Vui lòng download xuống để xem tài liệu đầy đủ.

Chuyên đề Vật lý 12: Sóng cơ học

Chia sẻ: | Ngày: doc 5 p | 892

8
2.582
views

Tài liệu trình bày kiến thức lý thuyết về sóng cơ học, các dạng bài tập hay gặp trong các kỳ thi giúp học sinh nâng cao kỹ năng giải bài tập Vật lý và ôn thi hiệu quả.

Chuyên đề Vật lý 12: Sóng cơ học
Nội dung Text

  1. SÓNG CƠ Đặng Hải Nam Chuyên đề: SÓNG CƠ HỌC. ÂM HỌC - Cực đại giao thoa: II. KIẾN THỨC CƠ BẢN   d − d1   d − d1  A = 2a ⇒ cos π  2  = 1 ⇔ π  2  = kπ 1. Tổng quan về sóng cơ và quá trình truyền   λ  λ sóng. 1.1 Khái niệm về sóng cơ học Vậy d 2 − d1 = kλ với k = 0, ± 1, ± 2… a) Sóng cơ học: là dao động lan truyền trong môi - Cực tiểu giao thoa: trường vật chất theo thời gian.   d − d 1  b) Sóng ngang: là sóng cơ học mà phương dao A = 2a ⇒ cos π  2  = 0   λ  động vuông góc với phương truyền sóng. c) Sóng dọc: là sóng cơ học mà phương dao động  d − d1  π ⇔π 2  = kπ + trùng với phương truyền sóng. λ 2 1.2 Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ  1 a) Biên độ sóng: là biên độ dao động của 1 phần tử λ với k = 0, ± 1, ± 2… Vậy d 2 − d1 =  k + môi trường có sóng truyền qua.  2 b) Chu kì sóng (T): là chu kì dao động của 1 phần d) Tìm các cực đại, cực tiểu giao thoa trên đường tử môi trường có sóng truyền qua. thẳng nối 2 nguồn sóng 1 T= Giả sử 2 nguồn cách nhau 1 khoảng AB, ta cần tìm (với f là tần số sóng.) f cực đại giao thoa khi đó: d1 + d 2 = AB ; d 2 − d1 = kλ c) Tốc độ truyền sóng: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường. AB kπ ⇒ d2 = + δ ο 0 < δ 2 < ΑΒ nên d) Bước sóng (λ): Là quãng đường mà sóng truyền 2 2 được trong 1 chu kì sóng.Hoặc là khoảng cách giữa AB kπ AB AB 2 điểm trên phương truyền sóng gần nhau nhất và 0< + < AB ⇒ − <k< λ dao động cùng pha với nhau. 2 2 2 v Vậy số cực đại là N = 2[k] + 1 với [k] là phần Mối liên hệ giữa T, v và λ là: λ = vT = nguyên. Tương tự với các vân cực tiểu. f e) Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của 2.2 Sóng dừng các phần tử môi trường có sóng truyền qua. a) Sự phản xạ của sóng 1.3 Phương trình sóng cơ - Phản xạ trên vật cản cố định: sóng phản xạ luôn Xét sóng tại nguồn: u0 = acosωt ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ. Khi sóng truyền tới điểm M cách O khoảng d thì - Phản xạ trên vật cản tự do: sóng phản xạ luôn phương trình sóng là: cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ.   d   d b) Sóng dừng: U M = a. cos 2πf  t −  = a. cos 2πf − 2π  λ  v   - Là sóng mà có các nút và bụng cố định trong  không gian. 2. Giao thoa sóng, sóng dừng, sóng âm. λ 2.1 Giao thoa sóng cơ - Khoảng cách giữa 2 nút hay 2 bụng liên tiếp là a) Điều kiện giao thoa: 2 sóng có cùng tần số, cùng 2 pha hoặc độ lệch pha λ và khoảng cách giữa 1 nút và 1 bụng là không đổi theo thời gian (sóng kết hợp). 4 b) Phương trình giao thoa: c) Điều kiện để có sóng dừng: 2πT Phương trình sóng tại nguồn: u 0 = a cos - Sóng dừng trên 1 sợi dây có 2 đầu cố định chiều t λ dài l là: l = k Phương trình sóng tổng hợp 2   d − d 1    t d − d1  - Sóng dừng trên 1 sợi dây có chiều dài l  với 1 U = 2a. cos π  2  cos 2π  − 2  λ    λ  λ  T  đầu cố định, 1 đầu tự do là: l = ( 2k + 1) 4   d 2 − d1  Biên độ A = 2a. cos π     λ  3.2 Sóng âm a) Khái niệm: Là sóng cơ học có tần số trong c) Vị trí các cực đại, cực tiểu giao thoa khoảng 16(Hz) – 20000(Hz), sóng có tần số nhỏ
