Câu hỏi 34

Đáp án đúng: 
Đáp án C
Câu hỏi: 

Hai chất điểm cùng khối lượng, dao động điều hòa dọc theo hai đường thẳng song song kề nhau và song song với trục tọa độ Ox, có phương trình lần lượt là \({x_1} = {A_1}cos\left( {\omega t + {\varphi _1}} \right)\) và \({x_2} = {A_2}cos\left( {\omega t + {\varphi _2}} \right)\). Gọi \(d\) là khoảng cách lớn nhất giữa hai chất điểm theo phương Ox. Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của d theo \({A_1}\) (với \({A_2},{\varphi _1},{\varphi _2}\) là các giá trị xác định). Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng. Nếu \({W_1}\) là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị \({a_1}\) và \({{\rm{W}}_2}\) là tổng cơ năng của hai chất điểm ở giá trị \({a_2}\) thì tỉ số \({{\rm{W}}_2}/{{\rm{W}}_1}\) gần nhất với kết quả nào sau đây?

Phương pháp giải : 

+ Đọc đồ thị

+ Áp dụng biểu thức tổng hợp dao động điều hòa: \({A^2} = A_1^2 + A_2^2 + 2{A_1}{A_2}cos\Delta \varphi \)

Lời giải chi tiết : 

Ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}{x_1} = {A_1}cos\left( {\omega t + {\varphi _1}} \right)\\{x_2} = {A_2}cos\left( {\omega t + {\varphi _2}} \right)\\ - {x_2} = {A_2}cos\left( {\omega t + {\varphi _2} + \pi } \right)\end{array} \right.\)

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm theo phương Ox: \(\Delta d = \left| {{x_1} - {x_2}} \right| = dcos\left( {\omega t + \varphi } \right)\)

Với \(\left\{ \begin{array}{l}\Delta \varphi  = {\varphi _1} - \left( {{\varphi _2} + \pi } \right)\\d = \sqrt {A_1^2 + A_2^2 + 2{A_1}{A_2}cos\Delta \varphi } \end{array} \right.\)

- Khi \({A_1} = 0 \Rightarrow d = {A_2} = 12cm\)

\(\begin{array}{l}{d^2} = A_1^2 + A_2^2 + 2{A_1}{A_2}cos\Delta \varphi \\ = {\left( {{A_1} + {A_2}cos\Delta \varphi } \right)^2} + A_2^2\left( {1 - co{s^2}\Delta \varphi } \right)\end{array}\)

\({d_{\min }}\) khi

\(\begin{array}{l}{A_1} + {A_2}cos\Delta \varphi  = 0 \Rightarrow {A_1} =  - {A_2}cos\Delta \varphi \\ \Leftrightarrow 9 =  - 12cos\Delta \varphi \\ \Rightarrow cos\Delta \varphi  = \dfrac{{ - 3}}{4}\end{array}\)

- Khi \(d = 10cm\), ta có \({d^2} = A_1^2 + A_2^2 + 2{A_1}{A_2}cos\Delta \varphi \)

\(\begin{array}{l} \Leftrightarrow {10^2} = A_1^2 + {12^2} + 2{A_1}.12.\left( { - \dfrac{3}{4}} \right)\\ \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}{A_1} = 15,08 = {a_2}\\{A_1} = 2,92 = {a_1}\end{array} \right.\end{array}\)

Tỉ số cơ năng:

\(\begin{array}{l}\dfrac{{{{\rm{W}}_2}}}{{{{\rm{W}}_1}}} = \dfrac{{\dfrac{1}{2}m{\omega ^2}a_2^2 + \dfrac{1}{2}m{\omega ^2}A_2^2}}{{\dfrac{1}{2}m{\omega ^2}a_1^2 + \dfrac{1}{2}m{\omega ^2}A_2^2}}\\ = \dfrac{{a_2^2 + A_2^2}}{{a_1^2 + A_2^2}} = \dfrac{{15,{{08}^2} + {{12}^2}}}{{2,{{92}^2} + {{12}^2}}} = 2,435\end{array}\)

Chọn C

Đáp án A: 

\(2,5.\)

Đáp án B: 

\(2,2.\)

Đáp án C: 

\(2,4.\)

Đáp án D: 

\(2,3.\)


Bình luận