ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP CHƯƠNG 3 VẬT LÝ 12
Chương 3 – SÓNG CƠ HỌC
I - Hệ thống kiến thức trong chương
I) Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ:
1) Sóng cơ
Sóng cơ là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường.
Trong khi sóng truyền đi, mỗi phần tử của sóng dao động tại chỗ xung quanh
VTCB. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng.
Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương vuông
góc với phương truyền sóng. Trừ trường hợp sóng trên mặt nước, sóng ngang chỉ truyền
trong chất rắn.
Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương trùng với
phương truyền sóng. Sóng dọc được truyền trong cả chất khí, chất lỏng và chất rắn.
2) Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ:
a) Chu kỳ, tấn số của sóng tất cả các phần tử của môi trường khi có sóng truyền tới
đều dao động với chu kỳ và tần số bằng chu kỳ và tần số của nguồn dao động, Đó là chu
kỳ và tần số của sóng.
b) Tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường, được đo
bằng quãng đường sóng truyền đi trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu v, đơn vị m /s.
Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của môi trường.
d) Biên độ của sóng tại một điểm là biên độ dao động của phần tử môi trường tại
điểm đó. Thực tế, càng xa tâm dao động biên độ càng nhỏ. Kí hiệu a, đơn vị m hoặc cm.
e) Bước sóng:
+ Là khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên phương truyền
sóng.
+ Là quãng đường sóng truyền đi trong thời gian một chu kỳ.
Kí hiệu , đơn vị m hoặc cm.
f) Năng lượng của sóng:
Một chất diểm dao động điều hòa có cơ năng tỉ lệ với bình phương biên độ. Sóng
làm cho các phần tử vật chất dao động, tức là truyền cho chúng một năng lượng. Quá
trình truyền sóng là một quá trình truyền năng lượng. Năng lượng sóng là năng lượng dao
động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua.
Nếu nguồn điểm, sóng lan truyền trên mặt phẳng (sóng phẳng) năng lượng sóng tỉ lệ
nghịch với quãng đường truyền sóng r. (Biên độ giảm tỉ lệ nghịch với r).
Nếu nguồn điểm, sóng lan truyền trong không gian (sóng cầu) năng lượng sóng tỉ lệ
nghịch với bình phương quãng đường truyền sóng r2. (Biên độ giảm tỉ lệ nghịch với r).
Nếu nguồn điểm, sóng lan truyền trên đường thẳng (lí tưởng) năng lượng sóng
không đổi. (Biên độ không đổi).
g) Liên hệ giữa chu kỳ, tần số, bước sóng, tốc độ truyền
f
v
T.v
II) Phương trình sóng
Tại 1 điểm là phương trình sóng là phương trình dao động của môi trường tại điểm
đó. Nó cho ta xác định được li độ dao động của một phần tử môi trường ở cách gốc toạ
độ một khoảng x tại thời điểm t. Phương trình sóng có dạng:
)
x2
tcos(a)
x
T
t
(2cosa)
v
x
t(cosa)t,x(u M
. Trong đó a là biên độ sóng,
là tần số góc, T là chu kỳ sóng, v là tốc độ truyền sóng, là bước sóng.
Nếu sóng truyền ngược chiều dương thì phương trình có dạng:
)
x2
tcos(a)
x
T
t
(2cosa)
v
x
t(cosa)t,x(u M
Phương trình sóng cơ cho thấy sóng cơ vừa tuần hoàn theo thời gian, vừa tuần hoàn
theo không gian.
III – Giao thoa sóng
1) Hai sóng kết hợp:
Hai nguồn kết hợp là hai nguồn thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Dao động cùng tần số cùng phương.
+ Có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là sóng kết hợp.
2) Giao thoa:
Giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp, khi gặp nhau tại những điểm xác định
luôn luôn tăng cường nhau hoặc làm yếu nhau.
+ Độ lệch pha của sóng tại một điểm:
2
)dd()
d2
t()
d2
t( 21
12
+ Tại những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng nguyên lần bước sóng
(hai sóng cùng pha) thì  = 2k hay d1 - d2 = k; (k = 0, 1, 2, …), thì dao động
tổng hợp có biên độ cực đại. Tại đó có cực đại giao thoa.
+ Tại những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng số bán nguyên lần
bước sóng (hai sóng ngược pha) thì
2
12
)k( hay
2
)1k2(dd 21
; (k = 0, 1, 2,
…), thì dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu. Tại đó có cực tiểu giao thoa.
Trên mặt nước, khi có giao thoa, tập hợp những điểm có biên độ cực đại hay cực
tiểu là những đường hypebol xen kẽ lẫn nhau, gọi là các vân giao thoa.
+ Giao thoa là hiện tượng đặc trưng của quá trình truyền sóng.