  2. SÓNG CƠ Đặng Hải Nam A. u = a sin (100πt − 0,3) (cm) hơn 16(Hz) gọi là sóng hạ âm, sóng có tần số lớn hơn 20000(Hz) gọi là sóng siêu âm. 2π   B. u = a sin 100πt − Chú ý: sóng âm truyền được trong các môi trường (cm)  3 rắn, lỏng và khí thông thường thì vận tốc truyền C. u = − a cos(100πt ) (cm) trong môi trường rắn lớn hơn lỏng và trong môi trường lỏng lớn hơn khí. π  D. u = − a sin 100πt + (cm) - Nguồn âm: Là vật phát ra âm.  2 b) Các đặc tính vật lí của âm. - Tần số âm. Trả lời: Ta có phương trình dao động tại M là - Cường độ âm: là lượng năng lượng mà sóng   d    0,3  u = a cos 100π  t −  = a cos 100π  t −  âm tải qua 1 đơn vị diện tích đặt tại điểm đó,  v   10    vuông góc với phương truyền sóng và trong 1 đơn = −a cos(100πt ) (cm) . vị thời gian. Kí hiệu là I (W/m2). Phương án trả lời: C. - Mức cường độ âm: Được đặc trưng bởi Bài tập 3: Chọn câu đúng. Vận tốc truyền của I sóng trong môi trường phụ thuộc vào yếu tố nào l = lg có đơn vị là Ben (B) sau đây: I0 A. tần số của sóng. B. năng lượng của sóng. Trong đó I 0 : Cường độ âm chuẩn C. bước sóng. D. bản chất của môi trường. Bên cạnh đó ta còn sử dụng công thức: Trả lời: Vận tốc truyền sóng trong môi trường phụ thuộc vào bản chất môi trường truyền sóng. I L( dB ) = 10. lg Phương án trả lời: D. I0 Bài tập 4:Hai nguồn sóng kết hợp cùng pha cách - Âm cơ bản và họa âm: nhau 0,5m dao động với tần số 25Hz.Vận tốc - Nếu 1 nhạc cụ phát ra 1 âm có tần số f0 thì đồng truyền sóng trong môi trường là 5m/s. Trên đường thời cũng phát ra các có tần số là 2f0, 3f0 … nối giữa 2 nguồn trên, số điểm dao động với biên - Âm có tần số f0 gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ độ cực đại mà cùng pha với nhau nhiều nhất là: nhất A. 3 điểm B. 5 điểm - Các âm có tần số 2f0, 3f0 … gọi là họa âm thứ 2, C. 7 điểm D. 9 điểm thứ 3 … Trả lời: Theo bài ra ta có c) Các đặc tính sinh lí của âm d1 + d2 = 0,5m = 50cm. - Độ cao: là 1 đặc tính sinh lí gắn liền với tần số. và các điểm dao động với biên độ cực đại thỏa - Độ to: gắn liền với đặc trưng vật lí là mức mãn.d1 - d2 = kλ = 20k. =>d1 = 25 + 10k. cường độ âm. Do điểm nằm giữa 2 nguồn sóng nên - Âm sắc: Đây là 1 đặc tính sinh lí của âm, giúp ta 0 < d1 < 50 =>-2,5 < k < 2,5 hay có nhiều nhất 5 phân biệt do các nguồn âm khác nhau phát ra. điểm dao động với biên độ cực đại k = 0, 1, 2, -1, -2. III. CỦNG CỐ KIẾN THỨC Nhưng trong 5 điểm này gồm cả các điểm dao Bài tập 1: 1 sóng ngang truyền trên 1 dây động cùng pha và ngược pha vì vậy số điểm dao rất dài có phương trình u = 25sin(20t + 5x)(cm). động cùng pha nhiều nhất là 3. Trong đó x đo bằng cm, t đo bằng giây. Phương án trả lời: A. Phát biểu nào sau đây sai: Bài tập 5: 2 nguồn sóng kết hợp, cùng pha, dao A. Biên độ sóng là 25cm. π  động theo phương trình u = sin 100πt + (cm) B. Vận tốc truyền sóng là 4cm/s.  2 C. Chu kì sóng là π (s). 2 nguồn cách nhau 0,9m vận tốc truyền sóng D. Vận tốc cực đại của mỗi phần tử môi trường là 10m/s. Trên đường nối có số điểm nhiều nhất dao 500 cm/s. động với biên độ 2cm và cùng pha với nhau là: Trả lời: Tần số sóng ω = 20 rad/s A. 4 điểm B. 9 điểm =>chu kì sóng T = 0,1π (s). C. 3 điểm D. 5 điểm Phương án trả lời: C. Trả lời:Gọi d1 ; d2 là khoảng cách từ điểm M tới Bài tập 2: Phương trình dao động của nguồn A là nguồn sóng u = a.cos100πt (cm), vận tốc lan truyền dao d1 + d2 = 0,9m = 90cm. (1). động là 10 m/s . Tại điểm M cách A 0,3m sẽ dao động theo phương trình
  3. SÓNG CƠ Đặng Hải Nam trong khoảng giữa 2 nguồn điểm dao động với Trả lời: Âm "to" hay "nhỏ" phụ thuộc vào mức biên độ cực đại thỏa mãn cường độ âm và tần số âm. Phương án trả lời: D. v 1000 d1 - d2 = kλ. (2) Với λ = = = 20(cm) Bài tập 9: Âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra f 50 luôn luôn khác nhau về: từ (1) và (2) suy ra d1 = 45 + 10k. A. Độ cao B. Độ to Do M nằm giữa 2 nguồn nên C. Âm sắc D. Tất cả đúng 0 < d1 < 90 hay -4,5 < k < 4,5 Trả lời: 2 nhạc cụ khác nhau có thể phát ra 2 âm ở Tại k = 0 sóng tổng hợp có biên độ A = 2 cùng độ cao nhưng có âm sắc hoàn toàn khác nhau. tại k = 1, 2, 3, 4, -1, -2, -3, -4 Phương án trả lời: C. sóng tổng hợp có biên độ A = +2 và A = -2 Bài tập 10: Vậy số điểm dao động với biên độ A = +2 là 5 Chọn câu đúng. Độ to của âm phụ thuộc vào: điểm. A. Tần số và biên độ âm. Phương án trả lời: D. B. Tần số âm và mức cường độ âm. Bài tập 6: C. Bước sóng và năng lượng âm. Sợi dây treo thẳng đứng AB dài 2,1m. Một đầu tự D. Vận tốc truyền âm. do dao động với tần số 50Hz, cho sóng dừng trên Trả lời: Độ to của âm là 1 đặc trưng sinh lý của âm dây có vận tốc 20 m/s. Số nút và bụng trên dây là: phụ thuộc vào biên độ hay mức cường độ âm. A. 10 bụng, 10 nút. B. 11 bụng, 11 nút. + Mức cường độ âm mà tai người nghe được nằm C. 10 bụng, 11 nút. D. 11 bụng, 10 nút. trong khoảng từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau. + Âm có mức cường độ âm càng cao nghe càng to. Trả lời: Tuy nhiên độ to của âm còn phụ thuộc vào tần số v 20 âm. 2 âm có cùng mức cường độ âm nhưng có tần Ta có bước sóng λ = = = 0,4 m = 40 cm. số khác nhau thì sẽ gây những cảm giác âm to nhỏ f 50 khác nhau. Vì dây có 1 đầu cố định, 1 đầu tự do Phương án trả lời: B. kλ λ l= + = 2,1(m) = 210(cm) IV. BÀI TẬP 24 Bài tập 1: Nguồn sóng ở O dao động với tần số ⇒ 20k + 10 = 210 ⇔ k = 10 10Hz, dao động truyền đi với vận tốc 0,4m/s trên Tức là có 11 nút sóng và số bụng sóng là k + 1 = phương Oy. Trên phương này có 2 điểm P và Q 11. theo thứ tự đó PQ = 15cm. Cho biên độ a = 1cm và Chú ý: tại đầu cố định là 1 nút =>số nút là k + 1. biên độ không thay đổi khi sóng truyền. Nếu tại Phương án trả lời: B. thời điểm nào đó P có li độ 1cm thì li độ tại Q: Bài tập 7: Một sợi dây mảnh AB đầu B cố định và A. 1 cm. B. -1 cm. đầu A dao động với phương trình dao động là C. 0 cm. D. 0,5 cm. u = 4.cos20π (cm). Vận tốc truyền sóng trên dây Bài tập 2: 1 sóng cơ học có tần số f lan truyền 25cm/s. Điều kiện về chiều dài của dây AB để trong môi trường vật chất đàn hồi với vận tốc v, xảy ra hiện tượng sóng dừng là : khi đó bước sóng được tính theo công thức A. l = 2,5k (cm) B. l = 1,25(k + 0,5) (cm) A. λ = v.f B. λ = v/f C. l = 1,25k (cm) D. 2,5( k + 0,5) (cm) C. λ = 2v.f D. λ = 2v/f Bài tập 3: Chọn phát biểu đúng  trong các lời Trả lời: Vì A dao động và B cố định nên để trên phát biểu dưới đây: dây xảy ra hiện tượng sóng dừng thì: A. Chu kì dao động chung của các phần tử vật 1λ  l =  k +  = 1,25(k + 0,5) (cm) chất khi có sóng truyền qua gọi là chu kì sóng.  2 2 B. Đại lượng nghịch đảo của tần số góc gọi là tần Phương án trả lời: B. số của sóng. Bài tập 8: Phát biểu nào sau đây là đúng? C. Vận tốc dao động của các phần tử vật chất gọi là vận tốc của sóng. A. Âm có cường độ lớn thì tai ta có cảm giác âm đó D. Năng lượng của sóng luôn luôn không đổi trong "to". quá trình truyền sóng. B. Âm có cường độ nhỏ thì tai ta có cảm giác âm đó Bài tập 4: Điều nào sau đây là sai  khi nói về "bé". C. Âm có tần số lớn thì tai ta có cảm giác âm đó "to". năng lượng của sóng cơ học? D. Âm "to" hay "nhỏ" phụ thuộc vào mức cường A. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng độ âm và tần số âm. lượng.
  4. SÓNG CƠ Đặng Hải Nam B. Khi sóng truyền từ 1 nguồn điểm trên mặt d1 = 12cm; d2 = 14,4cm và của M2 cách A, B lần phẳng, năng lượng sóng giảm tỷ lệ lượt những khoảng d'1 = 16,5cm; d'2 = 19,05cm là: với quãng đường truyền sóng. A. M1 và M2 dao động với biên độ cực đại. C. Khi sóng truyền từ 1 nguồn điểm trong không B. M1 đứng yên, không dao động và M2 dao động gian, năng lượng sóng giảm tỷ với biên độ cực đại. lệ với bình phương quãng đường truyền sóng. C. M1 dao động với biên độ cực đại và M2 đứng D. Năng lượng sóng luôn luôn không đổi trong quá yên không dao động. trình truyền sóng. D. M1 và M2 đứng yên không dao động. Bài tập 5: Tại điểm S trên mặt nước yên tĩnh có Bài tập 11: Trong sóng dừng, hiệu số pha của 2 nguồn dao động điều hoà theo phương thẳng đứng phần tử môi trường nằm đối xứng qua 1 bụng là với tần số 50Hz. Khi đó trên mặt nước hình thành A. π (rad). B. 2π (rad). hệ sóng tròn đồng tâm S. Tại 2 điểm M, N nằm C. π/2 (rad). D. 3π/2 (rad). cách nhau 9cm trên đường thẳng đi qua S luôn dao Bài tập 12: 1 dây dài căng ngang, có sóng dừng động cùng pha với nhau. Biết rằng, vận tốc truyền trên dây với chu kì sóng 0,02s. Giữa 2 điểm A và B sóng thay đổi trong khoảng từ 70cm/s đến 80cm/s. cách nhau 1,2m, người ta thấy có 4 nút sóng (kể cả Vận tốc truyền sóng trên mặt nước là: 2 nút là A và B). Vận tốc truyền sóng là: A. 75 cm/s. B. 80 cm/s. A. 40 m/s B. 30 m/s C. 70 cm/s. D. 72 cm/s. C. 80 m/s D. 60 m/s Bài tập 6: 2 nguồn kết hợp, cùng pha cách nhau 18 Bài tập 13: 1 sóng dừng trên dây được mô tả bởi πx  π cm, chu kì 0,2 s. Vận tốc truyền sóng trong môi cos 20πt − (cm) phương trình u = 2 sin trường là 40 cm/s. Số điểm dao động cực đại trên  2 2 đường nối giữa 2 nguồn là: trong đó x đo bằng cm và t đo bằng giây. Vận tốc A. 4 điểm