10 song am

MỤC LỤC Chủ đề SÓNG ÂM 564 A TÓM TẮT LÍ THUYẾT 564 Sóng âm cảm giác âm 564 Các đặc tính sinh lí âm 565 Các nguồn nhạc âm .566 Vai trò dây đàn bầu đàn đàn ghi ta 566 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 566 Dạng CÁC BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM .566 Sự truyền âm 566 Cường độ âm Mức cường độ âm 570 Phân bố lượng âm truyền 572 Quan hệ cường độ âm, mức cường độ âm nhiều điểm 576 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 579 Dạng CÁC BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NGUỒN NHẠC ÂM 585 Miền nghe 585 Nguồn nhạc âm .585 Chủ đề SĨNG ÂM A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Sóng âm cảm giác âm a Thí nghiệm: Lấy thép mỏng, giữ cố định đầu, đầu tự dao động (xem hình) Khi cho thép dao động vật phát dao động âm Lá thép ngắn tần số dao động lớn Khi tần số nằm khoảng 16 Hz đến 20000 Hz ta nghe thấy âm thép phát b Giải thích + Khi phần thép cong phía làm cho lớp khơng khí liền trước nén lại lớp khơng khí liền sau giãn Do thép dao động làm cho lớp khơng khí nằm sát hai bên bị nén dãn liên tục Nhờ truyền áp suất khơng khí mà nén, dãn lan truyền xa dần, tạo thành sóng dọc khơng khí Sóng có tần số tần số dao động thép Khi sóng truyền đến tai ta làm cho áp suất khơng khí tác dụng lên màng nhĩ dao động với tần số Màng nhĩ bị dao động tạo cảm giác âm c Nguồn âm sóng âm + Nguồn âm: vật dao động phát âm Tần số âm phát tần số dao động nguồn âm + Sóng âm sóng dọc học truyền mơi trường khí, lỏng rắn (khi truyền chất lỏng chất khí sóng dọc truyền chất rắn sóng dọc sóng ngang) + Sóng âm nghe (âm thanh) có tần số nằm khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz + Sóng âm có tần số nhỏ 16 Hz gọi sóng hạ âm Sóng âm có tần số lớn 20000 Hz gọi sóng siêu âm Tai ta không nghe hạ âm siêu âm Một số loài vật nghe hạ âm (con sứa, voi, chim bồ câu ), số khác nghe siêu âm (con dơi, dế, chó, cá heo ) d Môi trường truyền âm Tốc độ truyền âm + Mơi trường truyền âm Sóng âm truyền mơi trường rắn, lỏng, khí, không truyền chân không + Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ mơi trường − Nói chung, vận tốc chất rắn lớn chất lỏng, chất lỏng lớn chất khí − Tốc độ âm thay đổi theo nhiệt độ − Những vật liệu bông, nhung, xốp v.v truyền âm tính đàn hồi chúng Chúng dùng để làm vật liệu cách âm Những đặc trung vật lí âm a Tần số âm: đặc trung vật lí quan trọng âm b Cường độ âm mức cường độ âm + Năng lượng âm: Sóng âm lan đến đâu làm cho phần tử mơi trường dao động Như vậy, sóng âm mang lượng Năng lượng âm tỉ lệ với bình phương biên độ sóng âm + Cường độ âm (I) điểm lượng sóng âm truyền tải qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền âm đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm W/m2 + Mức cường độ âm: (là ngưỡng nghe ứng với âm có tần số 1000 Hz), làm cường độ âm chuẩn chung cho âm có tần số khác Đơn vị mức cường độ âm ben (B) đê−xi−hen (dB); B = 10 (dB), c Đồ thị li độ âm + Muốn cho dễ khảo sát thực nghiệm, người ta chuyển dao động âm thành dao động điện Mắc hai đầu dây micrơ với chốt tín hiệu vào dao động kí điện tử Sóng âm đập vào màng micrô làm cho màng dao động, khiến