BÀI TẬP VẬN DỤNG SÓNG DỪNG: Câu 1: Một dây AB dài 120cm,đầu A mắc vào một nhánh âm thoa có tần số f=40Hz,đầu B cố định .Cho âm thoa dao động trên dây có sóng dừng với 4 bó sóng.Vận tốc t
Trang 1GV vật lý –Nguyễn Thị Minh Tuyền – Trường THPT Nguyễn Chí Thanh
BÀI TẬP VÀ LÝ THUYẾT SÓNG DỪNG A.LÝ THUYẾT SÓNG DỪNG
1.Đn : Sóng dừng là sóng có các bụng và các nút cố định trong không gian
2 Bụng sóng: khoảng cách giữa 2 nút cạnh nhau bằng một nửa bước sóng Chính là độ dài một bụng
3 Nguyên nhân:Do sự giao thoa giữa sóng tới và
sóng phản xạ (thoả mãn 2 sóng kết hợp)
4 Lập phương trình sóng dừng.
-Xét sợi dây có chiều dài l.Một điểm N nằm trên
sợi dây và cách A 1 đoạn x l
- Nguồn A dao động với phương trình : A x N M
A
u = a ω t coia h s =
+Phương trình sóng tại M do A gây ra là : uAM a sin ( t l )
v
ω
+Sóng phản xạ tại M luôn ngược pha với sóng tới tại M :
uM a sin ( t l )
v
ω
+Sóng tại N do A truyền tới là : uAN a sin ( t x )
v
ω
+Sóng tại N do sóng phản xạ tại M truyền tới là : uMN a sin ( t l l x )
v v
⇒phương trình sóng tổng hợp tại N là :
uN uAN uMN a [ sin ( t x ) sin ( t l l x ) ]
2 sin ( a l v ).cos ( t l )
Thay 2
; v T
T
π
ω = = λ uN 2 sin a 2 π ( l x ).cos( ω t 2 π ) l
⇒Biên độ của sóng dừng là : 2
N
a a π l x
λ
5.Điều kiện để có sóng dừng :
- Khi N trùng với M thì x=l suy ra aN = 2 sin 0 0 a = ,điểm N sẽ là nút sóng (cố định-không dao động
- Để A là nút sóng thì
0 2 sin
( 1, 2,3, 4,5 ) 2
N a
x N A
l k k
λ
=
với k là số bó sóng
* Kết luận 1: Muốn có sóng dừng mà hai nút ở hai đầu thì chiều dài dây phải bằng số nguyên lần
2
λ
- Để điểm A là bụng sóng (dao động với biên độ cực đại ) :
Ta có :
N
x
= ±
=
4 λ 2 λ
A
Trang 2GV vật lý –Nguyễn Thị Minh Tuyền – Trường THPT Nguyễn Chí Thanh
( ) ( 1, 2,3 )
2 2
l = − k λ k =
với k là số bó sóng
* Kết luận 2: Chiều dài sợi dây bằng một số bán nguyên lần nửa bước sóng
6.vị trí các nút và bụng khoảng cách giữa 2 bụng ,hai nút liền kề
+Vị trí bụng sóng :
Bụng sóng là chỗ dao động với biên độ cực đại ;
Từ biểu thức : 2
N
a a π l x
λ
= − thay aN = ± 2 a vào ,ta có :
4
k
π λ
+
− = ± ⇒ = − (k=0,1,2,3,4 )
+Vị trí nút sóng : Nút sóng dao động với biên độ aN=0 thay vào 2
N
a a π l x
λ
= − , ta được :
2 2
0 sin π ( l x ) π ( l x ) k π
2
k
x l λ
⇒ = − (k=0,1,2, )
+Khoảng cách giữa hai bụng liền kề (hoặc 2 nút liền kề ) là : 1
2
x x x λ
+
+ Xác định số bụng : Giải điều kiện : 0 x l≤ ≤ ta tìm được các giá trị của k ( k ∈ Z k , > 0)
Nếu là hai bụng ở hai đầu thì lấy dấu bằng
Nếu là hai nút thì không lấy dấu bằng
+Xác định số nút : Giải đk 0 x l ≤ ≤
Nếu 2 nút ở hai đầu thì lấy dấu bằng
*Chú ý :Trong sóng dừng bề rộng của một bụng là : 2.aN=2.2a=4a
V HIỆU ỨNG ĐỐP-PLE
1 Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc vM
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thì thu được âm có tần số: ' v vM
v
+
=
* Máy thu chuyển động ra xa nguồn âm thì thu được âm có tần số: " v vM
v
−
=
2 Nguồn âm chuyển động với vận tốc vS, máy thu đứng yên
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm với vận tốc vM thì thu được âm có tần số: '
S
v
v v
=
−
* Máy thu chuyển động ra xa nguồn âm thì thu được âm có tần số: "
