Lý thuyết và bài tập Lý 12 nâng cao - SÓNG CƠ ppt

CHƯƠNG 3 - SÓNG CƠ 1 Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường Trong khi sóng truyền đi, pha dao động trạng thái dao động và năng lượng được truyền đi còn mỗi phần

CHƯƠNG 3 - SÓNG CƠ 1) Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường

Trong khi sóng truyền đi, pha dao động (trạng thái dao động) và năng lượng được truyền đi còn mỗi phần tử của sóng chỉ dao động xung quanh VTCB Thực chất của quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động, là quá trình truyền năng lượng

Sóng ngang là sóng mà các phần tử môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng

Sóng dọc là sóng mà các phần tử môi trường dao động theo phương truyền sóng

2) Các đại lượng đặc trưng của sóng:

a) Chu kỳ của sóng (T) là chu kỳ dao động của các phần tử môi trường khi có sóng

truyền qua

b) Tần số của sóng (f) là tần số dao động của các phần từ môi trường khi có sóng

truyền qua; là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ

c) Tốc độ của sóng (v) là tốc độ truyền pha dao động

d) Biên độ của sóng tại một điểm (a) là biên độ dao động của phần tử môi trường tại

điểm đó khi có sóng truyền qua

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

f

v T

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 và 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 và tỉ lệ nghịch với r)

g) Phương trình sóng tại 1 điểm là phương trình dao động của phần tử 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

Gỉa sử sóng truyền theo chiều N 0M Phương trình sóng tại gốc 0 có dạng: u = a cos ựt

Thời gian sóng truyền từ N tới 0 là tN = x N / v ; Thời gian sóng truyền từ O tới M là tM =

M

x / v

2 cos ( M) cos 2 ( M) cos( M)

h) Tốc độ dao động của phần tử môi trường (u/) là đạo hàm của u theo thời gian t Phân biệt v và u/

3) Độ lệch pha giữa hai điểm A, B trên phương truyền sóng:

N x N O(gốc tọa độ) x M M phương truyền sóng

* * *

d t ( )

d t

( (1) ( d1 , d2 là đường đi của sóng từ nguồn đến

( ở hình vẽ trên: ứng với (1) thì  < 0  (pha dao động tại B) trừ (pha dao động tai A)

có giá trị âm => dao động tại B trễ pha hơn dao động tại A  sóng truyền tới B sau A

ứng với (2) thì  > 0  (pha dao động tại A) trừ (pha dao động tai B) có giá trị dương

=> dao động tại A sớm pha hơn dao động tại B  sóng truyền tới A trước B)

+ Nếu hai điểm dao động cùng pha thì  = 2k hay d = d1 - d2 = k => Những điểm dao động cùng pha cách nhau số nguyên lần bước sóng (hiệu đường đi d bằng số nguyên lần bước sóng) và hiệu số pha (độ lệch pha) bằng số chẵn lần  (Điều kiện: k nguyên)

+ Nếu hai điểm dao động ngược pha thì   (2k 1) hay d =

2 1 2

2 1

Nếu 2 điểm gần nhau nhất dao động lệch pha nhau ð/ 2 sẽ cách nhau d = ở / 4 ( ứng với k = 0)

Nếu 2 điểm gần nhau nhất dao động cùng pha sẽ cách nhau d = ở ( ứng với k = 0)

Nếu 2 điểm gần nhau nhất dao động ngược pha sẽ cách nhau d = ở/ 2 ( ứng với k = 0)

Nguồn d1 A B phương truyền sóng

* * *

d 2

4) Sóng có tính chất tuần hoàn theo thời gian Sau một khoảng thời gian bằng một chu

kỳ T thì tất cả các điểm trên sóng đều lặp lại chuyển động như cũ, nghĩa là toàn bộ sóng có hình dạng như cũ