cho cường độ dịng điện qua micrơ biến đổi theo quy luật với li độ dao động âm Trên hỉnh dao động kí xuất đường cong sáng biểu diễn biến đổi cường độ dòng điện theo thời gian (đồ thị li độ âm) Căn vào đó, ta biết quy luật biến đổi cùa sóng âm truyền tới theo thời gian (Hình 1) Các đặc tính sinh lí âm a Độ cao + Độ cao âm đặc trưng sinh lí âm, phụ thuộc vào tần số âm + Âm có tần số lớn cao Âm có tần số nhỏ thấp (càng trầm) b Âm sắc + Âm sắc đặc trưng sinh lí âm, giúp ta phân biệt âm nguồn khác phát Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm + Sóng âm nhạc cụ phát sóng tổng hợp nhiều sóng âm phát lúc Các sóng có tần số là: f, 2f, 3f, 4f v.v có biên độ A1, A2, A3, A4 khác nhau.  + Âm có tần số f gọi âm hay hoạ âm thứ nhất; âm có tần số 2f, 3f, 4f gọi hoạ âm thứ hai, thứ ba, thứ tư v.v Hoạ âm có biên độ mạnh định độ cao âm mà nhạc cụ phát + Dao động âm tổng hợp dao động tuần hồn khơng điều hồ Đường biểu diễn dao động âm tổng hợp đường hình sin mà đường có tính chất tuần hồn, có hình dạng phức tạp Mỗi dao động tổng hợp ứng với âm sắc định Chính mà hai nhạc cụ khác (đàn kèn chẳng hạn) phát hai âm có độ cao (cùng tần số) có âm sắc hồn tồn khác + Tóm lại, âm sắc phụ thuộc vào hoạ âm cường độ họa âm + Những âm mà dao động chúng có tính chất tuần hồn nói gọi nhạc âm chúng nhạc cụ phát Ngồi nhạc âm cịn có tạp âm hay tiếng động âm mà dao động chúng khơng có tính chất tuần hồn; tiếng đập, gõ, tiếng sấm nổ v.v c Độ to + Độ to âm đặc trưng sinh lí âm phụ thuộc cường độ âm tần số âm + Ngưỡng nghe cùa âm cường độ âm nhỏ âm để gây cảm giác âm Ngưỡng nghe phụ thuộc tần số âm Âm có tần số 1000−5000 (Hz), ngưỡng nghe vào khoảng (còn gọi cường độ âm chuẩn), âm có tần số 50 (Hz), ngưỡng nghe Âm có cường độ âm lớn nghe to Vì độ to âm phụ thuộc tần số âm nên hai âm có cường độ âm, có tần số khác gây cảm giác âm to, nhỏ khác Ví dụ: Âm có tần số 1000 (Hz) với cường độ âm nghe to, đó, âm có tần số 50 (Hz) có cường độ lại âm nhỏ Do cường độ âm khơng đủ đặc trưng cho độ to âm + Ngưỡng đau cường độ âm lớn mà gây cảm giác âm Lúc có cảm giác đau đón tai + Miền nghe miền nằm phạm vi từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau Các nguồn nhạc âm Tiếng hình thành do: + Các dây dao động (ghita, pianô, viôlông) + Các màng dao động ( trống định âm, trống có dây tăng âm) + Các cột khơng khí dao động (sáo, kèn, ô boa, đàn ống) + Các miêng gỗ, tâm đá, thép dao động (đàn phím gỗ, đàn marimba, đàn đá) Vai trò dây đàn bầu đàn đàn ghi ta + Trong đàn ghi ta, dây đàn đóng vai trị vật phát dao động âm Dao động thông qua giá đỡ, dây đàn gắn mặt bầu đàn làm cho mặt bầu đàn dao động + Bầu đàn đóng vai trị hộp cộng hưởng có khả cộng hưởng nhiều tần số khác Bầu đàn ghi ta có hình dạng riêng làm gỗ đặc biệt nên có khả cộng hưởng tăng cường số ho âm xác định, tạo âm sắc đặc trưng cho loại đàn B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn liên quan đến đặc tính vật lý âm Bài tốn liên quan đến nguồn nhạc âm Dạng CÁC BÀI TỐN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM Sự truyền âm * Thời gian truyền âm môi trường môi trường (v2 < v1): * Gọi t thời gian từ lúc phát âm lúc nghe