Trong các hiện tượng cộng hưởng sau hiện tượng nào có lợi

Câu hỏi

Nhận biết

Hiện tượng cộng hưởng là gì? Nêu điều kiện để có cộng hưởng. Cho ví dụ?

Tải trọn bộ tài liệu tự học tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12 nâng cao
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 12
• Giải Vật Lí Lớp 12
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 12 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 12 – Bài 11: Dao động cưỡng bức cộng hưởng [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Lời giải:

Các lực tác dụng lên vật trong dao động cưỡng bức là:

Ngoại lực tuần hoàn, trọng lực, lực đàn hồi, lực ma sát, lực cản của môi trường.

Lời giải:

* Sự cộng hưởng là hiện tượng xảy ra trong dao động cưỡng bức khi một vật dao động được kích thích bởi một ngoại lực tuần hoàn có cùng tần số với dao động riêng của nó làm cho biên độ dao động cưỡng bức tăng một cách đột ngột.

Khi đó: f = f0 hay ω = ω0 hay T = T0. Với f, ω, T và f0, ω0, T0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của hệ dao động. Biên độ của cộng hưởng phụ thuộc vào lực ma sát, biên độ của cộng hưởng lớn khi lực ma sát nhỏ và ngược lại.

* Sự cộng hưởng có lợi và cũng có hại.

+ Hiện tượng cộng hưởng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ như chế tạo tần số kế, lên dây đàn…

+ Trong một số trường hợp, hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn đến kết quả làm gãy, vỡ các vật bị dao động cưỡng bức.

Lời giải:

+ Dao động cưỡng bức được xảy ra dưới tác dụng của một ngoại lực có tần số góc Ω, khi ổn định, dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức.

+ Dao động duy trì cũng được xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực, nhưng ngoại lực ở đây được điều khiển để có tần số góc ω bằng tần số góc ω0 của dao độg riêng của hệ.

A. Pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

B. Biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

C. Hệ số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật.

D. Hệ số lực cản [của ma sát nhớt] tác dụng lên vật dao động.

Lời giải:

Chọn A

+ Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu biên độ ngoại lực [cường độ lực] tăng và ngược lại.

+ Biên độ của dao động cưỡng bức giảm nếu lực cản môi trường tăng và ngược lại.

+ Biên độ của dao động cưỡng bức tăng nếu độ chênh lệch giữa tần số của ngoại lực và tần số dao động riêng giảm.

Lời giải:

Xe bị rung nhất khi chu kỳ dao động riêng của khung xe trên các lò xo [cộng hưởng] bằng chu kỳ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên khung.

Triêng = 1,5s = Tngoại lực = d/v

Vận tốc của xe khi đó là: v = d/Triêng = 8/1,5 = 16/3 m/s = 19,2 km/h

Hiện tượng cộng hưởng là một phần không thể thiếu của Vật lý 12, xuất hiện khá nhiều trong các bài kiểm tra, thi tốt nghiệp THPT. Vậy, hiện tượng cộng hưởng là gì? Xảy ra khi nào? Ứng dụng ra sao? Cùng tìm hiểu các nội dung thông tin có trong bài viết dưới đây.

Hiện tượng cộng hưởng là gì?

Cộng hưởng là hiện tượng biên độ giao động cưỡng bức tăng đột ngột đến một giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động. Cộng hưởng có thể xảy ra trong nhiều loại dao động như dao động điện từ, dao động cơ học. Khi có sự cộng hưởng thì biên độ dao động đạt giá trị cực đại.

Hiện tượng cộng hưởng là gì?

=> Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi f=f0 hay nói cách khác, điều kiện của sự cộng hưởng đó là f=f0.

Hiện tượng khuếch tán là gì? Giải thích và cho ví dụ

Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi nào?

Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi một hệ thống có thể lưu trữ và truyền năng lượng giữa các chế độ lưu trữ khác nhau. Ví dụ như động năng hoặc thế năng mà bạn thường thấy với một con lắc đơn giản. Đa số, các hệ thống có một tần số cộng hưởng và nhiều tần số hài có biên độ thấp dẫn khi chúng di chuyển ra khỏi trung tâm.

Để tạo ra hiện tượng cộng hưởng thì ta phải:

• Giữ nguyên R, L, C và thay đổi tần số của nguồn bức

• Giữ nguyên tần số và nguồn cưỡng bức thay đổi tần số dao động riêng của mạch bằng cách thay đổi L hoặc C. Thông thường, người ta sẽ thay đổi L của cuộn cảm rất khó thực hiện nên rất ít người sử dụng phương pháp thay đổi L.