3) Sóng dừng là sóng có nút và bụng cố định trong không gian.
a) Khi sóng phản xạ trên vật cản cố định thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ luôn
ngược pha với sóng tới và chúng triệt tiêu lẫn nhau. Khi phản xạ trên các vật cản tự do thì
tại điểm phản xạ, sóng phản xạ luôn cùng pha với sóng tới và chúng tăng cường lẫn nhau.
b) Sóng tới và sóng phản xạ, nếu truyền theo cùng một phương, ngược chiều thì có
thể giao thoa với nhau thành một hệ thống sóng dừng.
Trong sóng dừng, có một số điểm luôn đứng yên gọi là nút. Xen kẽ giữa các nút là
những điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng.
+ Điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi có hai đầu cố định (một đầu cố định,
một đầu sát một nút) là chiều dài của dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng. l =
k/2; k = 1, 2, …
+ Điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi có một đầu cố định, một đầu tự do
(một đầu cố định hay sát nút sóng, đầu kia tự do hay là bụng sóng) là chiều dài của dây
bằng một số lẻ lần một phần tư bước sóng. l = (2k + 1)/4; k = 1, 2, …
+ Đặc điểm của sóng dừng: Biên độ dao động của phần tử vật chất tại một điểm
không đổi theo thời gian; Khoảng cách giữa hai điểm bụng liền kề (hoặc hai nút liền kề)
bằng nửa bước sóng, khoảng cách giữa một điểm bụng và một điểm nút liền kề bằng một
phần tư bước sóng; Sóng dừng không truyền tải năng lượng.
+ Ứng dụng: để xác định vận tốc truyền sóng.
IV – Sóng âm
1) Sóng âm
Sóng âm là những dao động cơ học, truyền trong môi trường rắn, lỏng, khí. Trong
chất khí và lỏng sóng âm là sóng dọc (mặt chất lỏng là sóng ngang). Trong chất rắn sóng
âm cả sóng dọc và sóng ngang.
a) Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường. Nói chung tốc độ truyền âm trong
chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, chất lỏng lớn hơn trong chất khí. Tốc độ truyền âm phụ
thuộc nhiệt độ.
Sóng âm phát ra từ nguồn âm, được truyền trong môi trường vật chất, không truyền
không chân không. Môi trường có tính đàn hồi kém thì truyền âm kém (chất nhẹ và xốp).
b) Tai con ngường chỉ cảm thụ được những âm có tần số từ 16Hz đến 20.000Hz.
Những âm này gọi là âm thanh. Nhứng âm có tần số f < 16Hz gọi là hạ âm, tần số f >
20.000Hz là siêu âm.
+ Siêu âm có tần số rất lớn, có nhiều ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật và trong y
học.
c) Các đặc trưng vật lí của âm: tần số âm, cường độ âm, mức cường độ âm, đồ thị
dao động của âm.
- Cường độ âm tại một điểm là đại lượng đo bằng năng lượng sóng mà âm tải qua
một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó, trong một đơn vị
thời gian. Kí hiệu I, đơn vị W/m2.
Cường độ âm cho biết độ mạnh hay yếu của âm.
- Mức cường độ âm tại một điểm là đại lượng được xác định bằng logarit thập phân
của tỉ số giữa cường độ âm tại điểm đó I với cường độ âm chuẩn I0:
0
I
I
lg10)db(L ; Đơn
vị: đêxiben (db)
I0 = 10-13 W/m2 là cường độ âm chuẩn (ở tần số 1 000Hz vừa đủ nghe được)
d) Các đặc trưng sinh lí của âm:
- Độ cao của âm gắn liền với tần số (chu kỳ) của âm. Âm cao (bổng) tần số lớn, âm
thấp (trầm) tần số nhỏ.
- Âm sắc : giúp ta phân biệt được nguồn khác nhua phát ra âm. Âm sắc có liên quan
đến đồ thị phát ra âm.
- Độ to của âm:
Giá trị nhỏ nhất của cường độ âm mà tai nghe thấy là ngưỡng nghe, ngưỡng nghe
phụ thuộc vào tần số âm.
Giá trị lớn nhất của cường độ âm mà tai nghe thấy là ngưỡng đau, ngưỡng đau phụ
thuộc vào tần số âm.
Độ to của âm phụ thuộc vào cường độ âm và tần số của âm. Độ to tăng theo mức
cường độ âm
2) Nguồn nhạc âm:
Nguồn nhạc âm thường gặp là các nhạc cụ như đàn, sáo… Khi một nhạc cụ phát ra
một âm có tần số f0 (gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ nhất) bào giờ cũng đồng thời phát
ra một số loạt âm có tần số 2f0, 3f0, 4f0 …gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3, thứ 4 … Các họa
âm có biên độ khác nhau (do cấu tạo của dụng cụ). Tập hợp các họa âm tạo thành phổ
của âm (đồ thị là đường tuần hoàn, không phải hình sin).
V – Hiệu ứng Đốp -le:
Hiệu ứng Đốp-Ple là hiện tượng tần số mà máy thu âm thu được khác với tần số của
âm mà nguồn phát ra khi có sự chuyển động tương đối giữa nguồn phát âm và và máy
thu.
