Dao động cưỡng bức không có đặc điểm này: Đáp án A đúng

Câu hỏi: Dao động cưỡng bức không có đặc điểm này:

• A. Tồn tại hai tần số trong một dao động.
• B. Có biên độ không đổi.
• C. Chịu tác dụng của ngoại lực tuần hoàn.
• D. Có thể điều chỉnh để xảy ra cộng hưởng.

Đáp án đúng là A. Tồn tại hai tần số trong một dao động. Ở trạng thái ổn định, dao động cưỡng bức chỉ có một tần số duy nhất là tần số của ngoại lực tuần hoàn, nên đây là đặc điểm mà nó không có. Ba phương án còn lại đều là tính chất thật của dao động cưỡng bức.

Vì sao đáp án A đúng

Dao động cưỡng bức ổn định chỉ có một tần số, đúng bằng tần số của ngoại lực tuần hoàn, nên nói “tồn tại hai tần số trong một dao động” là sai.

Dao động cưỡng bức hình thành khi hệ chịu tác dụng của ngoại lực biến đổi điều hòa theo thời gian, chẳng hạn F = F₀cos(Ωt). Sau một khoảng thời gian quá độ, dao động riêng của hệ tắt dần và hệ chuyển sang trạng thái ổn định, khi đó li độ có dạng x = A.cos(Ωt + φ). Biểu thức này chỉ chứa một tần số góc Ω — chính là tần số của ngoại lực. Tần số riêng f₀ của hệ không xuất hiện trong phương trình dao động ổn định; nó chỉ đóng vai trò là tham số quyết định biên độ A lớn hay nhỏ thông qua độ lệch giữa f và f₀.

Cần phân biệt rõ: “hệ có tần số riêng f₀” khác với “dao động có hai tần số”. Một vật luôn có tần số riêng, nhưng khi bị cưỡng bức ở trạng thái ổn định thì nó chỉ dao động với tần số của ngoại lực. Trong giai đoạn quá độ ngắn ban đầu, chuyển động đúng là tổng hợp của dao động riêng (tắt dần) và dao động cưỡng bức, nhưng thành phần riêng mất đi nhanh, nên đây không phải đặc điểm bền vững của dao động cưỡng bức. Đề bài hỏi đặc điểm của dao động cưỡng bức nói chung, vì vậy phương án A là phương án không đúng.

Vì sao các phương án B, C, D không được chọn

Ba phương án này đều mô tả tính chất có thật của dao động cưỡng bức, nên không thể là “đặc điểm không có”.

• B. Có biên độ không đổi: đúng với điều kiện hệ đã đạt trạng thái ổn định. Khi biên độ và tần số của ngoại lực không đổi thì biên độ dao động cưỡng bức giữ nguyên, không tăng không giảm theo thời gian. Biên độ này phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực và mức chênh lệch giữa tần số ngoại lực với tần số riêng, và không phụ thuộc vào cách kích thích ban đầu.
• C. Chịu tác dụng của ngoại lực tuần hoàn: đây chính là định nghĩa. Không có ngoại lực tuần hoàn thì chỉ có dao động riêng hoặc dao động tắt dần, không có dao động cưỡng bức.
• D. Có thể điều chỉnh để xảy ra cộng hưởng: đúng. Thay đổi tần số của ngoại lực sao cho f = f₀ thì biên độ đạt cực đại — đó là hiện tượng cộng hưởng. Đây là ứng dụng quan trọng, đồng thời là điều cần tránh trong thiết kế cầu, tòa nhà.

Phương án dễ nhầm nhất là B, vì “biên độ không đổi” chỉ đúng khi đã ổn định; nếu xét cả giai đoạn quá độ thì biên độ còn thay đổi. Tuy vậy, so với A — một phát biểu sai về bản chất tần số — thì B vẫn là đặc điểm đúng của dao động cưỡng bức ở trạng thái ổn định.

Hệ thống kiến thức liên quan

Dao động cưỡng bức là dao động gây ra bởi ngoại lực biến thiên điều hòa theo thời gian. Ba đặc điểm cần nhớ:

• Tần số dao động cưỡng bức luôn bằng tần số của ngoại lực điều hòa, không phụ thuộc tần số riêng của hệ.
• Biên độ phụ thuộc biên độ ngoại lực và độ chênh lệch |f − f₀|; càng gần cộng hưởng biên độ càng lớn, và biên độ không phụ thuộc vào điều kiện ban đầu.
• Cộng hưởng xảy ra khi f = f₀, biên độ đạt giá trị cực đại; ma sát càng nhỏ thì cộng hưởng càng nhọn.

Phân biệt nhanh bốn loại dao động thường gặp: dao động riêng diễn ra với tần số riêng f₀; dao động tắt dần có biên độ giảm dần do ma sát; dao động duy trì được bù năng lượng đúng nhịp để giữ biên độ và tần số f₀; dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số ngoại lực.

Mẹo ghi nhớ và cách nhận diện nhanh

Chốt một câu: dao động cưỡng bức “mượn” tần số của ngoại lực, nên chỉ có một tần số.

Khi gặp câu hỏi dạng “không có đặc điểm này”, hãy quét các phương án chứa cụm định lượng dễ sai: “hai tần số”, “tần số bằng tần số riêng”, “biên độ tăng mãi”. Với dao động cưỡng bức ổn định, phương án nào khẳng định có hai tần số trong cùng một dao động đều là phương án cần chọn. Ngược lại, các phương án nhắc tới ngoại lực tuần hoàn, biên độ ổn định và cộng hưởng đều là tính chất đúng, dùng để loại trừ.