Pha dao động là gì? Đáp án và giải thích chi tiết

Câu hỏi: Xét tính đúng sai của các phát biểu sau về 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: Đúng, Đúng, Đúng, Đúng. Cả bốn phát biểu đều là định nghĩa chuẩn của pha của dao động được dùng để xác định vị trí và chiều chuyển động, cùng các đại lượng đặc trưng biên độ, chu kỳ, tần số trong dao động điều hòa.

Vì sao cả bốn phát biểu đều đúng

Cả bốn phát biểu khớp với định nghĩa chuẩn trong sách giáo khoa Vật lý về dao động điều hòa, nên không có phát biểu nào sai.

Với phát biểu a, dao động điều hòa có phương trình x = A·cos(ωt + φ). Đại lượng (ωt + φ) chính là pha dao động tại thời điểm t. Pha quyết định cả vị trí (giá trị x) lẫn chiều chuyển động, vì chiều chuyển động phụ thuộc dấu của vận tốc v = −A·ω·sin(ωt + φ). Hai vật có cùng li độ nhưng khác pha sẽ chuyển động ngược chiều nhau.

Với phát biểu b, biên độ A là độ lệch lớn nhất của vật so với vị trí cân bằng. Vật đi từ vị trí cân bằng ra biên rồi quay lại, nên khoảng cách xa nhất khỏi vị trí cân bằng đúng bằng A.

Với phát biểu c và d, chu kỳ T là thời gian thực hiện một dao động toàn phần, tần số f là số dao động toàn phần trong một giây. Hai đại lượng này liên hệ bằng công thức f = 1/T, với T tính bằng giây (s) và f tính bằng héc (Hz).

Những điểm dễ nhầm khi xét các phát biểu

Dạng đề đúng/sai nhiều ý thường không có phương án nhiễu, nhưng người học dễ đánh dấu sai vì lẫn khái niệm. Các lỗi hay gặp:

• Lẫn pha với li độ: pha là góc (ωt + φ) trong hàm cosin, còn li độ x là tọa độ của vật. Pha cho biết trạng thái dao động, li độ chỉ cho biết vị trí.
• Lẫn biên độ với quãng đường: trong một chu kỳ vật đi được quãng đường 4A, nhưng biên độ vẫn chỉ là A. Không được thay quãng đường bằng biên độ.
• Lẫn chu kỳ với tần số: chu kỳ đo bằng giây, tần số đo bằng héc. Cùng một dao động nhưng hai đại lượng nghịch đảo nhau, viết nhầm đơn vị là sai bản chất.
• Hiểu sai “độ dịch chuyển cực đại”: đây là độ lệch khỏi vị trí cân bằng, không phải tổng quãng đường vật đã đi.

Hệ thống kiến thức liên quan

Bốn phát biểu trong đề phủ đúng bốn đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa, nắm chắc bốn đại lượng này là xử lý được phần lớn câu hỏi lý thuyết.

• Pha dao động (ωt + φ): xác định trạng thái dao động tại thời điểm t gồm vị trí và chiều chuyển động. Tại t = 0, pha bằng φ, gọi là pha ban đầu.
• Biên độ A: độ lệch cực đại khỏi vị trí cân bằng, luôn dương.
• Chu kỳ T: thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần, đơn vị giây (s).
• Tần số f: số dao động toàn phần trong một giây, đơn vị héc (Hz), với f = 1/T.
• Tần số góc ω: tốc độ biến thiên của pha, đơn vị rad/s, với ω = 2π/T = 2πf.

Phân biệt rõ ý nghĩa vật lý của từng đại lượng và mối liên hệ giữa chúng là cách xác định tính đúng sai của mỗi mệnh đề chính xác.

Mẹo ghi nhớ nhanh

Nhớ theo chuỗi bốn từ khóa: pha – vị trí và chiều; biên độ – xa nhất khỏi cân bằng; chu kỳ – thời gian một vòng; tần số – số vòng mỗi giây. Khi gặp phát biểu lý thuyết, đối chiếu từng từ khóa với định nghĩa, tránh đọc lướt theo cảm giác.