01Kiến thức cần nhớ
1. Đường tròn lượng giác của dao động
Vẽ đường tròn tâm (vị trí cân bằng) bán kính , trục nằm ngang cùng chiều dương với trục li độ. Điểm chạy ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ góc ; góc của so với chính là pha .
- Li độ là toạ độ ngang của .
- Vận tốc : ở nửa trên () thì (vật đi sang trái, theo chiều âm); ở nửa dưới thì (đi sang phải).
- Một chu kì ứng với một vòng ; thời gian đi cung là
Các vị trí đặc biệt ứng với các góc đặc biệt: biên dương , biên âm , vị trí cân bằng (: đang đi theo chiều dương; : đang đi theo chiều âm).
Phát chậm 1,3 lần để nhìn rõ một dao động.
Kéo điểm xanh (xuất phát) và điểm cam (đến) trên đường tròn, mỗi lần nhảy 15°. Cung màu cam, quay ngược chiều kim đồng hồ, cho Δθ; thời gian là Δt = Δθ·T/2π. Bấm Chạy để điểm trắng đi hết cung, đoạn tương ứng trên đồ thị x–t tô màu cam. Dùng bàn phím: chọn điểm rồi bấm mũi tên.
2. Bảng thời gian đi giữa các mốc đặc biệt
Các mốc ứng với các góc tính từ trục . Thời gian đi giữa hai mốc gần nhau (không qua biên) cho trong bảng:
| Đi từ | đến | Cung | Thời gian |
|---|---|---|---|
Nhớ nhanh: từ vị trí cân bằng đến chỉ mất nhưng từ đến biên lại mất (gấp đôi), vì gần biên vật chạy chậm.
3. Thời gian trong một chu kì thoả điều kiện
Một điều kiện về , hoặc được đổi thành điều kiện về , rồi tô cung tương ứng trên đường tròn:
| Điều kiện | Quy về | Khoảng thời gian trong một chu kì |
|---|---|---|
| cung quanh biên dương, góc | ||
| hai cung quanh vị trí cân bằng, mỗi cung | ||
Đổi điều kiện sang bằng và .
4. Quãng đường
- Trong một chu kì: . Trong nửa chu kì: (bất kể xuất phát từ đâu).
- Trong : bằng chỉ khi xuất phát từ vị trí cân bằng hoặc từ biên. Xuất phát từ chỗ khác thì phải tính theo cung.
- Với bất kì: tách (); quãng đường là cộng quãng đường trong , tính theo li độ đầu và cuối, chú ý điểm quay đầu (biên) nằm giữa.
- Tốc độ trung bình (quãng đường chia thời gian); khác với vận tốc trung bình (độ dịch chuyển chia thời gian). Sau mỗi chu kì vận tốc trung bình bằng còn tốc độ trung bình bằng .
Quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất trong khoảng , đặt :
Lí do: khi cung đối xứng qua vị trí cân bằng (vật chạy nhanh nhất ở giữa), khi cung đối xứng qua biên (chạy chậm ở hai đầu, mỗi bên quãng ).
Giữ Δt, đổi pha xuất phát hoặc bấm “Quét pha xuất phát”: S dao động giữa S_min và S_max. S lớn nhất khi cung đối xứng qua vị trí cân bằng, nhỏ nhất khi đối xứng qua biên.
02Tóm tắt
| Nội dung | Ý chính |
|---|---|
| Đường tròn lượng giác | quay ngược kim đồng hồ, ; nửa trên , nửa dưới |
| Thời gian | |
| Mốc đặc biệt | : ; : ; : ; : |
| Quãng đường | : ; : ; , |
| Tốc độ trung bình | (khác vận tốc trung bình ) |
03Mở rộng
Tốc độ trung bình lớn nhất. Các câu khó thường hỏi "tốc độ trung bình lớn nhất trong khoảng ". Chỉ cần nhớ: cung đối xứng qua vị trí cân bằng cho , cung đối xứng qua biên cho , mọi cung xuất phát khác cho quãng đường nằm giữa hai giá trị đó. Với : nên tốc độ trung bình lớn nhất là , tức khoảng lần tốc độ trung bình cả chu kì .
Vì sao đường tròn lại cho kết quả đúng? Vì chạy đều, thời gian tỉ lệ với cung; mà hình chiếu của lên là dao động điều hoà. Không có phép xấp xỉ nào ở đây, đường tròn chỉ là bản đồ chính xác của pha.