S
v
v v
= + Với v là vận tốc truyền âm, f là tần số của âm
Chú ý: Có thể dùng công thức tổng quát: ' M
S
v v
v v
±
= m Máy thu chuyển động lại gần nguồn thì lấy dấu “+” trước vM, ra xa thì lấy dấu “-“
Nguồn phát chuyển động lại gần nguồn thì lấy dấu “-” trước vS, ra xa thì lấy dấu “+“
Trang 3GV vật lý –Nguyễn Thị Minh Tuyền – Trường THPT Nguyễn Chí Thanh
B BÀI TẬP VẬN DỤNG SÓNG DỪNG:
Câu 1: Một dây AB dài 120cm,đầu A mắc vào một nhánh âm
thoa có tần số f=40Hz,đầu B cố định Cho âm thoa dao động
trên dây có sóng dừng với 4 bó sóng.Vận tốc truyền sóng trên
dây là :
A 20m/s B 15m/s C.28m/s D.24m/s
Câu 2:Một sợi dây AB dài 120cm ,đầu B cố định,đàu A gắn
với một nhánh của âm thoa dao động với tần số 40Hz Biết vận
tốc truyền sóng v=32m/s Biết rằng đầu A nằm tại một nút
sóng ,số bụng sóng dừng trên dây là
A 3 B.4 C.5 D.2
Câu 3: Một sợi dây thép dài AB =60cm hai đầu được gắn cố
định ,được kích thích cho dao động bằng một nam châm điện
nuôi bằng mạng điện có tần số f= 50Hz Trên dây có sóng
dừng với 5 bụng sóng Vận tốc truyền sóng trên dây sẽ là :
A.20m/s B.24m/s C.30m/s D.18m/s
HD: Trong một chu kì của dòng điện thì dây thép bị hút 2
lần ,suy ra :Td=T/2 tức là fd=2f=100Hz
Câu 4: Dây dài l=90cm với vận tốc truyền sóng trên dây
v=40m/s được kích thích bằng tần số f=200Hz Cho rằng hai
đầu dây đều giữ cố định Số bụng sóng dừng trên dây sẽ là :
A 6 B.9 C.8 D.10
Câu 5: Dây dài l=1,05mđược kích thích bằng tần số f=200Hz
,thì thấy 7 bụng sóng dừng Biết rằng hai đầu dây được gắn cố
định ,vận tốc truyền sóng trên dây đó:
A.30m/s B.25m/s C.36m/s D.15m/s
Câu 6: Một mang kim loại dao động với tần số f=150Hz tạo ra
trong nước một sóng âm có bước sóng λ = 9,56m.Vận tốc
truyền sóng là :
A.1434m/s B.1500m/s C.1480m/s D.1425m/s
Câu 7: Người ta thực hiện sóng dừng trên sợi dây dài 1,2m
rung với tần số 10Hz.Vận tốc truyền sóng trên dây là 4m/s.Hai
đầu dây là hai nút ,số bụng trên dây là
A 5 B.7 C.6 D.4
Câu 8: Sợi dây dài 2m căng nằm ngang ,một đầu dây cố định ,
đầu còn lại người ta cho dao động với tần số 10Hz Lực căng
của dây là 10N thì dây rung thành hai múi.Khối lượng dây là :
A 50g B.100g C 20g D.200g
Câu 9: Một sóng truyền trên mặt biển có bước sóng 3m Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động lệch pha nhau 900 là :
A a=0,75m B.a=1,5m C.a=3m D giá trị khác
Câu 10: Một sóng truyền trên mặt biển có bước sóng 5m.khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động ngược pha nhau là :
A 1,25m B.2,5m C.5m D.25m
Câu 11: (TNTHPT2007-2008) Quan sát sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi ,người ta đo được khoảng cách giữa
5 nút sóng liên tiếp là 100cm.Biết tần số của sóng truyền trên dây bằng 100Hz ,vận tốc truyền sóng trên dây là :
A.50m/s B.100m/s C.25m/s D.75m/s
Câu 12: Trên một sơi dây dài 2m đang có sóng dừng với tần số 100Hz, người ta thấy ngoài 2 đầu dây cố định còn
có ba điểm khác đứng yên Vận tốc truyền sóng trên dây: A.40m/s B.60m/s C.80m/s D.100m/s Câu 14: Hai người đứng cách nhau 4m và quay một sợi dây nằm giữa họ Hỏi bước sóng lớn nhất của sóng dừng mà hai người có thể tạo nên là bao nhiêu?
A 16m B 8m C 4m
D 2m E 1m câu 15: Một dây đàn có chiều dài L được giữ cố định ở hai đầu Âm do dây phát ra có bước sóng dài bằng :
A L/4 B L/2 C L D 2L E 4L Câu 28:Cộng hưởng của âm thoa xảy ra với một cột không khí trong ống hình trụ ,khi ống có chiều cao khả
dĩ thấp nhất bằng 25cm,vận tốc truyền sóng là:
330m/s.Tần số dao động của âm thoa này bằng:
A 165Hz B.330Hz C.405Hz D.660Hz
Câu 29:(Đề thi ĐH CĐ 2008) Trong thí nghiệm về sóng dừng, trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngoài hai đầu dây cố định còn có hai điểm khác trên dây không dao động Biết khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng
là 0,05 s Vận tốc truyền sóng trên dây là
A 16 m/s B 4 m/s C 12 m/s D 8 m/s
C MỘT SỐ BÀI TẬP TỰ LUẬN SÓNG DỪNG:
Câu 1: Một sợi dây đàn hồi chiều dài AB = l = 1,6m đầu B bị kẹp chặt , đầu A buộc vào một nguồn rung với tần số 500Hz
tạo ra sóng dừng có 4 bụng và tại A và B là hai nút Xác định vận tốc truyền sóng trên dây
Câu 2: Một sợi dây dài AB=60cm,phát ra một âm có tần số 100Hz.Quan sát dây đàn thấy có 3 nút và 2 bụng sóng(kể cả nút
ở hai đầu dây)
a) Tính bước sóng và vận tốc truyền sóng trên dây AB
b) Biết biên độ dao động tại các bụng sóng là 5mm.Tính vận tốc cực đại của điểm bụng
Bài 2: Một dây cao su căng ngang ,1 đầu gắn cố định ,đầu kia gắn vào một âm thoa dao động với tần số f=40 Hz Trên dây hình thành 1 sóng dừng có 7 nút (không kể hai đầu),Biết dây dài 1m
a) Tính vận tốc truyền sóng trên dây
b)Thay đổi f của âm thoa là f’ Lúc này trên dây chỉ còn 3 nút (không kể hai đầu).Tính f’?
Bài 3:Một sợi dây AB treo lơ lửng ,đầu A gắn vào âm thoa dao động với tần số f=100Hz ,đầu B tự do Vận tốc truyền sóng trên dây v=4m/s
a) Chiều dài của dây là 21cm Trên dây có sóng dừng không ? Nếu có tính số bụng và số nút sóng ?
b) Chiều dài của dây là 21cm.Hỏi tần số f bằng bao nhiêu để day có 8 bụng sóng
c) Tần số vẫn là 100Hz Muốn trên dây có 8 bụng sóng thì chiều dài của dây bằng bao nhiêu ?
Trang 4GV vật lý –Nguyễn Thị Minh Tuyền – Trường THPT Nguyễn Chí Thanh
HIỆU ỨNG DOPPLER
1 Người ta muốn xác định tốc độ của một nguồn âm bằng cách sử dụng thiết bị đo tần số âm Khi thiết bị chuyển động thẳng đều trên đường thẳng tiến về phía nguồn âm đang đứng yên thì thiết bị đo được tần số âm là 724Hz,còn khi thiết bị chuyển động thẳng đều trên đường thẳng ra xa phía nguồn âm đang đứng yên thì thiết bị đo được tần số âm là 606 Hz.Biết nguồn âm và thiết bị luôn nằm trên cùng một đường thẳng và tần số của nguồn âm cũng như vận tốc của thiết bị là có độ lớn không đổi và tốc đổ truyền âm trong môi trường là 338m/s.Tốc độ của nguồn âm là:
A v =35 m/s B v = 25 m/s C v = 40 m/s D v = 30 m/s
2.Trên một dường ray thẳng nối giữa thiết bị phát âm P và thiết bị thu âm T,người ta cho thiết bị P tiến lại gần thiết bị T đang đứng yên với vận tốc v=20m/s.Biết âm do thiết bị P phát ra có tần số là 1136Hz và vận tốc truyền âm trong không khí
là 340m/s.Tần số âm mà thiết bị T thu được là:
A 1225 Hz B 1073 Hz C 1215 Hz D 1207 Hz
3 Một người dứng cạnh đường đo tần số tiếng còi của một ô tô bằng cách sử dụng thiết bị đo tần số âm Khi ô tô chuyển động thẳng đều lại gần thiết bị đang đứng yên thì thiết bị đo được tần số âm là 724Hz, còn khi ô tô chuyển động thẳng đều với cùng tốc độ đó ra xa thiết bị thì thiết bị đo được tần số âm là 606 Hz Biết ô tô và thiết bị luôn cùng nằm trên một đường thẳng, tần số của còi ô tô phát ra là không đổi và tốc độ truyền âm trong môi trường bằng 340 m/s Vận tốc của ôtô và tần số riêng của tiếng còi là:
A.v ≈ 35 m/s;fo=600Hz B v ≈ 25 m/s;fo=620Hz C v ≈ 40 m/s;fo=680Hz D v ≈ 30 m/s;fo=660Hz
4.Một người dứng ở ngã tư đường nghe tiếng còi xe cấp cứu dang chạy đến mình với tần số 560Hz.Sau khi chiếc xe chạy qua và bắt đàu chuyển động ra xa người đó thì người đó nghe được tiéng còi có tần số 480Hz.Biết tốc độ âm là 343m/s.Coi chuyển động của xe là đều.Xác định vận tốc chuyển động của xe dối với người đó là:
5.Hai tàu ngầm A và B chuyển động ngược chiều trên cùng đường thẳng Tàu A chuyển động với tốc độ 50 km/h, tàu B chuyển với tốc độ 70 km/h tàu A phát đi một tín hiệu âm có tần số 1000Hz Sóng âm tuyền trong nước có tốc độ 5470 km/h Hỏi tần số âm mà tàu B nhận được
A f = 1020 Hz B f = 1100 Hz C f = 1200 Hz D f = 1300 Hz
6 Một cái còi phát sóng âm có tần số 1000Hz chuyển động đi ra xa bạn hướng về một vách đá với tốc độ 10m/s Lấy tốc
độ của âm trong không khí là 340m/s Hỏi tần số âm mà bạn nghe trực tiếp từ còi
A f = 970Hz B f = 1000 Hz C f = 1100 Hz D f = 1200 Hz
7.Một cái còi phát sóng âm có tần số 1000Hz chuyển động đi ra xa bạn hướng về một vách đá với tốc độ 10m/s Lấy tốc độ của âm trong không khí là 340m/s.Hỏi tần số âm mà bạn nghe được khi âm phản xạ từ vách đá :
A f = 1023Hz B f = 1000 Hz C f = 1100 Hz D f = 1200 Hz
8.Một máy dò tốc độ nằm yên phát ra sóng âm có tần số 0,15 MHz về phía một chiếc xe đang chạy lại gần với tốc độ 45m/s Hỏi tần số của sóng phản xạ trở lại máy dò là bao nhiêu ?
A f = 0,17 MHz B f = 1,7M Hz C f = 4M Hz D f = 7M Hz
SÓNG ÂM
Bài 1: Cường độ âm tại một điểm trong môi trường truyền âm là 10-5 W/m2 Biết cường độ âm chuẩn
là I0=10-12W/m2 Mức cường độ âm tại điểm đó bằng:
Bài 2:Một sóng âm lan truyền trong không khí với vận tốc 350m/s, có bước sóng 70cm Tần số sóng là:
Bài 3:Tại điểm A cách nguồn âm O một đoạn d=1m có mức cường độ âm là LA =90dB, biết ngưỡng nghe của âm đó là:I0=10-12W/m2 Cường độ âm tại A là:
A.IA= 0,01 W/m2 B IA= 0,001 W/m2 C IA= 10-4W/m2 D IA= 10 8 W/m2
Bài 4: Một người gõ một nhát búa vào đường sắt, ở cách đó 1056m một người khác áp tai vào đường
sắt thì nghe thấy 2 tiếng gõ cách nhau 3 giây Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330m/s thì vận
tốc truyền âm trong đường sắt là
Bài 5: Một màng kim loại dao động với tần số f= 150 Hz tạo ra trong nước một sóng âm có bước sóng λ = 9,56cm.Tìm vận tốc truyền âm trong nước
A 1434m/s B.1500 m/s C 1480 m/s D 1425 m/s
Bài 6 : Một điểm cách nguồn âm một khoảng 1m có cường độ âm là 10-5 W/m2 Biết rằng sóng âm là sóng cầu Công suất của nguồn âm đó bằng:
A 3,14 10-5 W B.10-5 W C 31,4 10-5 W D đáp số khác