Bài tập Sóng âm môn Vật lý

Trường THPT Kim Sơn B – Kim Sơn - NB<br /> <br /> GV. Vũ Văn ðiệp<br /> <br /> CHỦ ðỀ 10: SÓNG ÂM<br /> DẠNG 9.1: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ðẾN SỰ TRUYỀN ÂM<br /> I. Phương pháp giải bài tập<br /> 1. Khái niệm và ñặc ñiểm của sóng âm<br /> a) Khái niệm<br /> Sóng âm là sự lan truyền các dao ñộng âm trong các môi trường rắn, lỏng, khí.<br /> b) ðặc ñiểm<br /> * Tai con người chỉ có thể cảm nhận ñược (nghe ñược) các âm có tần số từ 16 Hz ñến 20000 Hz.<br /> * Các sóng âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz ñược gọi là hạ âm.<br /> * Các sóng âm có tần số lớn hơn 20000 Hz ñược gọi là siêu âm.<br /> * Âm truyền ñược trong các môi trường rắn, lỏng, khí, hầu như không truyền ñược qua các chất xốp,<br /> bông, len… những chât ñó gọi là chất cách âm.<br /> * Tốc ñộ truyền âm giảm trong các môi trường theo thứ tự: rắn, lỏng, khí. Tốc ñộ truyền âm phụ thuộc<br /> vào tính chất môi trường, nhiệt ñộ của môi trường và khối lượng riêng của môi trường. Khi nhiệt ñộ tăng<br /> thì tốc ñộ truyền âm cũng tăng.<br /> 2. Liên quan ñến sự truyền âm<br /> - Thời gian truyền âm trong môi trường 1 và 2 lần lượt là :<br /> s<br /> s<br /> s<br /> t1 =<br /> và t 2 =<br /> v2<br /> v1<br /> v1<br /> v1 và v2 là tốc ñộ truyền âm trong 2 môi trường.<br /> v2<br /> s<br /> s<br /> Giả sử v1 > v2 thì ∆t = t 2 − t1 =<br /> −<br /> v 2 v1<br /> 2s<br /> - Gọi t là thời gian từ lúc truyền âm cho ñến khi nghe ñược âm phản xạ thì t =<br /> v<br /> - Thời gian rơi tự do của một vật từ ñộ cao h t =<br /> <br /> 2h<br /> g<br /> <br /> - Gọi t là thời gian từ lúc thả vật cho ñến khi nghe ñược âm phản xạ thì t =<br /> <br /> 2h<br /> h<br /> +<br /> g<br /> v<br /> <br /> Chú ý : Tốc ñộ truyền âm phụ thuộc vào nhiệt ñộ môi trường tuân theo hàm bậc nhất : v = v0 + aT<br /> II. Bài tập vận dụng<br /> Câu 1. Chọn câu sai trong các câu sau?<br /> A. Môi trường truyền âm có thể là rắn, lỏng hoặc khí.<br /> B. Những vật liệu như bông, xốp, nhung truyền âm tốt.<br /> C. Vận tốc truyền âm thay ñổi theo nhiệt ñộ.<br /> D. ðơn vị cường ñộ âm là W/m2.<br /> Câu 2. Âm thanh do người hay một nhạc cụ phát ra có ñồ thị ñược biểu diễn bằng ñồ thị có dạng<br /> A. ñường hình sin.<br /> B. biến thiên tuần hoàn. C. hypebol.<br /> D. ñường thẳng.<br /> Câu 3. Sóng âm<br /> A. chỉ truyền trong chất khí.<br /> B. truyền ñược trong chất rắn, lỏng và chất khí.<br /> C. truyền ñược cả trong chân không.<br /> D. không truyền ñược trong chất rắn.<br /> Câu 4. Sóng âm là sóng cơ học có tần số khoảng<br /> A. 16 Hz ñến 20 kHz.<br /> B. 16Hz ñến 20 MHz.<br /> C. 16 Hz ñến 200 kHz.