âm phản xạ * Gọi t thời gian từ lúc phát âm lúc nghe âm phản xạ Ví dụ 1: Một người dùng búa gõ vào đầu vào nhôm Người thứ hai đầu áp tai vào nhôm nghe âm tiếng gõ hai lần (một lần qua không khí, lần qua nhơm) Khoảng thời gian hai lần nghe 0,12 s Hỏi độ dài nhôm bao nhiêu? Biết tốc độ truyền âm nhơm khơng khí 6260 (m/s) 331 (m/s) A 42 m B 299 m C 10 m D 10000 m Hướng dẫn Chọn A Ví dụ 2: Một người dùng búa gõ nhẹ vào đường sắt cách 1376 m, người thứ hai áp tai vào đường sắt nghe thấy tiếng gõ sớm 3,3 s so với tiếng gõ nghe khơng khí Tốc độ âm khơng khí 320 m/s Tốc độ âm sắt A 1582 m/s B 1376 m/s C 1336 m/s D 1348 m/s Hướng dẫn Chọn B Ví dụ 3: Sóng âm truyền chất rắn sóng dọc sóng ngang lan truyền với tốc độ khác Tại trung tâm phòng chống thiên tai nhận hai tín hiệu từ vụ động đất cách khoảng thời gian 270 s Hỏi tâm chấn động đất cách nơi nhận tín hiệu bao xa? Biết tốc độ huyền sóng lịng đất với sóng ngang sóng dọc km/s km/s A 570 km B 730km C 3600 km D 3200 km Hướng dẫn Theo ra: Chọn C Chú ý: Tốc độ âm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường tuân theo hàm bậc nhất: Ví dụ 4: Từ điểm A sóng âm có tần số 50 Hz huyền tới điểm B với tốc độ 340 m/s khoảng cách từ A đến B số nguyên lần bước sóng Sau đó, nhiệt độ mơi trường tăng thêm 20°K khoảng cách từ A đến B số nguyên lần bước sóng số bước sóng quan sát hên AB giảm bước sóng Biết rằng, nhiệt độ tăng thêm 1°K tốc độ âm tăng thêm 0,5 m/s Hãy tìm khoảng cách AB A 484 m B 476 m C 238 m D 160 m Hướng dẫn Chọn C Ví dụ 5: Một sóng âm có tần số xác định truyền khơng khí nước với tốc độ 320 m/s 1440 m/s Khi sóng âm truyền từ nựớc khơng khí bước sóng A tăng 4,4 lần B giảm 4,5 lần C tăng 4,5 lần D giảm 4,4 lần.  Hướng dẫn Chọn B Ví dụ 6: Một thép mỏng, đầu cố định, đầu cịn lại kích thích để dao động với chu kì khơng đổi 0,04 ms Âm thép phát A âm mà tai người nghe B nhạc âm C hạ âm D siêu âm Hướng dẫn * Sóng âm nghe sóng học có tần số khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz * Sóng có tần số lớn 20000 Hz gọi sóng siêu âm * Sóng có tần số nhỏ 16 Hz gọi sóng hạ âm Chọn D Ví dụ 7: Một nam châm điện dùng dịng điện xoay chiều có chu kì 62,5 (μs) Nam châm tác dụng lên thép mỏng làm cho thép dao động điều hịa tạo sóng âm Sóng âm phát truyền khơng khí là: A Âm mà tai người nghe B Sóng ngang C Hạ âm D Siêu âm Hướng dẫn Tần số dòng điện fđ = 16000(Hz) Tần số dao động thép :f = 2fd = 32000 (Hz) > 20000(Hz) Chọn D Ví dụ 8: Một người đứng gần chân núi hú lên tiếng Sau s nghe tiếng vọng lại, biết tốc độ âm khơng khí 340 m/s Khoảng cách từ chân núi đến người A 1333 m B 1386 m C 1360 m D 1320 m Hướng dẫn Thời gian sóng âm phải thỏa mãn: = 1360(m) => Chọn C Ví dụ 9: Tai người khơng thể phân biệt âm giống chúng tới tai chênh thời gian lượng nhỏ 0,ls Một người đứng cách tường khoảng L, bắn phát súng Người nghe thấy tiếng nổ L thỏa mãn điều kiện tốc độ âm khơng khí 340 m/s A L ≥17 m B L 17 m C L ≥34m D L 34m Hướng dẫn  Thời gian sóng âm phải thỏa mãn: Chọn B Ví dụ 10: Một người thả viên đá từ miệng giếng đến đáy giếng khơng nước sau sau nghe thấy tiếng động viên đá chạm đáy giếng? Cho biết tốc độ âm khơng khí 300 