Mạch cộng hưởng là khi cường độ dòng điện chạy trong mạch đạt đến giá trị cực đại khi đó:

Trong đó:

• U: Là hiệu điện thế hiệu dụng được đặt vào 2 đầu mạch

• : Là tổng trở đặt giá trị cực tiểu của mạch.

Các hiện tượng cộng hưởng phổ biến hiện nay

Hiện tượng cộng hưởng cơ học

Cộng hưởng cơ học được hiểu là xu hướng của một hệ thống cơ học, đáp ứng biên độ lớn hơn khi tần số dao động cơ học phù hợp với tần số dao động tự nhiên của hệ thống so với các tần số khác.

Dòng điện cảm ứng là gì? Cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng

Hiện tượng cộng hưởng cơ học

Tần số cộng hưởng của lò xo sẽ được tính theo công thức: NSO = 12XKNS

Trong đó:

• m: Là khối lượng của lò xo

• k: Là hằng số lò xo

Hiện tượng cộng hưởng âm thanh

Hiện tượng cộng hưởng âm thành là khi hệ thống âm thanh khuếch đại sóng âm có tần số trùng với một trong số các tần số dao động tự nhiên của hệ thống âm thanh.

Cộng hưởng âm thanh là một phần rất quan trọng đối với những người chế tạo nhạc cụ. Bởi, các nhạc cụ âm thanh như chiều dài của ống trong ống sáo, dây và thân của đàn violin và hình dạng của màng trống đều sử dụng tới bộ cộng hưởng. Cộng hưởng âm thanh cũng giữ vai trò quan trọng đối với thính giác của con người.

Hiện tượng cộng hưởng điện

Trong một đoạn mạch, khi cảm kháng bằng nhau thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện. Tần số cộng hưởng trong mạch LC được cho bởi công thức: = 1LC

Phương pháp giải các bài tập về hiện tượng cộng hưởng điện:

• Điều kiện: Zn = Zc ⇔ L = 1C⇔ LC2 = 1

• Cường độ dòng điện trong mạch cực đại khi Imax = UZmin = UR = URR

• Điện áp hiệu dụng: UL = UC => UR = U; P = Pmax = U2R

• Điện áp và cường độ dòng điện phải cùng pha [ nghĩa là φ = 0 ]

• Hệ số công suất cực đại sẽ là: cosφ = 1

Phản xạ là gì hãy lấy vài ví dụ về phản xạ

Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng trong đời sống

Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng

Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng nhiều trong cuộc sống, phải kể đến như:

• Những người lính khi hành quân trên cây cầu có nhịp dài luôn được khuyên là nên bẻ bước. Sự di chuyển nhẹ nhàng giúp họ tạo ra các dao động có biên độ lớn nguy hiểm trong cấu trúc cầu.

• Khi làm nóng và nấu chín thức ăn bằng lò vi sóng, sóng tạo ra trong loại lò này có bước sóng 12 cm, tần số 3450 MHz. Ở mức tần số này, các sóng sẽ được hấp thụ để cộng hưởng các phân tử chất béo trong thức ăn rồi làm nóng và nấu chín.

• Cú xoay là minh chứng rõ nét nhất về hiện tượng cộng hưởng cơ học. Nó tương tự như việc một con lắc với tần số riêng sẽ phụ thuộc vào chiều dài của nó. Nếu như một loạt các lực đẩy này đều đặn được thực hiện cho xích đu, chuyển động của nó có thể được tạo ra rất lớn còn khi không đều thì xích đu sẽ rất khó rung.

• Quay radio ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng điện mà bạn dễ dàng bắt gặp trong cuộc sống. Khi xoay núm của một đài để điều chỉnh độ dài, chúng ta sẽ phải thay đổi tần số riêng mạch điện của máy thu sao cho nó bằng tần số truyền của đài. Khi hai tần số khớp với nhau thì sự hấp thụ năng lượng là cực đại và đây cũng chính là trạm duy nhất mà chúng ta sẽ nghe thấy.

Mong rằng, nội dung thông tin có trong bài viết dưới đây về hiện tượng cộng hưởng sẽ giúp ích bạn trong việc giải các bài tập ứng dụng. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào cần được giải đáp, quý bạn đọc hãy comment phía dưới, ruaxetudong.org sẽ hỗ trợ bạn nhanh chóng.