Sóng có tính chất tuần hoàn theo không gian Những điểm trên cùng một phương truyền sóng cách nhau một khoảng bằng số nguyên lần bước sóng ở thì dao động cùng pha, nghĩa là ở cùng một thời điểm cứ cách một khoảng bằng một bước sóng theo phương truyền sóng thì hình dạng sóng lại lặp lại như trước

5) Sóng dừng là sóng có các nút và các bụng cố định trong không gian

+ Sóng dừng là kết quả giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ của chính sóng đó

+ Bụng sóng là những điểm dao động với biên độ cực đại, nút sóng là những điểm không dao động

+ Sóng dừng xuất hiện trên dây đàn hồi có hai đầu cố định hoặc một đầu cố định, một đầu sát một nút (hai đầu là hai nút) hoặc 2 đầu tự do (hai đầu là 2 bụng) khi chiều dài của dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng l = k/2 ( k nguyên)

+ Sóng dừng xuất hiện trên dây đàn hồi có một đầu cố định (hay sát nút sóng), một đầu tự

do (một đầu là nút, một đầu là bụng sóng) khi chiều dài của dây bằng một số lẻ lần một phần tư bước sóng

l = (2k + 1)/4 = k/2 + /4 ( k nguyên) ; hay: l = m /4 ( m = 1,3,5,7,…)

+ 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 tốc độ

truyền sóng

6) Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó

có những chỗ cố định biên độ sóng được tăng cường hoặc giảm bớt ( thậm chí bị triệt tiêu)

+ Điều kiện có giao thoa: Hai sóng chỉ giao thoa khi hai sóng kết hợp Đó là hai sóng

có cùng tần số (hay chu kỳ) truyền theo một phương và tại điểm chúng gặp nhau có độ lệch

pha không đổi theo thời gian Hai sóng kết hợp là hai sóng được gây ra từ hai nguồn sóng kết hợp, là 2 nguồn có cùng tần số (hay chu kỳ) và độ lệch pha không đổi theo thời gian + Giao thoa là hiện tượng đặc trưng của quá trình truyền sóng

*Trong thí nghiệm giao thoa : hai nguồn dao động cùng pha, cùng f, cùng biên độ a

thì :

+ Những điểm mà hiệu số pha là số chẵn lần ð , hiệu đường đi từ hai nguồn sóng tới

đó bằng số nguyên lần bước sóng, thì dao động với biên độ cực đại: Äử = 2k ð; d2 - d1

= k ; biên độ dao động tổng hợp À = a + a = 2a

+ Những điểm mà hiệu số pha là số lẻ lần ð , hiệu đường đi từ hai nguồn sóng tới đó bằng số lẻ lần nửa bước sóng thì dao động với biên độ cực tiểu: Äử = (2k +1)ð ;

2 1 2

và các đường hypebol đối xứng nhau qua đường trung trực , hệ vân bao gồm các vân cực đại và cực tiểu xen kẽ với nhau

Phương trình sóng tại 2 nguồn : u = acosựt Phương trình sóng tại điểm M khi 2 sóng

từ 2 nguồn truyền tới : uM = u1M + u2M = acos(ựt - d1

**Có thể gặp trường hợp : hai nguồn dao động ngược pha, cùng f, cùng biên độ a

thì :

+ Những điểm mà hiệu số pha là số chẵn lần ð , hiệu đường đi từ hai nguồn sóng tới đó bằng số lẻ lần nửa bước sóng thì dao động với biên độ cực đại: Äử = 2k ð;

2 1 2

+ Những điểm mà hiệu số pha là số lẻ lần ð , hiệu đường đi từ hai nguồn sóng tới đó bằng

số nguyên lần bước sóng thì dao động với biên độ cực tiểu: Äử = (2k +1)ð ; d2 - d1 = k ; biên độ tổng hợp À = a - a = 0

7) Sóng âm là những dao động cơ học (thường là sóng dọc), truyền trong môi trường vật

chất và gây cảm giác cho tai con người Sóng âm có tần số từ 16Hz đến 20.000Hz Sóng

có f < 16Hz gọi là sóng hạ âm, f > 20.000Hz là sóng siêu âm 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, xốp)

+ Các đặc tính của âm:

- Độ cao phụ thuộc vào tần số (chu kỳ) của âm;

- Âm sắc phụ thuộc vào tần số , biên độ âm và thành phần cấu tạo của nguồn âm Một

âm phát ra gồm âm cơ bản được gọi là họa âm thứ nhất (họa âm chính) có tần số f, họa âm thứ 2 có tần số 2f, họa âm thứ 3 có tần số 3f … Âm sắc khác nhau do các họa âm nhiều, ít khác nhau

- Cường độ âm ( I ) tại một điểm là năng lượng sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó, trong một đơn vị thời gian I tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn âm đến điểm ta xét Ví dụ: Tại 2 điểm A &

B cách nguồn khoảng rA & rB thì:

2 2

A B

B A

I  r

Cường độ âm cho biết độ mạnh hay yếu của âm

- Mức cường độ âm: tại một điểm được xác định bằng logarit thập phân của tỉ số giữa

cường độ âm tại điểm đó I với cường độ âm chuẩn I0:

- Độ to của âm: Độ to của âm phụ thuộc vào cường độ âm và tần số của âm

Giá trị nhỏ nhất của cường độ âm mà tai có cảm giác âm là ngưỡng nghe, ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm Giá trị lớn nhất của cường độ âm mà tai có cảm giác đau đớn, nhức nhối là ngưỡng đau, ngưỡng đau phụ thuộc vào tần số âm Miền nghe được là miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau

8) Hiệu ứng Đốp-le: Sự thay đổi tần số âm khi nguồn âm hoặc vật thu âm hoặc cả hai

chuyển động gọi là hiệu ứng Đốp-le

a) Nguồn âm đứng yên, người quan sát ( máy thu ) chuyển động: v là tốc độ truyền

sóng, f là tần số âm phát ra, vM là tốc độ của người quan sát

- Người quan sát chuyển động lại gần nguồn âm thì sẽ nghe được âm f / > f, tức là f / =

b)Nguồn âm chuyển động , người quan sát đứng yên: vS là tốc độ của nguồn âm

- Nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên thì người quan sát sẽ nghe được

âm có f / > f, tức là tần số máy thu thu được là: f / =

S

v

v v f

- Nguồn âm chuyển động ra xa người quan sát đứng yên thì người quan sát sẽ nghe được

âm có f / < f, tức là tần số máy thu thu được là: f / =

S

v

v v f

=> Nếu nguồn âm và người quan sát ( máy thu) chuyển động lại gần nhau thì tần số tăng,

tần số máy thu thu được là: ' M

 và khi chuyển động ra xa thì tần số giảm, tần số

máy thu thu được là: ' M

Chủ đề 1: Đại cương về sóng cơ học

(1/78sgk)3.1 Sóng cơ là 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

(2/78sgk)3.2 Bước sóng là A quãng đường mà mỗi phần tử của môi trường đi được

trong 1 giây B khoảng cách giữa hai phần tử của sóng dao động ngược pha C khoảng cách giữa hai phần tử sóng gần nhau nhất dao động cùng pha.* D khoảng cách giữa hai

vị trí xa nhau nhất của mỗi phần tử sóng

(3/78sgk)3.3 Một sóng cơ có tần số 1000Hz truyền đi với tốc độ 330 m/s thì bước sóng

của nó là

A 330 000 m B 0,3 m-1 C 0,33 m/s D 0,33 m.*

(3.1sbt) 3.4 Sóng ngang là sóng A lan truyền theo phương nằm ngang B có các phần

tử sóng dao động theo phương nằm ngang C có các phần tử sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.* D có các phần tử sóng dao động theo cùng một phương với phương truyền sóng

(3.2sbt) 3.5 Bước sóng là A quãng đường sóng truyền đi được 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.*

