Ôn tập lý thuyết về Sóng âm và sóng cơ Vật lí lớp 125130

ƠN TÂP PHẦN SĨNG CƠ VÀ SĨNG ÂM Phần lí thuyết A SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ I sóng : sóng : Dao động lan truyền mơi trường Sóng ngang : Phương dao động vng góc với phương truyền sóng sóng ngang truyền chất rắn bề mặt chất lỏng Sóng dọc : Phương dao động trùng với phương truyền sóng sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng chất rắn II Các đặc trưng sóng hình sin : a Biên độ sóng : Biên độ dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua b Chu kỳ sóng ( khơng phụ thuộc vào môi trường): Chu kỳ dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua t Số lần nhô lên mặt nước N khoảng thời gian t giây T  N 1 c Tốc độ truyền sóng (phụ thuộc vào mơi trường): Tốc độ lan truyền dao động môi trường v d Bước sóng : Quãng đường mà sóng truyền chu kỳ   vT  f Hai phần tử cách bước sóng dao động pha Khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha e Năng lượng sóng : Năng lượng dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua -Sóng truyền phương(sợi dây) W điểm -Sóng truyền mặt W tỉ lệ nghịch với r(r khoảng cách từ điểm ta xét tới nguồn) - Sóng truyền khơng gian W tỉ lệ nghịch với r2 Chú ý: Dao động học môi trường vật chất đàn hồi dao động cưỡng (dao động sóng, dao động âm) III Phương trình sóng : Phương trình sóng gốc tọa độ : u0 = acost=a cos2 t/T Phương trình sóng M cách gốc tọa độ d : t d Sóng truyền theo chiều dương : u M  a cos(2  2 )  T t d Nếu sóng truyền ngược chiều dương : u M  a cos(2  2 )  T Phương trình sóng hàm tuần hồn thời gian khơng gian d  d1 Độ lệch pha hai điểm phương truyền sóng   2  + Nếu   2n  d  d1  n : hai điểm dao động pha Hai điểm gần n = + Nếu   2n  1  d  d1  2n  1    + Nếu   2n  1 : Hai điểm dao động ngược pha Hai điểm gần n =  d  d1  2n  1 : Hai điểm dao động vuông pha Hai điểm gần n = B GIAO THOA SÓNG I Hiện tượng giao thoa hai sóng mặt nước ( xét nguồn pha) Định nghĩa : Hiện tượng sóng gặp tạo nên gợn sóng ổn định Giải thích : - Những điểm đứng yên : sóng gặp triệt tiêu - Những điểm dao động mạnh : sóng gặp tăng cường II Cực đại cực tiểu : ThuVienDeThi.com Phương trình giao thoa: x  2a cos  d  d1   d  d2  cos t        Dao động điểm vùng giao thoa :  (d  d1 ) AM  2a cos  Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa : a Vị trí cực đại giao thoa : d2 – d1 = k Những điểm dao động có biên độ cực đại điểm mà hiệu đường sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bước sóng  b Vị trí cực tiểu giao thoa : d  d  (k  ) Những điểm dao động có biên độ triệt tiêu điểm mà hiệu đường sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bước sóng  III Điều kiện giao thoa Sóng kết hợp : Điều kiện để có giao thoa : nguồn sóng nguồn kết hợp Dao động phương, chu kỳ Có hiệu số pha khơng đổi theo thời gian Hiện tượng giao thoa tượng đặc trưng sóng Các dạng tập: k’=-1 k’=0 1.Tìm số diểm dao động cực đại khơng dao động nguồn: k’=-2 k’=1 a Hai nguồn dao động pha (   1  2  ) * Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = k (kZ) Số đường số điểm (không tính hai nguồn): k  S1 S2 -2 AB (2 nguồn  không điểm dao đơng cực đại nên bt khơng có dấu =) * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = (2k+1)  -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng pha (kZ) Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn): AB