Video liên quan

Khi giải bài toán về hiện tượng cộng hưởng bạn cần phải nắm vững khái niệm cũng như điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp chi tiết cho bạn và bài tập để giúp các bạn tự luyện! Hãy cùng theo dõi nhé! 

Khái niệm hiện tượng cộng hưởng là gì?

Là hiện tượng ngoại lực hoặc một hệ dao động ép một hệ khác xung quanh nó dao động với biên độ lớn hơn ở một tần số hoạt động xác định.

Ví dụ nhạc cụ:

Những ví dụ tốt nhất về sự cộng hưởng có thể được quan sát thấy trong các loại nhạc cụ xung quanh chúng ta. Bất cứ khi nào bất kỳ người nào đánh, đánh, dàn, trống hoặc chỉnh sửa bất kỳ nhạc cụ nào, nhạc cụ đó sẽ được thiết lập dao động hoặc rung theo tần số rung tự nhiên của nhạc cụ đó.

Một dạng sóng dừng duy nhất xác định mỗi tần số dao động là một công cụ cụ thể. Các tần số tự nhiên này của một nhạc cụ được biết đến rộng rãi như là các sóng hài của một nhạc cụ cụ thể. Nếu một vật hoặc dụng cụ liên kết thứ hai dao động hoặc dao động với tần số xác định thì vật thứ nhất có thể dao động với tần số cao hơn tần số điều hòa riêng của nó. Hiện tượng được nêu trên chính là cộng hưởng.

Giải đáp: “Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi nào?”

Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi một hệ thống có thể lưu trữ và dễ dàng truyền năng lượng giữa các chế độ lưu trữ khác nhau, chẳng hạn như động năng hoặc thế năng như bạn thường thấy với một con lắc đơn giản. Hầu hết các hệ thống có một tần số cộng hưởng và nhiều tần số hài có biên độ thấp dần khi chúng di chuyển ra khỏi trung tâm.

Các loại hiện tượng cộng hưởng

Có nhiều loại cộng hưởng, và chúng là:

Hiện tượng cộng hưởng cơ học

Cộng hưởng cơ học có thể được định nghĩa là xu hướng của một hệ thống cơ học đáp ứng biên độ lớn hơn khi tần số dao động của nó phù hợp với tần số dao động tự nhiên của hệ thống (tần số cộng hưởng hoặc tần số cộng hưởng của nó) so với các tần số khác. Tần số cộng hưởng của lò xo được tính theo công thức: NSO=12XKNS

Trong đó:

• m là khối lượng của lò xo

• k là hằng số lò xo

Cộng hưởng cơ học có thể tạo ra rung động đủ mạnh để phá hủy đối tượng mà chúng xảy ra. Ví dụ, người lính diễu hành qua một cây cầu có thể thiết lập các rung động cực mạnh ở tần số tự nhiên của cây cầu và khiến nó rung chuyển. Vì lý do này, những người lính phá vỡ bước để đi qua một cây cầu. Vào năm 1940, gió giật ở Puget Sound Narrows, Tacoma, Washington khiến cho một cây cầu treo rung chuyển với tần số tự nhiên và cây cầu bị sập.

Hiện tượng cộng hưởng âm thanh

Cộng hưởng âm thanh là hiện tượng mà hệ thống âm thanh khuếch đại sóng âm có tần số trùng với một trong các tần số dao động tự nhiên của chính hệ thống âm thanh. Cộng hưởng âm thanh là một cân nhắc rất quan trọng đối với các nhà chế tạo nhạc cụ. Vì hầu hết các nhạc cụ âm thanh như chiều dài của ống trong ống sáo, dây và thân của đàn violin và hình dạng của màng trống đều sử dụng bộ cộng hưởng. Cộng hưởng âm thanh cũng rất quan trọng đối với thính giác của con người.

Hiện tượng cộng hưởng điện

Trong một đoạn mạch khi cảm kháng và cảm kháng bằng nhau thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện. Tần số cộng hưởng trong mạch LC được cho bởi công thức: =1LC

Phương pháp giải bài tập hiện tượng cộng hưởng điện: 

• Điều kiện:

  Z

  n

  =

  Z

  c

  ⇔

  L

  =

  1

  C

  ⇔ LC

  2

  =1

• Cường độ dòng điện trong mạch cực đại:

  I

  max

  =

  U

  Z

  min

  =

  U

  R

  =

  U

  R

  R

• Điện áp hiệu dụng:

  U

  L

  =

  U

  C

  =>

  U

  R

  = U; P=

  P

  max

  =

  U

  2

  R

• Điện áp và cường độ dòng điện cùng pha ( nghĩa là φ = 0 )

• Hệ số công suất cực đại là: cosφ = 1

Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng trong cuộc sống

Chúng ta bắt gặp nhiều ví dụ về sự cộng hưởng trong cuộc sống hàng ngày.