Công thức liên hệ giữa tần số f’ thu được và tần số f do nguồn âm phát ra là:
S
M
vv
vv
f'f
v tốc độ truyền âm, vM tốc độ máy thu âm, vS tốc độ nguồn âm đối với môi trường.
Quy ước về dấu: vM dương khi nguồn chuyển động lại gần, vM âm khi nguồn
chuyển động ra xa. vS âm khi máy thu chuyển động vào gần nguồn âm, vS dương khi máy
thu chuyển động ra xa nguồn âm.
II - Câu hỏi và bài tập
Chủ đề 1: Đại cương về sóng cơ học.
3.1. Sóng cơ là gì?
A. Sự truyền chuyển động cơ trong không khí.
B. Những dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất.
C. Chuyển động tương đối của vật này so với vật khác.
D. Sự co dãn tuần hoàn giữa các phần tử môi trường.
3.2. Bước sóng là gì?
A. Là quãng đường mà mỗi phần tử của môi trường đi được trong 1 giây.
B. Là khoảng cách giữa hai phần tử của sóng dao động ngược pha.
C. Là khoảng cách giữa hai phần tử sóng gần nhau nhất dao động cùng pha.
D. Là khoảng cách giữa hai vị trí xa nhau nhất của mỗi phần tử sóng.
3.3. Một sóng cơ có tần số 1000Hz truyền đi với tốc độ 330 m /s thì bước sóng của nó
có giá trị nào sau đây?
A. 330 000 m. B. 0,3 m-1. C. 0,33 m/s. D. 0,33 m.
3.4. Sóng ngang là sóng:
A. lan truyền theo phương nằm ngang.
B. trong đó các phần tử sóng dao động theo phương nằm ngang.
C. trong đó các phần tử sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền
sóng.
D. trong đó các phần tử sóng dao động theo cùng một phương với phương truyền
sóng.
3.5 Bước sóng là:
A. quãng đường sóng truyền đi trong 1s;
B. khoảng cách giữa hai bụng sóng sóng gần nhất.
C. khoảng cách giữa hai điểm của sóng có li độ bằng không ở cùng một thời điểm.
D. khoảng cách giữa hai điểm của sóng gần nhất có cùng pha dao động.
3.6. Phương trình sóng có dạng nào trong các dạng dưới đây:
A. x = Asin(t + ); B. )
x
-t(sinAu
=;
C. )
x
-
T
t
(2sinAu
; D. )
T
t
(sinAu .
3.7. Một sóng cơ học có tần số f lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi với tốc
độ v, khi đó bước sóng được tính theo công thức
A. = v.f; B. = v/f; C. = 2v.f; D. = 2v/f
3.8. Phát biểu nào sau đây không đúng với sóng cơ học?
A. Sóng cơ học có thể lan truyền được trong môi trường chất rắn.
B. Sóng cơ học có thể lan truyền được trong môi trường chất lỏng.
C. Sóng cơ học có thể lan truyền được trong môi trường chất khí.
D. Sóng cơ học có thể lan truyền được trong môi trường chân không.
3.9. Phát biểu nào sau đây về sóng cơ học là không đúng?
A. Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động cơ học trong một môi trường liên
tục.
B. Sóng ngang là sóng có các phần tử dao động theo phương ngang.
C. Sóng dọc là sóng có các phần tử dao động theo phương trùng với phương truyền
sóng.
D. Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kỳ.
3.10. Phát biểu nào sau đây về đại lượng đặc trưng của sóng cơ học là không đúng?
A. Chu kỳ của sóng chính bằng chu kỳ dao động của các phần tử dao động.
B. Tần số của sóng chính bằng tần số dao động của các phần tử dao động.
C. Tốc độ của sóng chính bằng tốc độ dao động của các phần tử dao động.
D. Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kỳ.
3.11. Sóng cơ học lan truyền trong môi trường đàn hồi với tốc độ v không đổi, khi tăng
tần số sóng lên 2 lần thì bước sóng
A. tăng 4 lần. B. tăng 2 lần. C. không đổi. D. giảm 2
lần.
3.12. Vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào
A. năng lượng sóng. B. tần số dao động.
C. môi trường truyền sóng. D. bước sóng
3.13. Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô lên cao 10 lần
trong 18s, khoảng cách giữa hai ngọn sóng kề nhau là 2m. Tốc độ truyền sóng trên mặt
biển là
A. v = 1m/s. B. v = 2m/s. C. v = 4m/s. D. v = 8m/s.
3.14. Một người quan sát một chiếc phao trên mặt hồ thấy nó nhô lên cao 10 lần trong
36s, khoảng cách giữa 3 đỉnh sóng lân cận là 24m. Tốc độ truyền sóng trên mặt hồ là
A. v = 2,0m/s. B. v = 2,2m/s. C. v = 3,0m/s. D. v
= 6,7m/s.