CHỦ ĐỀ 4 SÓNG ÂM VÀ HIỆU ỨNG DOPPLER

sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm sóng âm khái niệm và đặc điểm

I KI
N THC

SÓNG ÂM

1 Khái nim và c im

a Khái nim: Sóng âm là s
lan truyn các dao ng âm trong các môi trng rn, lng, khí

b c im:

20000Hz

- Tc  truyn âm gim trong các môi trng theo th t
: rn, lng, khí Tc  truyn âm

trng Khi nhit  tng thì tc  truyn âm cng tng

2 Các c trng sinh lý c a âm

Âm có 3 c trng sinh lý là :  cao,  to và âm sc Các c trng ca âm nói chung ph

thuc vào cm th âm ca tai con ngi

- c trng cho tính trm hay bng ca âm, ph thuc vào tn s âm

- Âm có tn s ln gi là âm bng và âm có tn s nh gi là âm trm

 âm

v din tích t vuông góc vi phng truyn âm

Công thc tính

I = = t.S S, trong ó P là công sut ca ngu!n âm, S là din tích min truyn

âm

Khi âm truyn trong không gian thì vi sóng cu thì S là din tích mt cu S=4∀R2

n v : P(W), S(m2), I(W/ m2)

0

( ) lg I

L B

I

=

( ) 10.lg I

L dB

I

=

= 1000 Hz) có giá tr là Io= 10-12 W/m2 ∃ f = 1000Hz: cng  âm chu#n

âm, ó là dexiBen (dB)

c Âm sc

cùng  cao, cùng  to Âm sc ph thuc vào dng ! th dao ng ca âm (hay tn s và

biên  âm)

3 Nhc âm và tp âm

CH  4: SÓNG ÂM HIU NG DOPPLER

2

- Nhc âm là nh&ng âm có tn s xác  nh và ! th dao ng là ng cong hình sin

- Tp âm là nh&ng âm có tn s không xác  nh và ! th dao ng là nh&ng ng cong

phc tp

4 Ha âm

Âm c bn có tn s f1 còn các ha âm có tn s b∋ng bi s tng ng vi âm c bn

Ha âm bc hai có tn s f2 = 2f1

Ha âm bc ba có tn s f3 = 3f1…

Ha âm bc n có tn s fn = n.f1

=> Các ha âm lp thành mt cp s cng vi công sai d = f1

5 Ngng nghe, ngng au, min nghe c

c

ng(ng au

HIU NG P-PLE

i gi&a máy thu và ngu!n âm

S

v v

v v

±

=

M, ra xa thì ly du “-“

S, ra xa thì ly du “+“

M

M

v

M

v + v

f' = f

v , v là tc  truyn sóng trong môi trng

M

v

M

v - v

f' = f

v , v là tc  truyn sóng trong môi trng

s

S

v

S

v

f' = f

v - v

S

v

S

v

f' = f

v + v

Chú ý:

Khi sóng phn x thì tn s sóng không thay i

Khi gp vt cn c  nh thì sóng phn x tr∃ thành ngu!n âm mi có tn s b∋ng tn s khi



II.CÁC DNG BÀI TP

BÀI TOÁN 1 TÌM CÁC I L NG !C TRNG SÓNG ÂM

PH∀NG PHÁP

+ Khi tính theo n v Ben: ( )

0

lg

B

I L

I

=

+ Khi tính theo n v xiBen: ( )

0

10 lg

dB

I L

I

=

n v mc cng  âm là Ben(B) hoc xiben(dB)

Trong th
c t ngi ta thng dùng là xiben(dB)

M

I ):

( )

10

0 10 0 10

dB B

L L

M

I =I =I

b) Khi cho công su#t và kho∃ng cách t% ngun &n im ta xét:

Khi ngu!n âm phát ra sóng cu có công sut P thì:

2

4 Rπ + Công sut ca ngu!n sóng P=I M.S

Cng  âm ti M cách S mt on R là: 2

4

M

I

S πR

= = (W/m2)

x) = x; a =lgx
x=10a

; lg(a

b) = lga-lgb

3 Tn s do àn phát ra (hai u dây c ∋nh là nút sóng):

( n N*) 2

v

f n l

)ng vi n = 1
âm phát ra âm c bn có tn s 1 2

v f l

=

k = 2,3,4… có các ho âm bc 2 (tn s 2f1), bc 3 (tn s 3f1)…

u là bng sóng)