• Cú xoay là một ví dụ điển hình về hiện tượng cộng hưởng cơ học. Nó giống như một con lắc với tần số riêng phụ thuộc vào chiều dài của nó. Nếu một loạt các lực đẩy đều đặn được thực hiện cho xích đu, chuyển động của nó có thể được tạo ra rất lớn. Nếu đẩy không đều, xích đu sẽ khó rung.

• Những người lính cột khi hành quân trên cây cầu có nhịp dài được khuyên nên bẻ bước. Sự di chuyển nhịp nhàng của họ có thể tạo ra những dao động có biên độ lớn nguy hiểm trong cấu trúc cầu.

• Quay radio là ví dụ tốt nhất về hiện tượng cộng hưởng điện. Khi chúng ta xoay núm của một đài để điều chỉnh một đài, chúng ta đang thay đổi tần số riêng của mạch điện của máy thu sao cho nó bằng tần số truyền của đài. Khi hai tần số khớp với nhau, sự hấp thụ năng lượng là cực đại và đây là trạm duy nhất chúng ta nghe thấy.

• Một ví dụ điển hình khác của sự cộng hưởng là việc làm nóng và nấu chín thức ăn một cách hiệu quả và đồng đều bằng lò vi sóng. Sóng tạo ra trong loại lò này có bước sóng 12 cm, tần số 3450 MHz. Ở tần số này, các sóng được hấp thụ để cộng hưởng bởi người ăn và các phân tử chất béo trong thức ăn, làm nóng chúng và nấu chín thức ăn.

Một số bài tập về hiện tượng cộng hưởng điện

Về phần hiện tượng cộng hưởng các bài tập trọng tâm thường rơi vào phần cộng hưởng điện; và dưới đây là một số bài tập minh họa!

Bài tập 1

Đề bài: Đặt điện áp u = 200√2cos100πt (V) vào hai đầu một điện trở thuần 100Ω . Công suất tiêu thụ của điện trở là bao nhiêu?

1. 800W

     B. 200W 

   C. 300W

     D. 400W

Lời giải: 

Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần (hoặc đoạn mạch xoay chiều có cộng hưởng điện):

Pmax= U2R= 400W

Bài tập 2

Đề bài: Đặt điện áp u = 200cos100πt (V) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở 100 Ω, cuộn cảm thuần và tụ điện mắc nối tiếp. Biết trong đoạn mạch đó có cộng hưởng điện. Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong đoạn mạch bằng bao nhiêu?

1. 2√2 A

     B. √2 A 

   C. 2 A 

   D. 1A

Lời giải: 

Khi đoạn mạch xảy ra cộng hưởng Z = R

→ Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là ICH= IMax= UR=1002100= 2

Bài tập 3

Đề bài: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi và tần số góc ω thay đổi được vào hai đầu đoạn mạch gồm có điện trở R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp nhau. Điều kiện để cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại là

1. 2

   LC=R

   B.

   2

   LC=1

2. 2

   = R

   D.

   LC=1

Lời giải:

Dòng điện hiệu dụng trong mạch cực đại khi xảy ra cộng hưởng là ZL= ZC

2LC=1

Bài tập 4

Đặt điện áp xoay chiều vào trong hai đầu đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Khi trong đoạn mạch có cộng hưởng điện thì điện áp giữa hai đầu đoạn mạch sẽ

1. lệch pha

   90

   o

   so với cường độ dòng điện ở trong mạch.

2. trễ pha

   60

   o

   so với dòng điện trong mạch.

3. cùng pha với cường độ dòng điện ở trong mạch.

4. sớm pha

   30

   o

   so với cường độ dòng điện ở trong mạch.

Lời giải: Đoạn mạch có cộng hưởng thì u, i cùng pha.

Hy vọng với những kiến thức mà mayvesinhmienbac.com.vn vừa chia sẻ sẽ giúp bạn hiểu hơn về hiện tượng cộng hưởng. Chúc các bạn luôn học tập thật tốt và đừng quên đồng hành cùng chúng tôi mỗi ngày để cập nhật thêm những bài học bổ ích nữa nhé!