chất dao động, cách biểu diễn bằng đồ thị và phương trình dao động giúp học sinh giải được nhiều dạng bài từ cơ bản đến nâng cao. Bài viết dưới đây sẽ hệ thống đầy đủ lý thuyết, công thức, ý nghĩa vật lí và ví dụ phân tích theo đúng nội dung SGK Vật lí 11 chương trình mới.
Nếu lấy biểu thức dao động: $ x = A \cos(\omega t + \varphi) $
thì đồ thị có những đặc điểm:
Trong đó:
I. Đặc điểm cơ bản của dao động cơ
1. Khái niệm dao động cơ
Dao động cơ là chuyển động qua lại quanh một vị trí xác định, vị trí đó được gọi là vị trí cân bằng. Chuyển động dao động có thể xuất hiện tự nhiên hoặc do tác dụng của ngoại lực. Một vật dao động luôn biến đổi vị trí theo thời gian, nhưng vẫn bị ràng buộc quanh vị trí cân bằng.2. Phân loại dao động cơ
Dựa vào tính lặp lại theo thời gian, dao động cơ được chia thành:- Dao động không tuần hoàn: Các trạng thái của vật không lặp lại sau những khoảng thời gian bằng nhau. Ví dụ: tảng băng trôi trên mặt biển, cánh cửa bị gió thổi.
- Dao động tuần hoàn: Sau những khoảng thời gian bằng nhau, vật trở lại vị trí cũ theo đúng hướng ban đầu. Khoảng thời gian lặp lại này gọi là chu kỳ.
3. Dao động tuần hoàn đơn giản nhất – Dao động điều hòa
Trong các dạng dao động tuần hoàn, dao động điều hòa được xem là đơn giản nhất vì:- Mô tả bằng hàm sin hoặc cos.
- Có dạng đồ thị đều đặn, dễ phân tích.
- Xuất hiện rộng rãi trong các hiện tượng vật lí.
II. DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ
Dao động điều hòa được mô tả bởi các đại lượng đặc trưng: li độ, biên độ, pha, tần số góc… và được thể hiện bằng đồ thị hình sin theo thời gian.1. Đồ thị dao động điều hòa
Trong chương trình Vật lí 11, đồ thị dao động điều hòa thể hiện mối quan hệ giữa li độ $x$ và thời gian $t$. Đồ thị có dạng đường cong hình sin trên trục tọa độ $x - t$.Nếu lấy biểu thức dao động: $ x = A \cos(\omega t + \varphi) $
thì đồ thị có những đặc điểm:
- Biên độ $A$: giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của $x$.
- Vị trí cân bằng: $x = 0$.
- Chu kỳ $T$: khoảng thời gian để đồ thị lặp lại một hình dạng cũ.
- Pha $\omega t + \varphi$: xác định "trạng thái" dao động tại mỗi thời điểm.
- Dự đoán vị trí vật tại thời điểm bất kỳ.
- Xác định chu kỳ từ khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp.
- Nhận biết thời điểm vật qua vị trí cân bằng, vị trí biên.
- Kiểm tra chiều chuyển động (qua dấu của vận tốc).
2. Phương trình của dao động điều hòa
Phương trình tổng quát mô tả dao động điều hòa: $ x = A \cos(\omega t + \varphi) $Trong đó:
- $x$: li độ dao động (m) – vị trí của vật so với vị trí cân bằng.
- $A$: biên độ (m), $A > 0$.
- $\omega$: tần số góc (rad/s), phản ánh tốc độ dao động.
- $\varphi$: pha ban đầu (rad), xác định trạng thái ban đầu của vật.
- $\omega t + \varphi$: pha dao động tại thời điểm $t$.
- Chu kỳ: $ T = \frac{2\pi}{\omega} $
- Tần số: $ f = \frac{1}{T} = \frac{\omega}{2\pi} $
Last edited by a moderator:
