Ly thuyet bai tap ve song co chon loc co dap an vat li 12

CHUYÊN ĐỀ : SÓNG CƠ HỌC CHỦ ĐỀ I: ĐẠI CƯƠNG SÓNG CƠ HỌC I Hệ thống kiến thức liên quan : Định nghĩa sóng học: - Sóng học dao động lan truyền môi trường theo thời gian Phân loại: +Sóng ngang: sóng phần tử mơi trường dao động theo phương vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền mặt chất lỏng chất rắn +Sóng dọc: sóng Trong phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền mơi trường rắn, lỏng, khí Các đặc trưng trình truyền sóng: + Biên độ sóng (A) biên độ dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua + Chu kỳ sóng (T) chu kỳ dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua, chu kỳ dao động nguồn tạo sóng Đại lượng gọi tần số sóng (chu kì tần số sóng không phụ thuộc vào chất môi trường mà phụ thuộc vào nguồn sóng) + Tốc độ truyền sóng (v) tốc độ truyền pha dao động môi trường Đối với mơi trường, tốc độ truyền sóng có giá trị khơng đổi, ( tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào chất mơi trường như: mật độ, tính đàn hồi, nhiệt độ) + Bước sóng quãng đường mà sóng truyền chu kỳ Bước sóng khoảng cách hai điểm phương truyền sóng, gần dao động pha Những điểm cách số nguyên lần bước sóng phương truyền dao động pha Những điểm cách số lẻ lần nửa bước sóng phương truyền dao động ngược pha + Năng lượng sóng lượng dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua Phương trình sóng: + Nếu dao động nguồn sóng (tại gốc tọa độ) có dạng: ban đầu phương trình sóng M có dạng với pha Các dạng tập thường gặp Dạng 1: Tìm , T, v Bước sóng : λ=vT = v f Những điểm dao động pha: d = nλ Những điểm dao động ngược pha: d = (n + ½ )λ Độ lệch pha hai điểm dao động phương truyền: Δϕ= π Δd λ (chú ý cơng thức áp dụng giải tập nhiều) Ví dụ 1: Một người ngồi bờ biển quan sát thấy khoảng cách hai sóng liên tiếp 10 m Ngồi người đếm 20 sóng qua trước mặt Trong 76 (s) a) Tính chu kỳ dao động nước biển b) Tính vận tốc truyền nước biển Phân tích hướng dẫn giải: a) Khi người quan sát 20 sóng qua sóng thực qng đường 19λ Thời gian tượng ứng để sóng lan truyền quãng đường 19T, theo ta có 19T = 76 → T = (s) b) Khoảng cách hai sóng liên tiếp bước sóng, λ = 10 m Tốc độ truyền sóng tính theo công thức v = \f(λ,T = \f(10,4 = 2,5 m/s Ví dụ 2: Một sóng lan truyền với tần số ƒ = 500 Hz, biên độ A = 0,25 mm Sóng lan truyền với bước sóng λ = 70 cm Tìm a) tốc độ truyền sóng b) tốc độ dao động cực đại phần tử vật chất mơi trường Phân tích hướng dẫn giải: a) Ta có λ = \f(v,f → v = λƒ = 0, 7.500 = 350 m/s b) Tốc độ cực đại phần tử môi trường: v MAx = ω.A = 2πƒ.A = 2π.500.0,25.10-3 = 0,25π = 0,785 m/s Ví dụ 3: Một nguồn sóng học dao động điều hồ theo phương trình x = a.cos(10πt + π/2) Khoảng cách gần phương truyền sóng hai điểm mà phân tử mơi trường lệch pha góc π/2 m Tìm v =? Phân tích hướng dẫn giải: π.d π Δϕ= = λ ⇒ λ = 4.d = 20 m ⇒ v = λ.f = 100 m/s Ví dụ 4: Tại điểm S mặt nước yên tĩnh có nguồn dao động điều hoà theo phương thẳng với tần số f Khi đó, mặt nướchình thành hệ sóng đồng tâm Tại điểm M,N cách cm đường thẳng qua S dao động ngược pha Biết tốc độ truyền sóng mặt nước 80 cm/s tần số dao động nguồn có giá trị khoảng từ 46 đến 64 Hz Tìm tần số dao động nguồn? Phân tích hướng dẫn giải: Ta có điểm M, N dao động ngược pha: Δϕ= π Δd 2d = λ = (2k +1)π ⇔ 2πd = (2k +1)πλ ⇔ λ k +1 Ta có : v = λ f ⇒ v v (2 k +1) 80(2 k +1 ) = d = f= λ = 16k + Từ giả thiết tốn ta có: 46 < 16k + < 64 ⇔ 38 < 16k < 56 ⇔ 2,375 < k < 3,5 Vì k ∈ Ζ nên chọn k = Vậy tần số dao động nguồn : f = 16.3 + = 56 Hz π t) ( Ví dụ 5: Biểu thức sóng điểm nằm dây cho u = 6.sin cm Vào lúc t, u = cm, vào thời điểm sau 1,5 s u có li độ ? Phân tích hướng dẫn giải: Cách : Dùng vòng tròn lượng giác: π π Lúc Δt = 1,5 s ta có Δφ = ωt = = Ban đầu vật li độ uo = cm M0 Ta có cosφ0 =1/2 ⇒ φ0 = π/3 Sau thời gian Δt giả sử vật li độ u M , ta có φ = Δφ - φ0 = π/6 u Ta có cosφ = a π u = ⇒ cos 6 ⇒ u = 3√ cm CHỦ ĐỀ II: GIAO THOA SÓNG CƠ I Hệ thống kiến thức liên quan : Hiện tượng giao thoa sóng tượng có hai sóng kết hợp gặp làm xuất chỗ hai sóng tăng cường nhau, nằm xen kẽ chỗ hai sóng triệt tiêu Hiện tượng giao thoa tượng đặc trưng sóng Điều kiện để có tượng giao thoa hai sóng phải xuất phát từ hai nguồn kết hợp, nghĩa hai nguồn dao động phương, tần số có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian Hai sóng hai nguồn kết hợp tạo gọi hai sóng kết hợp Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa: Với hai nguồn phát sóng kết hợp, pha (hai nguồn đồng bộ) + Những điểm có biên độ dao động cực đại điểm mà hiệu đường hai sóng từ hai nguồn truyền tới số nguyên lần bước sóng Tại hai dao động thành phần pha + Những điểm có biên độ dao động cực tiểu điểm mà hiệu đường hai sóng từ hai nguồn truyền tới số bán nguyên lần bước sóng Tại hai dao động thành phần ngược pha Sự nhiễu xạ sóng: Hiện tượng sóng gặp vật cản lệch khỏi phương truyền thẳng sóng vịng qua vật cản gọi nhiễu xạ sóng Các dạng tập thường gặp Dạng Bài tập xác định điểm thuộc cực đại, cực tiểu Ví dụ 1: Thực thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước với hai nguồn pha có tần số 10 Hz, vận tốc truyền sóng mặt nước ℓà v = 50 cm/s Hỏi vị trí M cách nguồn đoạn d1 = 20 cm cách nguồn đoạn d2 = 25 cm, ℓà điểm cực đại hay cực tiểu, cực đại hay cực tiểu số mấy? A Cực tiểu số B Cực đại số C Cực đại số D Cực tiểu Hướng dẫn: [ Đáp án B] Ta có: d2 - d1 = 25 - 20 = 5cm  = \f(v,f = \f(50,10 = cm Vì d =   k = Vậy điểm M nằm đường cực đại số Ví dụ 2: Thực thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước với hai nguồn pha có tần số 10 Hz, vận tốc truyền sóng mặt nước ℓà v = 50 cm/s Hỏi vị trí M cách nguồn đoạn d1 = 17,5 cm cách nguồn đoạn d2 = 25 cm, ℓà điểm cực đại hay cực tiểu, cực đại hay cực tiểu số mấy? A Cực tiểu số B Cực đại số C Cực đại số D Cực tiểu Ví dụ 3: Thực thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước với hai nguồn pha có tần số ℓà 10 Hz M ℓà điểm cực đại có khoảng cách đến nguồn ℓà d = 25 cm cách nguồn ℓà d2 = 35 cm Biết M đường trung trực cịn có cực đại Xác định vận tốc truyền sóng mặt nước A 50m/s B 0,5 cm/s C 50 cm/s D 50mm/s Hướng dẫn: [ Đáp án C] Vì M đường trung trực cịn đường cực đại nữa, nên M nằm đường cực đại thứ  k = Ta có: dM = d2 - d1 = 35 - 25 = 2.   = cm  v = .f = 5.10 = 50 cm Ví dụ4: Thực thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước với hai nguồn pha có tần số ℓà 10 Hz M ℓà điểm cực tiểu có khoảng cách đến nguồn ℓà d1 = 25 cm cách nguồn ℓà d2 = 40 cm Biết M đường trung trực cịn có cực đại Xác định vận tốc truyền sóng mặt nước A 50m/s B 0,5 m/s C cm/s D 50mm/s Hướng dẫn: [Đáp án B] Vì M nằm đường cực tiểu M đường trung trực cịn có cực đại  M nằm đường cực tiểu số d = d2 - d1 = 40 - 25 = (1 + \f(1,2)   = 5cm  v = .f = 5.10 = 50 cm/s Dạng 2: Tìm số điểm dao động cực đại, cực tiểu đoạn (hoặc khoảng) AB Chú ý: nguyên tắc khoảng (ta lấy không lấy dấu bằng), đoạn (ta lấy dấu bằng) Tuy nhiên nguồn A, B điểm dao động cực đại cực tiểu nên ta không lấy cực đại, cực tiểu nguồn A, B Phương pháp giải: • Số cực đại: • Số cực tiểu: Câu Hai nguồn sóng AB cách dao động chạm nhẹ mặt chất lỏng, số 80 Hz, pha theo phương vng vng góc với mặt chất lỏng Vận tốc truyền sóng 16 m / s Số điểm không dao động đoạn AB = 90 cm là: A điểm B điểm C điểm D 10 điểm Lời giải: + Ta có: Bước sóng = 0,2 m = 20 cm + Do nguồn pha nên số điểm không dao động AB số giá trị k nguyên thỏa mãn: có giá trị k thỏa mãn yêu cầu nên có điểm AB khơng dao động Chọn đáp án C Câu [Trích đề thi đại học năm 2013] Trong thí nghiệm giao thoa sóng nước, hai nguồn sóng kết hợp dao động pha đặt hai điểm A B cách 16 cm Sóng truyền mặt nước với bước sóng cm Trên đoạn AB, số điểm mà phần tử nước dao động với biên độ cực đại A B 10 C 11 D 12 Chọn đáp án C Lời giải: + Do nguồn pha nên số điểm cực đại AB số giá trị k nguyên thỏa mãn: 5,33 < k < 5,3→ k = ±5, + + 1, có 11 giá trị k thỏa mãn yêu cầu nên có 11 điểm AB dao động cực đại Dạng 3: Tìm số điểm dao động cực đại, cực tiểu đoạn (hoặc khoảng) MN Phương pháp giải: +) Từ yêu cầu đề viết điều kiện cực đại (hoặc cực tiểu ) ta có: d2 − d1 = f (k) +) Tính d2 − d1 hai đầu mút M N Tại M: d2 = MB, d1 = MA → d2 − d1 = MB − MA TạiN: d2 = NB, d1 = NA→ d2 − d1 = NB − NA Giải bất phương trình: MB − MA < d2 – d1 = f (k) < NB – NA (với giả sử NB − NA > MB − MA) Số giá trị k nguyên thỏa mãn điều kiện số điểm cực đại (cực tiểu) cần tìm Chú ý: Nếu xét đoạn mà M N trùng với nguồn ta khơng tính nguồn điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu Câu Hai nguồn sóng S1 S2 mặt chất lỏng cách 24 cm dao động theo phương trình u1 = u2 = 5cos(30πt), lan truyền mơi trường với tốc độ v = 75 cm/s Xét điểm M cách S1 khoảng 18 cm vng góc với S,S2 S Xác định số đường cực đại qua S2M A B C D 10 Lời giải: Ta có: f = 15 Hz Bước sóng Tại M ta có: = cm =12cm Tại S2 ta có: = −24 cm Do nguồn pha nên số cực đại qua S2M số giá trị k thỏa mãn → −24 < kλ < 12 → −4,8 < k < 2,4 → k = −4, −3, ±2, ± 1,0 → có giá trị k thỏa mãn yêu cầu Câu Trong thí nghiệm giao thoa sóng mặt nuớc Hai nguồn kết hợp A B pha cách 10 cm Tại điểm M mặt nước cách A B d1 = 40 cm d2 = 34 cm dao động có biên độ cực đại Giữa M đường trung trực AB có cực đại khác Trên khoảng MA số điểm không dao động là: A điểm B điểm C điểm D điểm Lời giải: Do M trung trực AB có dãy cực đại nên M thuộc cực đại số Khi d1 − d2 = 2λ → λ = cm Tại M ta có: d1 − d2 = cm Tại A ta có: d1 − d2 = −AB = −10cm Điều kiện cực tiểu: d1 − d2 = (k + 0,5)λ Cho −10 < (k + 0,5)λ < → −3,88 < k < l,5 → k = −3;−2;±l;0→ có điểm không dao động Câu Trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B cách 24 cm dao động với phương trình u1 = u2 = 4cos(40πt + π/6)cm Hai điểm CD nằm mặt nước mà ABCD hình chữ nhật với AD = 18 cm Biết vận tốc truyền song mặt nước v = 40 cm/s Số điểm cực đại đứng yên đoạn CD : A 13 14 B 13 12 C 11 12 D 11 13 Lời giải: Ta có: f = 20 Hz → λ = v/f = cm AC = BD = = 30 cm Tại D ta có: d1 − d2 = −12 cm Tại C ta có: d1 − d2 = 12 cm Số cực đại CD số giá trị k nguyên thỏa mãn: có13 cực đại −6 < k < suy Số cực tiểu: 0→ −6,5 Khoảng thời gian n lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng Δt = (n − l)T/2 2) Khoảng thời gian ngắn điểm dao động dây từ vị trí cân (tốc độ dao động cực đại) đến vị trí biên (tốc độ dao động 0) T/4 Ví dụ 6: Dây AB dài 90 cm đầu A gắn với nguồn dao động (xem A nút) đầu B tự Quan sát thấy dây có nút sóng dừng khoảng thời gian lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng 0,25 s Tính tốc độ truyền sóng dây Tính khoảng cách từ A đến nút thứ A 10 m/s 0,72 m B 0,72 m/s 2,4 m C 2,4 m/s 0,72 m D 2,4 m/s 10 cm Hướng dẫn Thay vào công thức Δt = (n − l)T/2 ta 0,25 = (6 − l)T/2 => T = 0,1 s Một đầu nút đầu bụng (trên dây có nút nên k = 8): 12 Khoảng cách từ A đến nút thứ 7: Chọn C Ví dụ 7: Một mảnh đàn hồi OA có đầu A tự do, đầu O kích thích dao động theo phương vng góc với có bụng sóng dừng với O nút A bụng Tốc độ truyền sóng (m/s) khoảng thời gian hai lần liên tiếp tốc độ dao động điểm A cực đại 0,005 (s) Chiều dài OA A 14 cm B 15 cm C 7,5 cm D 30 cm Hướng dẫn => Chọn B Ví dụ 8: Sóng dừng (ngang) sợi dây đàn hồi dài, hai điểm A B dây cách 135 cm, A nút B bụng Không kể nút A đoạn dây AB cịn có thêm nút sóng Thí nghiệm cho thấy khoảng thời gian hai lần liên tiếp vận tốc dao động điểm B đổi chiều 0,01 (s) Tốc độ truyền sóng dây là: A 20 m/s B 30m/s C 25 m/s D 12,5 m/s Hướng dẫn Chọn B Dùng nam châm để kích thích sóng dừng Nếu dùng nam châm điện mà dịng điện xoay chiều có tần số fđ để kích thích dao động sợi dây thép chu kì dịng điện nam châm hút mạnh lần ^ khơng hút lần nên kích thích dây dao động với tần số f = 2f đ Cịn dùng nam châm vĩnh cửu f = f(t) Ví dụ 1: Một nam điện có dịng điện xoay chiều tần số 50 Hz qua Đặt nam châm điện phía dây thép AB căng ngang với hai đầu cố định, chiều dài sợi dây 60cm Ta thấy dây có sóng dừng với bó sóng Tốc độ truyền sóng dây A 60 m/s B 30 cm/s C 16 m/s D 300 cm/s Hướng dẫn Khi có dịng điện xoay chiều chạy qua, nam châm điện tác dụng lên dây lực tuần hoàn làm dây dao động cưỡng Trong chu kì, dịng điện có độ lớn cực đại lần nên hút dây mạnh lần, tần số dao động dây lần tần số dòng điện f = 2.f = 2.50 =100 Hz Vì có bó sóng hai đầu nút nên = 60(cm) Vậy Chọn A Ví dụ 2: Một sợi dây thép dài 1,2 m căng ngang phía nam châm điện Cho dịng điện xoay chiều chạy qua nam châm điện dây thép xuất sóng dừng với 13 bụng sóng với hai đầu hai nút Nếu tốc độ truyền sóng dây 20 m/s tần số dòng điện xoay chiều A 50 Hz B 100 Hz C 60 Hz D 25 Hz Hướng dẫn Trên dây hai đầu cố định có bụng nên: fđ Chọn D Thay đổi tần số để có sóng dừng Nếu cho biết f1 ≤ f ≤ f2 v1 ≤ v ≤ v2 dựa vào điều kiện sóng dừng để tìm f theo k V theo k thay vào điều kiện giới hạn nói Hai đầu cố định: Một đầu cố định, đầu tự do: Ví dụ 1: Sóng dừng sợi dây đàn hồi dài Hai điểm A B dây cách m hai nút Biết tần số sóng khoảng từ 300 (Hz) đến 450 (Hz) Tốc độ truyền dao động 320 (m/s) Xác định f A 320Hz B 300Hz C 400Hz D 420Hz Hướng dẫn Chọn A Ví dụ 2: Một sợi dây có chiều dài 1,5 m đầu cố định đầu tự Kích thích cho sợi dây dao động với tần số 100 Hz dây xuất sóng dừng Tốc độ truyền sóng dây nằm khoảng từ 150 m/s đến 400 m/s Xác định bước sóng A 14 m B m C m D cm Hướng dẫn Chọn B Chú ý: Khi tất điều kiện không thay đổi, thay đổi tần số số nút tăng thêm số bụng tăng thêm nhiêu Hai đầu nút : Một đầu nút, đầu bụng : Ví dụ 3: Một sợi dây AB dài 18 m có đầu A để tự do, đầu B gắn với cần rung với tần số f thay đổi Ban đầu dây có sóng dừng với đầu A bụng đầu B nút Khi tần số f tăng thêm Hz số nút dây tăng thêm 18 nút A bụng B nút Tính tốc độ truyền sóng sợi dây A 1,5 m/s B 1,0 m/s C 6,0 m/s D 3,0 m/s 14 Hướng dẫn Chọn C Ví dụ 4: Một sợi dây CD dài m, đầu C cố định, đầu D gắn với cần rung với tần sồ thay đổi D coi nút sóng Ban đầu dây có sóng dừng Khi tần số tăng thêm 20 Hz số nút dây tăng thêm nút Sau khoảng thời gian sóng phản xạ từ C truyền hết lần chiều dài sợi dây A 0,175 s B 0,07 s C 1,2 s D 0,5 s Hướng dẫn Thời gian sóng truyền từ C đến D: Chọn A Chú ý: Có nhiều tần số tạo sóng dừng, để tìm tần số nhỏ khoảng cách tần số đó, ta dựa vào điều kiện sóng dừng: * Hai đầu cố định: (Hiệu hai tần số liền kề tần số nhỏ nhất) * Một đầu cố định, đầu tự do: (Hiệu hai tần số liền kề gấp đổi tần số nhỏ nhất) Ví dụ 5: Người ta tạo sóng dừng sợi dây căng điểm cố định Hai tần số gần tạo sóng dừng dây 150 Hz 200 Hz Tần số nhỏ tạo sóng dừng dây A 50 Hz B 125 Hz C 75 Hz D 100 Hz Hướng dẫn Vì hai đầu cố định nên Chọn A Kinh nghiệm: 1) Nếu có tần số liên tiếp f f2 mà tỉ số tần số chúng số nguyên liên tiếp tần số nhỏ tạo sóng dừng dây Ở ví dụ trên: f 1/f2 = 3/4 nên fmin = 200 −150 = 50 Hz 2) Nếu có tần số liên tiếp mà tỉ số tần số chúng số nguyên lẻ liên tiêp tần số nhỏ tạo sóng dừng dây fmin = 0,5|f1 – f2| Ví dụ 6: Một sợi dây đàn hồi dài có sóng dừng với hai tần số liên tiếp 45 Hz 75 Hz Chọn phương án A Dây có đầu cố định đầu tự Tần số nhỏ để có sóng dừng 30 Hz 15 B Dây có đầu cố định đầu tự Tần số nhỏ để có sóng dừng 15 Hz C Dây có hai đầu cố định Tần số nhỏ để có sóng dừng 30 Hz D Dây có hai đầu cố định Tần số nhỏ để có sóng dừng 15 Hz Hướng dẫn Cách 1: Nếu sợi dây đầu cố định đầu tự thì: Chọn B Cách 2: Xét tỉ số nên fmin = 0,5|f1 – f2| = 15Hz sợi có đầu cố định đầu tự Chọn B Ví dụ 7: Một sợi dây đàn hồi đầu cố định, đàu gắn với âm thoa dao động nhỏ (xem nút) có tần số thay đổi Khi thay đổi tần số âm thoa thấy với giá trị liên tiếp tần số 28 Hz 42 Hz dây có sóng dừng Hỏi tăng dần giá trị tần số từ Hz đến 50 Hz có giá trị tần số để dây lại có sóng dừng Coi vận tốc sóng chiều dài dây không đổi A giá trị B giá trị C giá trị D 3giá trị Hướng dẫn Vì sợi dây hai đầu cố định nên Thay vào điều kiện < f < 50 Chọn D Ví dụ 8: Một sợi dây đàn hồi, đầu gắn với âm thoa có tần số thay đổi (đầu xem nút) Khi thay đổi tần số âm thoa thấy với giá trị liên tiếp tần số 21 Hz 35 Hz dây có sóng dừng Hỏi tăng dần giá trị tần số từ Hz đến 50 Hz có giá trị tần số để dây lại có sóng dừng Coi vận tốc sóng chiều dài dây không đổi A giá trị B giá trị C giá trị D giá trị Hướng dẫn Xét tỉ số: nên sợi dây có đầu cố định đầu tự Các tần số viết dạng: f = (2k− 1).7 (Hz) Thay vào điều kiện < f < 50 Hz =>0,5 < f < 4,07 => f = 1;2;3;4 => Chọn C Ví dụ 9: Một sợi dây đàn hồi đầu cố định, đầu tự Tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng f Tăng chiều dài thêm m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng Hz Giảm chiều dài bớt m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng 20 Hz Giá trị f0 A 10 Hz B Hz C 120/13 Hz D Hz Hướng dẫn Vì sợi dây đầu cố định đầu tự nên điều kiện sóng dừng 16 Áp dụng cơng thức cho hai trường hợp: Chọn C Chú ý: 1) Lúc đầu đầu cố định đầu tự dây có sóng dừng với tần số f: (số nút = số bụng = n) * Sau đó, giữ đầu cố định hai đầu dây có sóng dừng với tần số f: Tần số nhỏ nhất: Độ thay đổi tần số: Ta thấy k = n Đến ta rút cơng thức giải nhanh: CHỦ ĐỀ IV: SÓNG ÂM – NGUỒN NHẠC ÂM I Hệ thống kiến thức liên quan : Sóng âm (gọi tắt âm) sóng truyền mơi trường khí, lỏng, rắn Sóng âm không truyền chân không + Tần số âm phát tần số dao động nguồn âm khơng đổi q trình truyền âm + Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi khối lượng riêng