B. 5 điểm truyền sóng dọc theo dây là C. 6 điểm D. 7 điểm A. 20 cm/s B. 40 cm/s Bài tập 7: Chọn câu đúng. Trong hiện tượng giao C. 60 cm/s D. 80 cm/s thoa, những điểm dao động với biên độ lớn nhất Bài tập 14: 1 dây đàn dài 40cm, căng ở 2 đầu cố thì: định, khi dây dao động với tần số 600 Hz ta quan A. Δφ = nπ. B. Δφ = nλ. sát trên dây có sóng dừng với 2 bụng sóng. Vận tốc C. Δ = nλ với Δ = d2 - d1 hoặc d1 - d2 tùy theo quy sóng trên dây là ước 3n đầu A. 160 m/s B. 120 m/s C. 240 m/s D. 480 m/s D. Δφ = (2n + 1)π. Bài tập 15: Trên sợi dây OA, đầu A cố định và Bài tập 8: Chọn câu đúng. Thực hiện thí nghiệm đầu O dao động điều hoà với tần số 20Hz thì trên giao thoa trên mặt nước: A và B là 2 nguồn kết dây có 5 nút. Muốn trên dây rung thành 2 bụng sóng hợp có phương trình sóng tại A, B là: uA = uB = thì ở O phải dao động với tần số: a.cosωt thì quỹ tích những điểm dao động với biên D. 40 Hz. B. 12 Hz. C. 50 Hz. D. 10 Hz. độ cực đại bằng 2a là: Bài tập 16: Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Họ các đường hyperbol nhận A, B làm tiêu A. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì tất cả các điểm và bao gồm cả đường trung trực của AB. điểm trên dây đều dừng lại không dao động. B. Họ các đường hyperbol có tiêu điểm AB. B. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì nguồn C. Đường trung trực của AB. phát sóng ngừng dao động còn các điểm trên dây D. Họ các đường hyperbol nhận A, B làm tiêu vẫn dao động. điểm. C. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì trên dây có Bài tập 9: Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng các điểm dao động mạnh xen kẽ với các điểm trên mặt nước, người ta dùng nguồn dao động có đứng yên. tần số 100 Hz và đo được khoảng cách giữa 2 gợn D. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì trên dây sóng liên tiếp nằm trên đường nối 2 tâm dao động chỉ còn sóng phản xạ, còn sóng tới bị triệt tiêu. là 4 mm. Vận tốc sóng trên mặt nước là bao nhiêu? Bài tập 17: Âm trầm là âm có: A. v = 0,2 m/s. B. v = 0,4 m/s. A. Biên độ dao động nhỏ. C. v = 0,6 m/s. D. v = 0,8 m/s. B. Năng lượng âm nhỏ. Bài tập 10: Trên mặt chất lỏng tại có 2 nguồn kết C. Tần số dao động nhỏ. hợp A, B dao động với chu kì 0,02s. Vận tốc D. Tất cả đúng. truyền sóng trên mặt chất lỏng là 15cm/s. Trạng Bài tập 18: Chọn câu đúng. Độ cao của âm phụ thái dao động của M1 cách A, B lần lượt những thuộc vào: khoảng
  5. SÓNG CƠ Đặng Hải Nam A. Biên độ. B. Tần số. C. Năng lượng âm. D. Cường độ âm. Bài tập 19: 1 màng kim loại dao động với tần số 200Hz, tạo ra trong chất lỏng 1 sóng âm có bước sóng 8m. Vận tốc truyền âm trong chất lỏng là: A. 25 m/s. B. 0,04 m/s. C. 800/ π m/s D. 1600 m/s. Bài tập 20: Chọn câu đúng. 1 trong những yêu cầu của các phát thanh viên về đặc tính vật lý của âm là: A. Tần số âm nhỏ. B. Tần số âm lớn. C. Biên độ âm lớn. D. Biên độ âm bé. ĐÁP ÁN Câu 1 C Câu 2 B Câu 3 A Câu 4 D Câu 5 A Câu 6 B Câu 7 C Câu 8 A Câu 9 D Câu 10 C Câu 11 A Câu 12 A Câu 13 B Câu 14 C Câu 15 D Câu 16 C Câu 17 C Câu 18 B Câu 19 D Câu 20 B
Đồng bộ tài khoản