AB   k  ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =)   b Hai nguồn dao động ngược pha:(   1  2   )(vân trung tâm vân cực tiểu) k’=-2  * Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = (2k+1) (kZ) k’=-1 k’=0 k’=1 S1 S2 -2 Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn): AB AB   k  ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =)   * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = k (kZ) AB AB Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn):  k   -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng ngược pha ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =) Chú ý: Với tốn tìm số đường dao động cực đại không dao động hai điểm M, N cách hai nguồn d1M, d2M, d1N, d2N Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2N giả sử dM < dN ThuVienDeThi.com + Hai nguồn dao động pha: Cực đại: dM < k < dN Cực tiểu: dM < (k+0,5) < dN + Hai nguồn dao động ngược pha: Cực đại:dM < (k+0,5) < dN Cực tiểu: dM < k < dN Số giá trị nguyên k thoả mãn biểu thức số đường cần tìm Phương trình giao thoa tổng quát: d  d2   1    d  d1       x  2a cos ( ) cos t   ( )   2     2 d  d1          C SĨNG DỪNG I Sự phản xạ sóng : - Khi phản xạ vật cản cố định, sóng phản xạ ln ln ngược pha với sóng tới điểm phản xạ - Khi phản xạ vật cản tự do, sóng phản xạ ln ln pha với sóng tới điểm phản xạ -Với đầu A nguồn dao động dao động nhỏ xem nút sóng  2d  * Phương trình sóng dừng M cách B khoảng d (đầu B cố định ) : u  2a cos(  ) cos(t  )  2 d * Phương trình sóng dừng M cách B khoảng d (đầu B tự do) : uM  Acos(2 )cos(2 ft )  II Sóng dừng : Định nghĩa : Sóng truyền sợi dây trường hợp xuất nút bụng gọi sóng dừng Khoảng cách nút liên tiếp bụng liên tiếp bước sóng Sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định : l  n  Điều kiện để có sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định chiều dài sợi dây phải số nguyên lần bước sóng Số bó sóng = số bụng sóng = n ; số nút sóng = n + Sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự : l  (2n  1)  Điều kiện để có sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự chiều dài sợi dây phải số lẻ lần   P  Số bụng = số nút = n +  k2 Q  Lưu ý Nguồn ni dịng điện có tần số 50 Hz tạo tần số dao động dây 100 Hz Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng Đầu tự bụng sóng Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ln dao động ngược pha Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha Các điểm dây dao động với biên độ không đổi  lượng không truyền Khoảng thời gian hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử qua VTCB) nửa chu kỳ Khoảng thời gian hai lần sợi dây duỗi thẳng T/2 ThuVienDeThi.com D ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ÂM I Âm Nguồn âm : Âm : Sóng truyền mơi trường khí, lỏng, rắn Nguồn âm : Một vật dao động phát âm nguồn âm Chú ý: Dao động âm dao động cưỡng có tần số tần số nguồn phát Âm nghe được, hạ âm, siêu âm : - Âm nghe được( sóng âm) tần số từ : 16Hz đến 20.000Hz - Hạ âm : Tần số < 16Hz - Siêu âm : Tần số > 20.000Hz Sự truyền âm : a Môi trường truyền âm : Âm truyền qua chất răn, lỏng khí b Vận tốc truyền âm: Vận tốc truyền âm môi trường rắn lớn môi trường lỏng, môi trường lỏng lớn mơi trường khí Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ mơi trường Trong môi trường, vận tốc truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ khối lượng riêng môi trường II Những đặc trưng vật lý âm : Tần số âm : Đặc trưng vật lý quan trọng âm Cường độ âm mức cường độ âm : a Cường độ âm I : Đại lượng đo lượng lượng mà sóng âm tải qua đơn vị diện tích vng góc với phương truyền âm đơn vị thời gian Đơn vị W/m2 Cường độ âm: I= W P = St S Với W (J), P (W) lượng, công suất phát âm nguồn S (m2) diện tích mặt vng góc với phương truyền âm (với sóng cầu S diện tích mặt cầu S=4πR2) *Cường độ âm A, B cách nguồn N có tỷ lệ I A NB SB   L A  LB  20 lg I B NA SA I I0 * Âm chuẩn có f = 1000Hz I0 = 10-12W/m2 * Tai người cảm thụ âm : 0dB đến 130dB Chú ý: Khi I tăng lên 10n lần L tăng thêm 10n (dB) Âm họa âm : - Khi nhạc cụ phát âm có tần số f0 ( âm ) đồng thời phát âm có tần số 2f0, 3f0, 4f0…( họa âm) tập hợp họa âm tạo thành phổ nhạc âm - Tổng hợp đồ thị dao động tất họa âm ta có đồ thị dao động nhạc âm đặc trưng vật lý âm * Dành cho chương trình nâng cao:Tần số đàn phát (hai đầu dây cố định  hai đầu nút sóng) v v k = 2,3,4… có hoạ âm f k ( k  N*) Ứng với k =  âm phát âm có tần số f1  2l 2l bậc (tần số 2f1), bậc (tần số 3f1)… * Tần số ống sáo phát (một đầu bịt kín, đầu để hở  đầu nút sóng, đầu bụng sóng) v v ( k = 1,2,3… có f  (2k  1) ( k  N) Ứng với k =  âm phát âm có tần số f1  4l 4l hoạ âm bậc (tần số 3f1), bậc (tần số 5f1) III ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM I Độ cao : Đặc trưng sinh lí âm gắn liền với tần số Tần số lớn : Âm cao b Mức cường độ âm : L(dB)  10 lg ThuVienDeThi.com Tần số nhỏ : Âm trầm Hai âm có độ cao có tần số II Độ to : Đặc trưng sinh lí âm gắn liền với mức cường độ âm.(ngồi cịn phụ thuộc tần số) Cường độ lớn : Nghe to III Âm sắc : Đặc trưng sinh lí âm giúp ta phân biệt âm nguồn âm khác phát Âm sắc liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm Âm nguồn âm khác phát khác âm sắc Hiệu ứng Doppler: (Dành cho chương trình nâng cao) a Tần số âm tiến lại gần người quan sát: f  b Tần số âm tiến xa người quan sát: f  v  c Tần số âm người quan sát tiến lại gần: f  d Tần số âm người quan sát tiến xa: f  v    v fs ; v  vs v fs ; v  vs v   v      fs : tần số nguồn phát  vs : vận tốc nguồn phát  fs : tần số nguồn phát  vs : vận tốc nguồn phát v  fs ; v v  fs ; v ( v : vận tốc âm nguồn đứng yên)  fs : tần số nguồn phát v  vM  fs ; vs : vận tốc nguồn phát ; Tổng quát: f '  v mvs v : vận tốc máy thu  M  fs : tần số nguồn phát  vn : vận tốc người  fs : tần số nguồn phát  vn : vận tốc người   Với vM  Với vS    (  ) : Máy thu lại gần (  ) : Máy thu xa (  ) : Nguồn thu lại gần (  ) : Nguoàn thu xa   l  k c Cộng hưởng âm:   f  v  nv  ch  2l Chú ý: Dao động học môi trường vật chất đàn hồi dao động cưỡng (dao động sóng, dao động âm) ThuVienDeThi.com ... TRƯNG VẬT LÝ CỦA ÂM I Âm Nguồn âm : Âm : Sóng truyền mơi trường khí, lỏng, rắn Nguồn âm : Một vật dao động phát âm nguồn âm Chú ý: Dao động âm dao động cưỡng có tần số tần số nguồn phát Âm nghe... truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ khối lượng riêng môi trường II Những đặc trưng vật lý âm : Tần số âm : Đặc trưng vật lý quan trọng âm Cường độ âm mức cường độ âm : a Cường độ âm I : Đại lượng đo... nghe được, hạ âm, siêu âm : - Âm nghe được( sóng âm) tần số từ : 16Hz đến 20.000Hz - Hạ âm : Tần số < 16Hz - Siêu âm : Tần số > 20.000Hz Sự truyền âm : a Môi trường truyền âm : Âm truyền qua