mơi trường Nó thay đổi theo nhiệt độ + Trong chất khí chất lỏng sóng âm sóng dọc Trong chất rắn sóng âm gồm sóng dọc sóng ngang + Sóng âm truyền đến tai người gây cảm giác âm Cảm giác âm phụ thuộc vào nguồn âm tai người nghe + Những âm gây cảm giác âm tai người gọi âm nghe được, có tần số từ 16 Hz đến 20.000 Hz + Âm có tần số nhỏ 16 Hz gọi hạ âm Âm có tần số lớn 20.000 Hz gọi siêu âm Đặc trưng vật lý âm + Tần số âm đặc trưng vật lý quan trọng âm Âm có tần số xác định, thường nhạc cụ phát gọi nhạc âm 17 + Cường độ âm I điểm đại lượng đo lượng lượng mà sóng âm truyền qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm + Mức cường độ âm: Đại lượng gọi mức cường độ âm âm I (so với âm ) (dB) Trong cường độ âm chuẩn Đơn vị mức cường độ âm ben (B) Người ta thường dùng đơn vị đêxiben Nếu tính theo đơn vị đêxiben thì: Khi L = 10 dB = B ; L = 20 dB = B ; L = 30 dB = B ;… + Âm họa âm: Khi nhạc cụ phát âm có tần số f o nhạc cụ đồng thời phát loạt âm có tần số 2f o, 3fo, 4fo,…có cường độ khác Âm có tần số fo gọi âm hay họa âm thứ Các âm có tần số 2f o, 3fo, 4fo,…gọi họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư,… Tập hợp họa âm tạo thành phổ nhạc âm + Đồ thị dao động âm:Tổng hợp đồ thị dao động tất họa âm nhạc âm ta đồ thị dao động nhạc âm Đồ thị dao động âm đặc trưng vật lý âm Đồ thị dao động nhạc âm nhạc cụ khác phát hồn tồn khác Đặc trưng sinh lý âm + Độ cao âm đặc trưng sinh lý âm gắn liền với tần số âm Âm có tần số lớn gọi âm cao hay âm bổng, âm có tần số nhỏ gọi âm thấp hay âm trầm + Độ to âm đặc trưng sinh lý âm gắn liền với tần số mức cường độ âm Với cường độ âm, tai người nghe âm có tần số cao “to” âm có tần số thấp + Âm sắc: Các nhạc cụ khác phát âm có độ cao có sắc thái khác Đặc trưng âm gọi âm sắc Âm sắc đặc trưng sinh lý âm dựa tần số biên độ Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm Âm sắc giúp ta phân biệt âm nguồn khác phát Để gây cảm giác âm tai người mức cường độ âm phải có giá trị miền nghe Miền nghe nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau + Giá trị nhỏ mức cường độ âm mà gây cảm giác âm tai người gọi ngưỡng nghe Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm + Khi mức cường độ âm đạt 130 (dB) ứng với cường độ âm tần số gây cho người nghe cảm giác nhức nhối, đau đớn Giá trị gọi ngưỡng đau II Bài tập mức cường độ âm 18 I I L(B) = lg I hay L(dB) = 10.lg I , : I cường độ âm điểm; I0 cường độ âm chuẩn Ví dụ 1: Mức cường độ âm tăng thêm 30 dB cường độ âm tăng lên lần? Phân tích hướng dẫn giải: I1 I2 Ta có : L1 = 10.lg I L2 = 10.lg I Mà theo đề bài, ta có: L1 – L2 = 30 dB I2 ⇒ 10.lg I I1 I2 I1 I2 - 10.lg I = 30 ⇔ lg I - lg I = ⇔ lg I =3=lg 103 I2 ⇔ I1 = 103 Vậy cường độ âm tăng lên 103 = 1000 lần Ví dụ 2: Mức cường độ âm L = 40 dB Hãy tính cường độ âm theo đơn vị W/m2 Cho biết cường độ ngưỡng nghe âm chuẩn : I0 = 10-12 W/m2 Phân tích