Câu hỏi: Khi nói về dao động, hãy xét tính đúng/sai của các mệnh đề sau:
- a) Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động của vật dao động được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau.
- b) Dao động là sự chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng.
- c) Pha ban đầu φ là đại lượng xác định vị trí của vật dao động ở thời điểm t = 0.
- d) Dao động điều hoà được coi như hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo.
Đáp án đúng là a, c, d. Ba mệnh đề này phát biểu đúng định nghĩa dao động tuần hoàn, ý nghĩa pha ban đầu và mối liên hệ giữa dao động điều hoà với chuyển động tròn đều; mệnh đề b sai vì diễn đạt chưa chuẩn.
Vì sao a, c, d là các mệnh đề đúng
Mệnh đề a đúng vì nó nêu đúng định nghĩa: trạng thái chuyển động gồm vị trí và chiều chuyển động, và trạng thái ấy lặp lại y hệt sau những khoảng thời gian bằng nhau. Khoảng thời gian ngắn nhất để điều đó xảy ra gọi là chu kỳ T; nghịch đảo của nó là tần số f = 1/T. Con lắc đồng hồ đưa qua đưa lại quanh vị trí cân bằng là ví dụ điển hình, còn con lắc lò xo dao động điều hoà là trường hợp riêng của dao động tuần hoàn.
Mệnh đề c đúng nhờ phương trình dao động điều hoà x = A.cos(ωt + φ). Tại thời điểm t = 0, li độ là x = A.cosφ, nên φ quyết định vật xuất phát ở đâu; chiều chuyển động ban đầu thì do dấu của vận tốc v = −ωA.sinφ quyết định. Toàn bộ đại lượng (ωt + φ) gọi là pha dao động, còn φ là pha ban đầu — đại lượng đo bằng radian, có thể dương, âm hoặc bằng 0 tùy cách chọn gốc thời gian.
Mệnh đề d đúng vì đó là cách biểu diễn vectơ quay: một điểm chuyển động tròn đều trên đường tròn bán kính A với tốc độ góc ω, hình chiếu của nó xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo (thường là một đường kính) dao động điều hoà với biên độ A và tần số góc ω. Cách nhìn này giải thích vì sao chu kỳ dao động lại bằng chu kỳ quay T = 2π/ω, đồng thời cho phép dùng đường tròn lượng giác để tính nhanh thời gian vật đi qua một li độ nào đó.
Vì sao mệnh đề b không được chọn
Mệnh đề b là phương án dễ nhầm nhất, vì nó chứa nhiều từ ngữ quen thuộc của sách giáo khoa. Vấn đề nằm ở chỗ mệnh đề này dùng cụm “sự chuyển động” mà thiếu chữ “cơ”: “chuyển động” chỉ bao trùm chuyển động cơ học, trong khi dao động nói chung còn có dao động điện từ — dòng điện xoay chiều biến thiên tuần hoàn trong mạch điện hoàn toàn không phải là một vật chuyển động trong không gian. Ngoài ra, đặc điểm “lặp đi lặp lại nhiều lần” là dấu hiệu để nhận ra tính tuần hoàn, nên cụm từ đó gắn với dao động tuần hoàn chứ không dùng để định nghĩa dao động nói chung.
Điểm cần lưu ý: nếu đề viết rõ “dao động cơ” thì câu diễn đạt tương tự b lại đúng. Khi làm bài, phải đọc kỹ chủ ngữ đứng trước chữ “là” — “dao động”, “dao động cơ” hay “dao động tuần hoàn” — vì mỗi khái niệm có phạm vi khác nhau.
Hệ thống kiến thức liên quan
- Dao động cơ: vật chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng, quỹ đạo bị giới hạn trong không gian.
- Dao động tuần hoàn: trạng thái chuyển động lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau; chu kỳ T, tần số f = 1/T.
- Dao động điều hoà: trường hợp riêng, li độ biến thiên theo hàm cosin (hoặc sin) của thời gian, x = A.cos(ωt + φ).
- Các đại lượng đặc trưng: biên độ A (độ lệch lớn nhất khỏi vị trí cân bằng), tần số góc ω (rad/s), pha dao động (ωt + φ), pha ban đầu φ (rad).
- Liên hệ với chuyển động tròn đều: hình chiếu của chuyển động tròn đều lên một đường thẳng trong mặt phẳng quỹ đạo là dao động điều hoà; T = 2π/ω.
Mẹo nhớ nhanh và cách nhận diện dạng câu hỏi
Gắn mỗi khái niệm với một từ khóa riêng: “lặp lại sau khoảng thời gian bằng nhau” là dao động tuần hoàn, “hàm cos” là dao động điều hoà, “hình chiếu chuyển động tròn đều” là cách biểu diễn vectơ quay, “t = 0” là pha ban đầu. Khi gặp câu hỏi đúng/sai nhiều mệnh đề, hãy kiểm tra theo ba bước: xác định khái niệm mà mệnh đề đang định nghĩa, so chủ ngữ với phạm vi khái niệm đó, rồi mới xét chi tiết số liệu hay công thức. Bước thứ hai loại được phần lớn phương án nhiễu kiểu như mệnh đề b — sai không phải vì nội dung vật lý vô lý, mà vì đặt không đúng chỗ.