<br /> D. 16Hz ñến 200 kHz.<br /> Câu 5. Siêu âm là âm thanh<br /> A. có tần số lớn hơn tần số âm thanh thông thường.<br /> B. có tần số từ 16 Hz ñến 20000 Hz.<br /> C. có tần số trên 20000 Hz.<br /> D. có tần số dưới 16 Hz.<br /> Câu 6. Với cùng một cường ñộ âm tai người nghe thính nhất với âm có tần số<br /> A. từ trên 10000 Hz ñến 20000 Hz.<br /> B. từ 16 Hz ñến dưới 1000 Hz.<br /> C. từ trên 5000 Hz ñến 10000 Hz.<br /> D. từ 1000 Hz ñến 5000 Hz.<br /> Câu 7. ðiều nào sau ñây là sai khi nói về sóng âm?<br /> Lớp 12B2<br /> <br /> 1<br /> <br /> Trường THPT Kim Sơn B – Kim Sơn - NB<br /> GV. Vũ Văn ðiệp<br /> A. Sóng âm là sóng cơ học dọc truyền ñược trong môi trường vật chất kể cả chân không.<br /> B. Sóng âm có tần số nằm trong khoảng từ 16 Hz ñến 20000 Hz.<br /> C. Sóng âm không truyền ñược trong chân không.<br /> D. Vận tốc truyền âm phụ thuộc nhiệt ñộ.<br /> Câu 8. Khi nói về sóng âm, phát biểu nào sau ñây là sai?<br /> A. Ở cùng một nhiệt ñộ, tốc ñộ truyền sóng âm trong không khí nhỏ hơn tốc ñộ truyền sóng âm trong<br /> nước.<br /> B. Sóng âm truyền ñược trong các môi trường rắn, lỏng và khí.<br /> C. Sóng âm trong không khí là sóng dọc.<br /> D. Sóng âm trong không khí là sóng ngang.<br /> Câu 9.Sóng cơ học lan truyền trong không khí với cường ñộ ñủ lớn, tai ta có thể cảm thụ ñược sóng cơ học<br /> nào sau ñây?<br /> A. Sóng cơ học có tần số 10 Hz.<br /> B. Sóng cơ học có tần số 30 kHz.<br /> C. Sóng cơ học có chu kì 2 (µs).<br /> D. Sóng cơ học có chu kì 2 (ms).<br /> Câu 10.Một sóng cơ có tần số ƒ = 1000 Hz lan truyền trong không khí. Sóng ñó ñược gọi là<br /> A. sóng siêu âm.<br /> B. sóng âm.<br /> C. sóng hạ âm.<br /> D. sóng vô tuyến.<br /> Câu 11 Thả một hò ñá từ miệng của một cái giếng cạn có ñộ sâu 24,2 m thì sau khoảng thời gian bao lâu sẽ<br /> nghe thấy tiếng ñá chạm ñáy giếng? Biết tốc ñộ truyền âm trong không khí là 300 m/s và g = 10 m/s2<br /> A. 2,28 s<br /> B. 1,88 s<br /> C. 2,42 s<br /> D. 2,08 s<br /> <br /> Câu 13 Sóng cơ học lan truyền trong không khí với cường ñộ ñủ lớn, tai ta có thể cảm thụ ñược sóng cơ<br /> học nào sau ñây?<br /> A. Sóng cơ học có tần số 10 Hz<br /> B. Sóng cơ học có tần số 30 kHz.<br /> C. Sóng cơ học có chu kì 2 (µs).<br /> D. Sóng cơ học có chu kì 2 (ms).<br /> <br /> Câu 14 Một người gõ một nhát búa vào ñường sắt ở cách ñó 1056 m một người khác áp tai vào ñường sắt<br /> thì nghe thấy 2 tiếng gõ cách nhau 3 (s). Biết tốc ñộ truyền âm trong không khí là 330 m/s thì tốc ñộ truyền<br /> âm trong ñường sắt là<br /> A. 5200 m/s.<br /> B. 5280 m/s.<br /> C. 5300 m/s.<br /> D. 5100 m/s.<br /> <br /> Câu 15 Một người gõ vào ñầu một thanh nhôm, người thứ hai áp tai vào ñầu kia nghe ñược tiếng gõ hai<br /> lần cách nhau 0,15 (s). Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s và trong nhôm là 6420 m/s. ðộ<br /> dài của thanh nhôm là<br /> A. 52,2 m.<br /> B. 52,2 cm.<br /> C. 26,1 m.<br /> D. 25,2 m.<br /> <br /> Câu 17 Thả một hò ñá từ miệng của một cái giếng cạn có ñộ sâu h thì sau ñó 2,28 nghe thấy tiếng ñá chạm<br /> ñáy giếng. Biết tốc ñộ truyền âm trong không khí là 300 m/s và g = 10 m/s2, tính ñộ sâu của giếng?<br /> A. 20,5 m<br /> B. 24,5 m<br /> C. 22,5 m<br /> D. 24,2 m<br /> <br /> Lớp 12B2<br /> <br /> 2<br /> <br /> Trường THPT Kim Sơn B – Kim Sơn - NB<br /> GV. Vũ Văn ðiệp<br /> Câu 18(Cð 2007): Khi sóng âmtruyền từ môi trường không khí vào môi trường nước thì<br /> A. chu kì của nó tăng.<br /> B. tần số của nó không thay ñổi.<br /> C. bước sóng của nó giảm.<br /> D. bước sóng của nó không thay ñổi.<br /> Câu 19(ðH 2007): Một sóng âm có tần số xác ñịnh truyền trong không khí và trong nước với vận tốc lần<br /> lượt là 330 m/s và 1452 m/s. Khi sóng âm ñó truyền từ nước ra không khí thì bước sóng của nó sẽ<br /> A. giảm 4,4 lần<br /> B. giảm 4 lần<br /> C. tăng 4,4 lần<br /> D. tăng 4 lần<br /> <br /> Câu 20(Cð 2008): ðơn vị ño cường ñộ âm là<br /> A. Oát trên mét (W/m).<br /> B. Ben (B).<br /> C. Niutơn trên mét vuông (N/m2 ).<br /> D. Oát trên mét vuông (W/m2 ).<br /> Câu 21(ðH 2008): Một lá thép mỏng, một ñầu cố ñịnh, ñầu còn lại ñược kích thích ñể dao ñộng với<br /> chu kì không ñổi và bằng 0,08 s. Âm do lá thép phát ra là<br /> A. âm mà tai người nghe ñược.<br /> B. nhạc âm.<br /> C. hạ âm.<br /> D. siêu âm.<br /> Câu 22(Cð 2010): Khi nói về sóng âm, phát biểu nào sau ñây là sai?<br /> A. Ở cùng một nhiệt ñộ, tốc ñộ truyền sóng âm trong không khí nhỏ hơn tốc ñộ truyền sóng âm trong nước.<br /> B. Sóng âm truyền ñược trong các môi trường rắn, lỏng và khí.<br /> C. Sóng âm trong không khí là sóng dọc.<br /> D. Sóng âm trong không khí là sóng ngang<br /> Câu 23(Cð 2013): Một sóng âm truyền trong không khí với tốc ñộ 340 m/s và bước sóng 34 cm. Tần số<br /> của sóng âm này là<br /> A. 500 Hz<br /> B. 2000 Hz<br /> C. 1000 Hz<br /> D. 1500 Hz<br /> Câu 24(Cð 2014): Khi nói về sóng âm, phát biểu nào sau ñây sai?<br /> A. Siêu âm có tần số lớn hơn 20000 Hz<br /> B. Hạ âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz<br /> C. ðơn vị của mức cường ñộ âm là W/m2<br /> D. Sóng âm không truyền ñược trong chân không<br /> Câu 25(ðH 2014): ðể ước lượng ñộ sâu của một giếng cạn nước, một người dùng ñồng hồ bấm giây, ghé<br /> sát tai vào miệng giếng và thả một hòn ñá rơi tự do từ miệng giếng; sau 3 s thì người ñó nghe thấy tiếng<br /> hòn ñá ñập vào ñáy giếng. Giả sử tốc ñộ truyền âm trong không khí là 330 m/s, lấy g = 9,9 m/s2. ðộ sâu<br /> ước lượng của giếng là<br /> A. 43 m.<br /> B. 45 m.<br /> C. 39 m.<br /> D. 41 m.<br /> <br /> \<br /> <br /> DẠNG 9.2: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ðẾN CƯỜNG ðỘ ÂM VÀ MỨC CƯỜNG ðỘ ÂM<br /> <br /> I. Phương pháp giải bài tập<br /> 1. Các ñặc trưng vật lý của âm thanh (âm nghe ñược)<br /> a. Tần số âm : từ 16 Hz ñến 20000 Hz.<br /> b.Cường ñộ âm và Mức cường ñộ âm<br /> * Cường ñộ âm: Là năng lượng mà sóng âm truyền trong một ñơn vị thời gian qua một ñơn vị diện tích ñặt<br /> vuông góc với phương truyền âm.<br /> P<br /> Công thức tính I = , trong ñó P là công suất của nguồn âm, S là diện tích miền truyền âm. S<br /> S<br /> P<br /> Khi âm truyền trong không gian thì S = 4πR2 → I =<br /> ðơn vị: P (W), S (m2), I (W/m2).<br /> 4πR 2<br /> * Mức cường ñộ âm: Là ñại lượng ñược thiết lập ñể so sánh ñộ to của một âm với ñộ to của âm chuẩn và<br /> <br /> Lớp 12B2<br /> <br /> 3<br /> <br /> Trường THPT Kim Sơn B – Kim Sơn - NB<br /> GV. Vũ Văn ðiệp<br /> I<br /> ñược cho bởi công thức: L = lg , (ñơn vị B) trong ñó, I là cường ñộ âm tại ñiểm cần tính, I0 là cường ñộ<br /> I0<br /> âm chuẩn (âm ứng với tần số ƒ = 1000 Hz) có giá trị là I0 = 10–12 W/m2<br /> Trong thực tế thì người ta thường sử dụng ñơn vị nhỏ hơn Ben ñể tính mức cường ñộ âm, ñó là dexiBen<br /> I<br /> (dB)<br /> 1B = 10dB → L = 10 lg<br /> I0<br /> c. ðồ thị dao ñộng âm<br /> 2. Các ñặc trưng sinh lý của âm<br /> Âm có 3 ñặc trưng sinh lý là ñộ cao, ñộ to và âm sắc. Các ñặc trưng của âm nói chung phụ thuộc vào<br /> cảm thụ âm của tai con người<br /> a) ðộ cao<br /> * ðặc trưng cho tính trầm hay bổng của âm, phụ thuộc vào tần số âm.<br /> * Âm có tần số lớn gọi là âm bổng và âm có tần số nhỏ gọi là âm trầm.<br /> b) ðộ to<br /> Là ñại lượng ñặc trưng cho tính to hay nhỏ của âm, phụ thuộc vào tần số âm và mức cường ñộ âm.<br /> c) Âm sắc<br /> Là ñại lượng ñặc trưng cho sắc thái riêng của âm, giúp ta có thể phân biệt ñược hai âm có cùng ñộ cao.<br /> Âm sắc phụ thuộc vào dạng ñồ thị dao ñộng của âm (hay tần số và biên ñộ âm)<br /> 3. Các công thức giải nhanh<br /> <br /> - Cường ñộ âm tỉ lệ với bình phương biên ñộ âm I = µ .A<br /> <br /> =><br /> <br /> I 2  A2 <br /> = <br /> I 1  A1 <br /> <br /> 2<br /> <br /> P<br /> <br /> 2<br />  I A = 4πR 2<br /> I A  RB <br /> <br /> A<br /> <br /> - Cường ñộ âm tại hai ñiểm A, B ñược cho bởi <br /> →<br /> =<br /> I B  R A <br /> I = P<br />  B 4πRB2<br /> I<br /> 10 LA<br /> I<br /> Từ L = lg ⇒ I = I 0 10 L<br /> ⇒ A = LB = 10 LA − LB<br /> I0<br /> I B 10<br /> - Tại hai ñiểm A, B có mức cường ñộ âm lần lượt là LA, LB thì ta có<br /> 2<br /> <br /> R <br /> R <br /> I<br /> I<br /> I<br /> LA - LB = lg A - lg B = lg A = lg B  = 2 lg B <br /> IB<br /> I0<br /> I0<br />  RA <br />  RA <br /> - Chú ý: Cường ñộ âm tỉ lệ với công suất nguồn âm và tỉ lệ với số nguồn âm giống nhau<br /> n .P<br /> IA<br /> P<br /> n<br /> = 10 LA − LB = A = A 0 = A<br /> IB<br /> P B n B .P0 n B<br /> <br /> Lớp 12B2<br /> <br /> 4<br /> <br /> Trường THPT Kim Sơn B – Kim Sơn - NB<br /> <br /> GV. Vũ Văn ðiệp<br /> <br /> Kinh nghiệm giải nhanh: Nếu có hệ thức x.rM = y.rB + z.rA ta thay r bởi 10 −0,5 L sẽ ñược:<br /> x. 10 −0,5 L = y. 10 −0,5 L + z. 10 −0,5 L<br /> M<br /> <br /> B<br /> <br /> A<br /> <br /> II. Ví dụ minh họa<br /> Ví dụ 1. Tại một ñiểm A nằm cách nguồn âm N(nguồn ñiểm) một khoảng NA = 1m, có mức cường ñộ âm<br /> là LA = 90 dB. Biết ngưỡng nghe của âm ñó I0 = 0,1 nW/m2. Cường ñộ âm ñó tại A là<br /> A. IA = 0,1 nW/m2.<br /> B. IA = 0,1 mW/m2.<br /> C. IA = 0,1 W/m2.<br /> D. IA = 0,1 GW/m2.<br /> <br /> Ví dụ 2. Cường ñộ âm tại một ñiểm trong môi trường truyền âm là 10–5 W/m2. Biết cường ñộ âm chuẩn là<br /> I0 = 10–12 W/m2. Mức cường ñộ âm tại ñiểm ñó bằng<br /> A. 50 dB.<br /> B. 60 dB.<br /> C. 70 dB.<br /> D. 80 dB.<br /> Ví dụ 3 Tại ñiểm A cách nguồn âm O một ñoạn R = 100 cm có mức cường ñộ âm là LA = 90 dB, biết<br /> ngưỡng nghe của âm ñó là I = 10–12 W/m2. Cường ñộ âm tại A là<br /> A. IA = 0,01W/m2 .<br /> B. IA = 0, 001 W/m2 .<br /> C. IA = 10-4 W/m2<br /> D. IA =108 W/m2 .<br /> <br /> Ví dụ 4. Khi mức cường ñộ âm tăng thêm 20 dB thì cường ñộ âm tăng lên<br /> A. 2 lần.<br /> B. 200 lần.<br /> C. 20 lần.<br /> <br /> D. 100 lần.<br /> <br /> Ví dụ 5. Một cái loa có công suất 1 W khi mở hết công suất, lấy π = 3,14. Cường ñộ âm tại ñiểm cách nó<br /> 400 cm có giá trị là?(coi âm do loa phát ra dạng sóng cầu)<br /> A. 5.10–5 W/m2.<br /> B. 5 W/m2.<br /> C. 5.10–4 W/m2.<br /> D. 5 mW/m2.<br /> Ví dụ 6: Hai âm có mức cường ñộ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường ñộ âm của chúng là bao<br /> nhiêu? (ðS:100 lần.)<br /> <br /> Ví dụ 7: Mức cường ñộ âm tại một ñiểm cách một nguồn phát âm 1 m có giá trị là 50 dB. Một người xuất<br /> phát từ nguồn âm, ñi ra xa nguồn âm thêm 100 m thì không còn nghe ñược âm do nguồn ñó phát ra. Lấy<br /> cường ñộ âm chuẩn là I0 = 10–12 W/m2, sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng nghe của tai người này là<br /> bao nhiêu?<br /> (ðS: ngưỡng nghe của tai người này là 10 dB.)<br /> <br /> Lớp 12B2<br /> <br /> 5<br /> <br />