m/s, lấy g = 10 m/s Độ sâu giếng 11,25 m A 1,5385 s B 1,5375 s C 1,5675 s D s Hướng dẫn Giai đoạn 1: Hòn đá rơi tự Giai đoạn 2: Hòn đá chạm vào đáy giếng phát âm truyền đến tai người Thời gian vât rơi: Thời gian âm truyền từ đáy đến tai người : 0,0375(s) = 1,5375(5) => Chọn B Ví dụ 11: Một người thả viên đá từ miệng giếng đến đáy giếng cạn 3,15 s sau nghe thấy tiếng động viên đá chạm đáy giếng Cho biết tốc độ âm không khí 300 m/s, lấy g = 10 m/s2 Độ sâu giếng A 41,42 m B 40,42 m C 45,00 m D 38,42 m Hướng dẫn: Thời gian vât rơi: Thời gian âm truyền từ đáy đến tai người : Chọn C Ví dụ 12: Các dơi bay tìm mồi cách phát sau thu nhận sóng siêu âm phản xạ từ mồi Giả sử dơi muỗi bay thẳng đến gần với tốc độ so với Trái Đất dơi 19 m/s, muỗi m/s Ban đầu, từ miệng dơi phát sóng âm, gặp muỗi sóng phản xạ trở lại, dơi thu nhận sóng sau 1/6 s kể từ phát Tốc độ truyền sóng âm khơng khí 340 m/s Khoảng thời gian để dơi gặp muỗi (kể từ phát sóng) gần với giá trị sau đây? A s B 1,5 s C 1,2 s D 1,6 s Hướng dẫn: Gọi A, B vị trí ban đầu dơi muỗi; M N vị trí muỗi gặp sóng siêu âm lần đầu vị trí dơi nhận sóng siêu âm phản xạ lần đầu Quãng đường dơi quãng đường sóng siêu âm sau thời gian 1/6 s là: Thời gian muỗi từ B đến M thời gian sóng siêu âm từ A đến M: Quãng đường muỗi từ B đến M: Gọi Δt khoảng thời gian để dơi gặp muỗi: Chọn B Cường độ âm Mức cường độ âm Cường độ âm I (Đơn vị W/m 2) điểm lượng gửi qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền âm điểm đơn vị thời gian: Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm: Mức cường âm L đươc định nghĩa , với I cường độ âm −12 điểm xét I0 cường độ âm chuẩn (I = 10 W/m2) ứng với tần số f = 1000 Hz Đơn vị l ben (B) đêxiben 1dB = 0,1B Ví dụ 1: Tại điểm phương truyền sóng âm với biên độ 0,2mm có cường độ âm W/m2 Cường độ âm điểm dố biên độ âm 0,3 mm? A 2,5 W/m2 B 3,0 W/m2 C 4,0 W/m2 D 4,5 W/m2 Hướng dẫn Chọn D Chú ý: Nếu liên quan đến cường độ âm mức cường độ â ta sử dụng công thức Thực tế, mức cường độ âm thường đo đơn vị dB nên ta đối đơn vị Ben để tính tốn thuận lợi Ví dụ 2: Tại điểm A nằm cách xa nguồn âm có mức cường độ âm 90dB Cho cường độ âm chuẩn 10−12 (W/m2) Cường độ âm A là: A 10−5 (W/m2) B 10−4 (W/m2) C 10−3 (W/m2) D 10−2 (W/m2) Hướng dẫn Đổi L = 90 dB = B Chọn C Ví dụ 3: Khi nguồn âm phát với tần số f cường độ âm chuẩn 10 −12 (W/m2) mức cường độ âm điểm M cách nguồn khoảng r 40 dB Giữ nguyên công suất phát thay đổi f để cường độ âm chuấn 10 −10 (W/m2) M, mức cường độ âm A 80 dB B 60 dB C 40 dB D 20 dB Hướng dẫn Chọn D 10 ... chuẩn 10? ??12 (W/m2) Cường độ âm A là: A 10? ??5 (W/m2) B 10? ??4 (W/m2) C 10? ??3 (W/m2) D 10? ??2 (W/m2) Hướng dẫn Đổi L = 90 dB = B Chọn C Ví dụ 3: Khi nguồn âm phát với tần số f cường độ âm chuẩn 10 −12... AB = 100 m, AC = 250 m Khi đặt A nguồn điểm phát âm cơng suất P mức cường độ âm B 100 dB Bỏ nguồn âm A, đặt B nguồn điểm phát âm cơng suất 3P mức cường độ âm A C A .103 dB 99.5 dB B 105 dB 101 dB... tồn không hấp thụ âm Giả sử nguồn âm môi trường đẳng hướng Chọn phương án A aM = 2aN B aM = aN C aM − 4aN Hướng dẫn  D aM − aN Chọn C Ví dụ 7: Công suất âm cực đại máy nghe nhạc 20 W Cho rằng,