Câu hỏi: Xét tính đúng sai của các phát biểu sau về các đại lượng cơ bản của dao động điều hòa:
- a) Pha dao động là đại lượng cho biết vật dao động đang ở đâu và chuyển động theo chiều nào.
- b) Độ dịch chuyển cực đại của vật tính từ vị trí cân bằng là biên độ.
- c) Khoảng thời gian để vật thực hiện được 1 dao động toàn phần là chu kỳ.
- d) Số dao động mà vật thực hiện được trong 1 giây là tần số.
Đáp án đúng là: a) Đúng, b) Đúng, c) Đúng, d) Đúng — cả bốn phát biểu đều đúng. Pha của dao động được dùng để xác định vị trí và chiều chuyển động của vật tại mỗi thời điểm, còn biên độ, chu kỳ, tần số lần lượt là các định nghĩa chuẩn về độ lệch cực đại, thời gian của một dao động toàn phần và số dao động trong 1 giây.
Vì sao cả bốn phát biểu đều đúng
Với ý a): trong dao động điều hòa có phương trình x = A·cos(ωt + φ), đại lượng (ωt + φ) gọi là pha dao động tại thời điểm t. Pha của dao động được dùng để xác định trạng thái dao động của vật: biết pha là suy ra ngay vị trí x = A·cos(ωt + φ) và chiều chuyển động qua dấu của vận tốc v = −Aω·sin(ωt + φ). Hai vật dao động có cùng pha thì ở cùng một trạng thái, nghĩa là cùng vị trí và cùng chiều chuyển động. Vì vậy, nói pha cho biết “vật đang ở đâu và chuyển động theo chiều nào” là hoàn toàn chính xác.
Với ý b): biên độ A là độ lệch của vật so với vị trí cân bằng, luôn là số dương. Trong suốt quá trình dao động, vật chỉ chuyển động trong khoảng từ −A đến +A quanh vị trí cân bằng, nên “độ dịch chuyển cực đại tính từ vị trí cân bằng” chính là nội dung định nghĩa của biên độ.
Với ý c): chu kỳ T là khoảng thời gian ngắn nhất để vật thực hiện một dao động toàn phần, tức trở lại trạng thái ban đầu với cùng vị trí và cùng chiều chuyển động. Chu kỳ có đơn vị là giây (s). Phát biểu c nêu đúng định nghĩa này.
Với ý d): tần số f là số dao động toàn phần vật thực hiện được trong 1 giây, đơn vị hertz (Hz). Tần số và chu kỳ liên hệ với nhau qua công thức f = 1/T: chu kỳ càng lớn thì tần số càng nhỏ và ngược lại. Phát biểu d khớp định nghĩa chuẩn của tần số.
Hệ thống kiến thức liên quan
Bốn đại lượng trong đề là bộ khái niệm nền tảng của dao động điều hòa, mỗi đại lượng đo một khía cạnh khác nhau của chuyển động:
- Pha dao động (ωt + φ): mô tả trạng thái dao động — vị trí và chiều chuyển động của vật tại thời điểm t; pha ban đầu φ cho biết trạng thái lúc t = 0.
- Biên độ A: độ dịch chuyển lớn nhất tính từ vị trí cân bằng, cho biết tầm hoạt động của dao động; A càng lớn thì dao động càng mạnh.
- Chu kỳ T: thời gian để hoàn thành một chu kỳ dao động đầy đủ và quay về trạng thái ban đầu, đo bằng giây.
- Tần số f: số dao động toàn phần thực hiện được trong một đơn vị thời gian (1 giây), đo bằng hertz, với f = 1/T.
Ngoài ra, tần số góc ω = 2π/T = 2πf cho biết tốc độ biến thiên của pha. Với hai dao động cùng tần số, người ta so sánh độ lệch pha để xét chúng cùng pha hay ngược pha. Nắm rõ ý nghĩa vật lý và mối liên hệ giữa các đại lượng này là điều kiện tiên quyết để giải các bài toán nâng cao hơn về dao động, ví dụ tìm thời điểm hai vật gặp nhau hoặc có cùng tốc độ.
Mẹo ghi nhớ và nhận diện nhanh
Mỗi đại lượng trả lời một câu hỏi riêng, đây là cách phân biệt nhanh nhất: pha — “vật đang ở đâu, đi theo chiều nào”; biên độ — “xa vị trí cân bằng nhất là bao nhiêu”; chu kỳ — “mất bao lâu cho một dao động toàn phần”; tần số — “trong 1 giây dao động được bao nhiêu lần”. Có thể nhớ thêm qua đơn vị: T tính bằng giây, f tính bằng hertz, A tính bằng mét hoặc xen-ti-mét, pha thường tính bằng ra-đian.
Với dạng đề đúng/sai, hãy để ý các cách sửa đổi thường gặp làm phát biểu trở nên sai: đổi “dao động toàn phần” thành “nửa dao động” trong định nghĩa chu kỳ; nói tần số là “số giây thực hiện một dao động” (đây là chu kỳ chứ không phải tần số); hoặc gán ý nghĩa của biên độ cho pha. Gặp cụm từ “đang ở đâu và chuyển động theo chiều nào” thì gần như chắc chắn đề đang nói về pha dao động.
Bài viết liên quan: