Dao động cưỡng bức không có đặc điểm nào? Đáp án chuẩn

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. Khi đã ổn định, hệ dao động cưỡng bức chỉ chuyển động với duy nhất một tần số bằng tần số của ngoại lực tuần hoàn, đồng thời biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của lực tác dụng.

Vì sao phương án A là đặc điểm không chính xác của dao động cưỡng bức?

Phương án A sai khi mô tả bản chất dao động cưỡng bức vì trong giai đoạn ổn định, hệ chỉ thực hiện dao động với đúng một tần số xác định. Tần số dao động cưỡng bức luôn bằng tần số f của ngoại lực tuần hoàn kích thích, chứ không có hiện tượng cùng lúc tồn tại hai tần số khác nhau trong phương trình chuyển động của vật.

Hệ dao động ban đầu có tần số riêng f₀ đặc trưng cho cấu tạo cơ học của chính nó. Tuy nhiên, khi chịu ngoại lực biến thiên điều hòa F = F₀cos(2πft), hệ bị ép buộc phải tuân theo nhịp điệu của lực ngoài. Trạng thái dao động thiết lập chỉ mang một tần số duy nhất là f. Việc nhầm lẫn giữa sự hiện diện của hai đại lượng tần số độc lập (tần số riêng f₀ của hệ và tần số f của ngoại lực) với việc có hai tần số đồng thời trong một dao động là nguyên nhân khiến nhận định A không đúng.

Phân tích tính đúng đắn của các phương án còn lại

Các phương án B, C và D đều phản ánh chính xác các tính chất nhiệt học và cơ học của dao động cưỡng bức:

• Phương án B đúng: Sau giai đoạn chuyển tiếp ban đầu, hệ bước vào trạng thái dừng ổn định. Khi các thông số ngoại cảnh không đổi, biên độ dao động cưỡng bức được duy trì hoàn toàn cố định theo thời gian nhờ sự bù đắp năng lượng đều đặn từ ngoại lực để triệt tiêu ma sát.
• Phương án C đúng: Đây là bản chất định nghĩa nền tảng. Dao động cưỡng bức bắt buộc phải chịu tác dụng liên tục từ một ngoại lực tuần hoàn hoặc biến thiên điều hòa theo thời gian nhằm duy trì chuyển động.
• Phương án D đúng (phương án dễ gây băn khoăn nhất): Người làm thí nghiệm hoàn toàn có thể chủ động thay đổi tần số f của lực cưỡng bức. Khi điều chỉnh f tiến lại gần và bằng tần số riêng f₀ của hệ cơ học, biên độ dao động sẽ tăng nhanh chóng đạt giá trị cực đại, tạo ra hiện tượng cộng hưởng cơ.

Hệ thống kiến thức trọng tâm về dao động cưỡng bức

Để xử lý chính xác các câu hỏi lý thuyết về dạng chuyển động này, học sinh cần nắm vững các quy tắc cốt lõi sau:

• Định nghĩa: Dao động cưỡng bức là dao động xảy ra dưới tác dụng liên tục của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
• Quy luật tần số: Tần số của dao động cưỡng bức luôn luôn bằng tần số của ngoại lực, không phụ thuộc vào tần số riêng f₀ khi hệ đã ở trạng thái ổn định.
• Yếu tố chi phối biên độ: Biên độ A của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực F₀, lực cản của môi trường và độ chênh lệch giữa tần số ngoại lực f với tần số riêng f₀. Ngược lại, biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào pha ban đầu của ngoại lực.
• Hiện tượng cộng hưởng: Xảy ra khi tần số ngoại lực xấp xỉ hoặc bằng tần số riêng (f ≈ f₀). Lúc này biên độ dao động đạt giá trị cực đại dù biên độ của ngoại lực tác dụng ban đầu có thể rất nhỏ.

Mẹo nhận diện nhanh câu hỏi về tần số dao động cưỡng bức

Khi gặp các câu hỏi trắc nghiệm về đặc điểm dao động cưỡng bức, hãy ghi nhớ nguyên tắc một dao động – một tần số. Một vật chuyển động ổn định chỉ sở hữu một tần số duy nhất bằng tần số ngoại lực cưỡng bức. Bất kỳ phương án nào phát biểu hệ có hai tần số, dao động theo tần số riêng, hoặc tần số biến thiên liên tục đều là nhận định sai cần chọn khi đề bài yêu cầu tìm đặc điểm không có.