hướng dẫn giải: I Ta có : L = 10.lg I I ⇔ lg I = = lg 104 I ⇔ I = 104  Do cường độ âm là: I = I0.104 = 10-12.104 = 10-8 W/ m2 Ví dụ 3: Một nguồn âm phát âm với tần số f1 cường độ âm chuẩn ứng với tần số f1 I01 = 10-12 W/m2 Tại điểm M cách nguồn khoảng r có mức cường độ âm L = 40 dB Giử nguyên công suất phát âm để cường độ âm M không đổi thay đổi tần số phát âm để tần số âm f cường độ âm chuẩn ứng với tần số f I02 = 10-10 W/m2 Khi M mức cường độ âm L2 A 80 dB B 60 dB C 40 dB D 20 dB I 01 I 01 I I 10 12  10 Giải: L2 - L1 = lg I 02 - lg I 01 = lg I 02  L2 = lg I 02 + L1 = lg 10 + = Đáp án D Ví dụ 4: Dây đàn thứ tư đàn ghi-ta trạng thái tự phát âm ứng với nốt sol có tần số 49 Hz Nó phát họa âm có tần số A 392 Hz B 230 Hz C 195 Hz D 95 Hz Giải: 392 Hz = 8.49 Hz = 8f0 Đáp án A Ví dụ 5: Hai nguồn âm giống nguồn điểm đặt cách khoảng Chúng phát âm có tần số 2200 Hz Tốc độ truyền âm 330 m/s Trên đường thẳng nối hai nguồn, hai điểm mà âm nghe to gần cách khoảng A 1,5 cm B 2,5 cm C 4,5 cm D 7,5 cm 19 v 330  f 2200 Giải: Bước sóng âm:  = = 0,15 (m); hai nguồn âm hai nguồn kết hợp nên chúng giao thoa với tạo nên điểm có cường độ âm cực đại cực tiểu điểm âm có cường độ cực đại nghe rỏ Trên đường thẳng nối hai nguồn cực đại kề  0,15  = 0,075 (m) = 7,5 (cm) Đáp án D cách Ví dụ 6: Một nguồn phát sóng âm theo phương Coi môi trường không hấp thụ âm âm truyền Nếu điểm A cách nguồn âm khoảng d có cường độ âm I điểm B cách nguồn âm khoảng (d + 20 m) có mức cường độ âm 0,25I Khoảng cách d A 10 m B 20 m C 40 m D 60 m P I A (d  20) P  2  ( d  20) I d2 B  d Giải: IA = ; IB =  =  d + 20 = 2d  d = 20 (cm) Đáp án B Ví dụ (QG 2017): Biết cường độ âm chuẩn 10-12 W/m2 Khi cường độ âm điểm 10-5 W/m2 mức cường độ âm điểm A B B B C 12 B D B I 10  12 Giải: L = lg I = lg 10 = lg107 = (B) Đáp án B Ví dụ (QG 2017): Hình bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc mức cường độ âm L theo cường độ âm I Cường độ âm chuẩn gần với giá trị sau đây? A 0,31a B 0,35a C 0,37a D 0,33a I a I I 0 X Giải: L = lg  0,5 = lg ; gán a = I0 = X, ta có 0,5 = lg Giải SOLVE X = 0,316  I0 = 0,316a Đáp án A Ví dụ (QG 2017): Một nguồn âm điểm đặt O phát âm đẳng hướng với công suất không đổi môi trường không hấp thụ phản xạ âm Hai điểm M N cách O r r - 50 (m) có cường độ âm tương ứng I 4I Giá trị r A 60 m B 66 m C 100 m D 142 m P 4 r I N rM2 4I r2    I M rN  I ( r  50)  r = 100 (m) Đáp án C Giải: I = Ví dụ 10 (QG 2017): Một nguồn âm điểm S phát âm đẳng hướng với công suất không đổi môi trường không hấp thụ, không phản xạ âm Lúc đầu, mức cường độ âm S gây điểm M L (dB) Khi cho S tiến lại gần M thêm đoạn 60 m mức cường độ âm M lúc L + (dB) Khoảng cách từ S đến M lúc đầu A 80,6 m B 120,3 m C 200 m D 40 m P P r2 2 Giải: L’ – L = L + 0,6 – L = 0,6 = lg 4 I (r  60) - lg 4 I r = lg (r  60) r  0,3 = lg r  60  r = 120,28 (m) (giải SOLVE) Đáp án B 20