Môn Lý - Lớp 12
40 bài tập Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số - Phương pháp giản đồ Frenen mức độ vận dụng
Câu hỏi
Cho \({x_1} = {A_1}{\rm{cos}}\left( {\omega t + {\pi \over 3}} \right)(cm)\) và \({x_2} = {A_2}{\rm{cos}}\left( {\omega t - {\pi \over 4}} \right)(cm)\) là hai phương trình của hai dao động điều hòa cùng phương. Biết phương trình của dao động tổng hợp là \(x = 5c{\rm{os}}\left( {\omega t + \varphi } \right)(cm)\) . Để tổng biên độ của các dao động thành phần (A1 + A2) cực đại thì φ có giá trị là:
- A π/6
- B π/24
- C 5π/12
- D π/12
Phương pháp giải:
Sử dụng giản đồ vecto và định lí hàm số sin trong tam giác
Lời giải chi tiết:
- Phương trình dao động của x; x1; x2:
\(\left\{ \matrix{
x = 5\cos \left( {\omega t + \varphi } \right) \hfill \cr
{x_1} = {A_1}\cos \left( {\omega t + {\pi \over 3}} \right) \hfill \cr
{x_2} = {A_2}\cos \left( {\omega t - {\pi \over 4}} \right) \hfill \cr} \right.\)
Suy ra :
+ Độ lệch pha giữa x và x1 là : \({\pi \over 3} - \varphi \)
+ Độ lệch pha giữa x và x2 là : \(\varphi + {\pi \over 4}\)
+ Độ lệch pha giữa x1 và x2 là : \({\pi \over 3} - \left( { - {\pi \over 4}} \right) = {{7\pi } \over {12}}\)
=> Ta có giản đồ vecto :
- Áp dụng định lí hàm số sin trong tam giác ta có:
\(\eqalign{
& {A \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}} = {{{A_1}} \over {\sin (\varphi + {\pi \over 4})}} = {{{A_2}} \over {\sin ({\pi \over 3} - \varphi )}} \to \left\{ \matrix{
{A_1} = {{A\sin \left( {\varphi + {\pi \over 4}} \right)} \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}} \hfill \cr
{A_2} = {{A\sin \left( {{\pi \over 3} - \varphi } \right)} \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}} \hfill \cr} \right. \cr
& \to {A_1} + {A_2} = {{A\sin \left( {\varphi + {\pi \over 4}} \right)} \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}} + {{A\sin \left( {{\pi \over 3} - \varphi } \right)} \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}} = {A \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}}\left[ {\sin \left( {\varphi + {\pi \over 4}} \right) + \sin \left( {{\pi \over 3} - \varphi } \right)} \right] \cr} \)
- Có : \(sina + sinb{\rm{ }} = 2\sin {{a + b} \over 2}.c{\rm{os}}{{a - b} \over 2} \Rightarrow \sin \left( {\varphi + {\pi \over 4}} \right) + \sin \left( {{\pi \over 3} - \varphi } \right) = 2\sin {{7\pi } \over {24}}c{\rm{os}}\left( {\varphi - {\pi \over {24}}} \right)\)
\( \Rightarrow {A_1} + {A_2} = 2A{{\sin {{7\pi } \over {24}}} \over {\sin {{5\pi } \over {12}}}}.c{\rm{os}}\left( {\varphi - {\pi \over {24}}} \right)\)
Để [A1 + A2] đạt cực đại thì: \({\left[ {c{\rm{os}}\left( {\varphi - {\pi \over {24}}} \right)} \right]_{{\rm{max}}}} = 1 \Rightarrow \varphi - {\pi \over {24}} = k2\pi \Rightarrow \varphi = {\pi \over {24}}\)
Chọn B