Đáp án A

Sau khi thả hai vật sẽ cùng chuyển động nhanh dần đến vị trí lò xo không biến dạng (VTCB). Tại VTCB 2 vật sẽ tách nhau ra, vật 1 dao động điều hòa còn vật 2 chuyển động thẳng đều theo chiều cũ với vận tốc bằng vận tốc khi vừa tách nhau.

- Từ lúc thả vật đến lúc lò xo đến VTCB, hệ 2 vật dao động với tần số góc

 (rad/s).

- Tại VTCB 2 vật tách ra, khi đó

Vật 2 chuyển động thẳng đều với vận tốc

 cm/s.

Vật 1 dao động điều hòa với tần số góc mới

và biên độ mới 

Khi lò xo bị dãn nhiều nhất thì vật 1 đang ở biên → khoảng thời gian chuyển động của vật 2 kể từ lúc 2 vật tách nhau đến lúc lò xo giãn nhiều nhất bằng thời gian vật 1 đi từ VTCB đến biên lần đầu tiên và bằng t = T/4 = 0,4/4 = 0,1 s.

Quãng đường vật 2 đi được trong 0,1 s là

Khoảng cách hai vật khi lò xo giãn cực đại lần đầu là

∆x = 

Hướng dẫn:

Ta nhận thấy rằng, trong quá trình chuyển động đến một thời điểm nào đó vật m 2 sẽ tách khỏi vật m 1 , biến cố này chỉ làm thay đổi tần số dao động riêng của vật dao động điều hòa mà không làm thay đổi vị trí cân bằng của hệ dao động điều hòa.

Mặc khác, tại vị trí cân bằng hai vật sẽ có tốc độ cực đại, ngay sau đó vật  m 1  sẽ chuyển động chậm dần về biên, vật  m 2  thì chuyển động thẳng đều với vận tốc cực đại do đó hai vật sẽ tách ra khỏi nhau tại vị trí này.

Để đơn giản, ta có thể thay thế chuyển động của vật thành hai giai đoạn chuyển động thành phần.

Giai đoạn 1: Hai vật dao động điều hòa với biên độ A = 8 cm quanh vị trí cân bằng O từ biên về vị trí cân bằng.

+ Tần số góc dao động của hệ ω = k m 1 + m 2 = 200 1 , 25 + 3 , 75 = 2 π rad/s.

→ Khi hệ hai vật đến O, ta có v   =   v m a x   =   ω A   =   2 π . 8   =   16 π   c m / s .

Giai đoạn 1: Vật m₁ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng O, vật m₂ chuyển động thẳng đều ra xa với tốc độ v 2   =   v m a x .

+ Tần số góc của con lắc sau khi vật  m 2  tách ra khỏi  m 1   ω ' = k m 1 = 200 1 , 25 = 4 π rad/s → T = 0,5 s.

Tại vị trí vật  m 2  tách khỏi vật  m 1 , ta có x′ = 0, v′ = v_max.

→ Biên độ dao động mới của  m 1  là A 1 = v m a x ω ' = 16 π 4 π = 4 cm.

+ Lò xo giãn cực đại lần đầu tiên kể từ thời điểm hai vật tách nhau ứng với Δt = 0,25T = 0,125 s.

→ Khoảng cách giữa hai vật lúc đó là Δ x   =   x 2   –   x 1   =   v 2 Δ t   –   A 1   =   16 π . 0 , 125   –   4   =   2 π   –   4   c m .

Đáp án A

Hướng dẫn:

Độ biến dạng của lò xo tại các vị trí cân bằng tạm  x 0 = μ m g k = 0 , 5.0 , 3.10 300 = 0 , 5 c m

+ Biên độ dao động của vật trong nửa chu kì đầu tiên A 1   =   X 0   –   x 0   =   5   –   0 , 5   =   4 , 5   c m .

+ Biên độ dao động của vật trong nửa chu kì tiếp theo A 2   =   A 1   –   2 x 0   =   4 , 5   –   1   =   3 , 5   c m → sau khi đi được quãng đường 12 cm, vật đến vị trí có li độ x₂ = –0,5 cm tương ứng với nửa chu kì thứ hai.

→ Tốc độ của vật tại vị trí vật đi được quãng đường S = 12 cm kể từ lúc thả.

v = ω A 2 2 − x 2 2 = 300 0 , 3 3 , 5 2 − 0 , 5 2 = 109 , 54 c m

Đáp án B

Đáp án C

Phương pháp: Sử dụng công thức tính độ dãn của lò xo treo thẳng đứng

Cách giải:

Biên độ ban đầu : 

Đáp án D

+ Tại thời điểm ban đầu ta có 

+ Đưa vật tới vị trí lò xo giãn 20 cm thì có thêm vật  gắn vào m 1 nên khi đó ta sẽ có VTCB mới O’ dịch xuống dưới so với O 1 đoạn bằng:

.

+ Tại vị trí đó người ta thả nhẹ cho hệ chuyển động nên: 

+ Khi về đến O thì  m 2  tuột khỏi  m 1  khi đó hệ chỉ còn lại  m 1 dao động với VTCB O, gọi biên độ khi đó là A 1 .

+ Vận tốc tại điểm O tính theo biên độ A’ bằng vận tốc cực đại của vật khi có biên độ là  A 1

+ Biên độ dao động của m 1  sau khi  m 2 tuột là:

Đáp án D

+ Tại thời điểm ban đầu ta có ∆ l 0   =   10   c m

+ Đưa vật tới vị trí lò xo giãn 20 cm thì có thêm vật m2  = 0,25m₁   gắn vào m₁ nên khi đó ta sẽ vó VTCB mới O’ dịch xuống dưới so với O 1 đoạn bằng:

+ Khi về đến O thì m₂ tuột khỏi m₁ khi đó hệ chỉ còn lại m₁ dao động với VTCB O, gọi biên độ khi đó là A₁.

+ Vận tốc tại điểm O tính theo biên độ A’ bằng vận tốc cực đại của vật khi có biên độ là A₁

+ Biên độ dao động của m₁ sau khi m₂ tuột là:  A 1   =   20 10 10 0 . 1   =   2 10   ≈ 6 , 32   c m