(3.5sbt) 3.6 Phương trình sóng có dạng nào trong các dạng dưới đây:

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 ở = v.f; B ở = v/f;* C ở = 2v.f; D ở = 2v/f

3.8 Phát biểu nào sau đây sai ? Sóng cơ học có thể lan truyền được trong môi trường

A chất rắn B chất lỏng C chất khí D 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 Tốc độ 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

3.15 Tại điểm M cách tâm sóng một khoảng x có phương trình dao động

A v = 5m/s B v = - 5m/s C v = 5cm/s.* D v = - 5cm/s

3.19 Một sóng truyền trên sợi dây đàn hồi rất dài với tần số 500Hz, người ta thấy

khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha là 80cm Tốc độ truyền sóng trên dây là

A v = 400cm/s B v = 16m/s C v = 6,25m/s D v = 400m/s.*

3.20 Cho một sóng ngang có phương trình sóng là 5cos ( )

0,1 2

t x

u   mm,trong đó x tính bằng cm, t tính bằng giây Vị trí của phần tử sóng M cách gốc toạ độ 3m ở thời điểm t = 2s

(1/83sgk)3.22 Ta quan sát thấy hiện tượng gì khi trên dây có sóng dừng?

A Tất cả phần tử dây đều đứng yên

B Trên dây có những bụng sóng xen kẽ với nút sóng.*

C Tất cả các điểm trên dây đều dao động với biên độ cực đại

D Tất cả các điểm trên dây đều chuyển động với cùng tốc độ

(2/83sgk) 3.23 Sóng truyền trên một sợi dây hai đầu cố định có bước sóng  Muốn có

sóng dừng trên dây thì chiều dài L ngắn nhất của dây phải thoả mãn điều kiện nào?

(3.3sbt)3.24 Khi có sóng dừng trên sợi dây đàn hồi thì:

A tất cả các điểm của dây đều dừng dao động

B nguồn phát sóng dừng dao động

C trên dây có những điểm dao động với biên độ cực đại xen kẽ với những điểm đứng yên.*

D trên dây chỉ còn sóng phản xạ, còn sóng tới thì dừng lại

(3.8sbt)3.25 Sóng dừng xảy ra trên dây đàn hồi hai đầu cố định khi

A chiều dài của dây bằng một phần tư bước sóng

B bước sóng gấp ba chiều dài của dây

C chiều dài của dây bằng số nguyên lần nửa bước sóng.*

D bước sóng bằng một số lẻ lần chiều dài của dây

3.26

3.27 Hiện tượng sóng dừng trên dây đàn hồi, khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp

bằng

A hai lần bước sóng B một bước sóng

C một nửa bước sóng* D một phần tư bước sóng

3.28 Một dây đàn dài 40cm, căng ở hai đầu cố định, khi dây dao động với tần số 600Hz

ta quan sát trên dây có sóng dừng với hai bụng sóng Bước sóng trên dây là

A ở = 13,3cm B ở = 20cm C ở = 40cm.* D ở = 80cm

3.29 Một dây đàn dài 40cm, căng ở hai đầu cố định, khi dây dao động với tần số 600Hz

ta quan sát trên dây có sóng dừng với hai bụng sóng Tốc độ sóng trên dây là

A v = 79,8m/s B v = 120m/s C v = 240m/s.* D v = 480m/s

3.30 Dây AB căng nằm ngang dài 2m, hai đầu A và B cố định, tạo một sóng dừng trên

dây với tần số 50Hz, trên đoạn AB thấy có 5 nút sóng Tốc độ truyền sóng trên dây là

A v = 100m/s B v = 50m/s.* C v = 25cm/s D v = 12,5cm/s

3.31 Một ống sáo dài 80cm, hở hai đầu, tạo ra một sóng đứng trong ống sáo với âm là

cực đại ở hai đầu ống, trong khoảng giữa ống sáo có hai nút sóng Bước sóng của âm là

160cm