4

v

f m l

= m: s t
nhiên l∗

vi m=1
âm phát ra âm c bn có tn s 1 4

v f l

=

m=3,5… có các ho âm bc 3 (tn s 3f1), bc 5 (tn s 5f1)…

VÍ D( MINH H)A

VD1 Mt ngi áp tai vào ng ray tàu ha nhe ting búa g vào ng ray cách ó 1 km

Sau 2,83 s ngi ó nghe ting búa g truyn qua không khí Tính tc  truyn âm trong

thép làm ng ray Cho bit tc  âm trong không khí là 330 m/s

HD: Ta có: ∆t =

kk v

d

-

th v

d

vth =

t v d

dv kk

kk

∆

− = 4992 m/s

4

VD2:

pha nhau 900 mà gn nhau nht thì cách nhau mt on 1,5(m) Tn s dao ng ca âm là :

A 833(Hz) B 1666(Hz) C 3,333(Hz) D 416,5(Hz)

HD:  lch pha 2

2

d





  Suy ra bc sóng 2 1,5 6

2

m



6

v



  

VD3: Hai âm có mc cng  âm chênh lch nhau 20 dB T s ca cng  âm ca chúng

là bao nhiêu?

HD: Áp dng công thc tính mc cng  âm ta có:

Vy t s cng  âm ca hai âm ó là 100 ln

VD4: Mt ngi ng cách ngu!n âm mt khong d thì cng  âm là I Khi ngi ó tin

ra xa ngu!n âm mt on 40m thì cng  âm gim ch còn I/9 Tính khong cách d

HD: Ta có:

mc cng  âm là L A = 90( )dB Cho bit ng(ng nghe ca âm chu#n 12 ( 2)

0 10 W /m

1) Tính cng  I A ca âm ó ti A

2) Tính cng  và mc cng  ca âm ó ti B n∋m trên ng OA cách O mt khong

( )m

10 Coi môi trng là hoàn toàn không hp th âm

3) Gi s% ngu!n âm và môi trng u +ng hng Tính công sut phát âm ca ngu!n O

HD:

1) Mc cng  âm ti A tính theo n v (dB) là: 9

0 0

10 90

lg

=

I

I I

I

L A

3 9 12 9

0 10 10 10 10 W/m

I

2) Công sut âm ca ngu!n O b∋ng công sut âm trên toàn din tích mt c u bán kính OA và

b∋ng công sut âm trên toàn din tích mt cu bán kính OB tc là: W0 =I A S A =I B S B( )1

Trong ó I A,I B là cng  âm ti A và B; S A vµS B là din tích các mt cu tâm O bán kính

OA và OB ( t
v, hình )

2

2 3 2

2

/ 10 10

1 10

4

4

m W OB

OA I

S

S I

B

A A B

−

−

=

=

=

=

π π

+ Mc cng  ca âm ó ti B là: ( )dB

I

I

10

10 lg 10 lg

5

0

=

=

−

bán kính OA trong 1 giây W0 I A S A I A4 OA2 10 −3 4 12 12 , 6 10 −3 ( )W

≈

=

=

VD6: Mc cng  âm ti mt v trí tng thêm 30dB Hi cng  âm ti v trí ó tng

lên bao nhiêu ln?

HD: Chn A

L2 – L1=30dB suy ra 10 2 1 2 2 3

VD7: Mt cái loa có công sut 1W khi m∃ ht công sut bit cng  âm chu#n

I0 = 10-12W/m2 Hi

b) Mc cng  âm ti ó là bao nhiêu

HD:

2

4 Rπ

Mà công sut ngu!n phát là : P =I.S

1

0, 013 /

M

S πR π

b) Mc cng  âm ti ó: ( ) 12

0

0, 013

10

dB

I

VD8:

on 62m thì mc cng  âm tng thêm 7dB

a) Tính khong cách tà S n M

b) Bit mc cng  âm ti M là 73dB Tính công sut ca ngu!n phát

HD:Cng  âm lúc u: 2

4

I

S πR

Cng  âm sau khi tin li gàn S mt on d: ' 2

I

S π R d

Ta có: ( )

'

dB

2 0

'

4 ( )

π π

−

2

62

R R

−

0,35

b) ta có ( )

0

10 lg

dB

I L

I

73 ( )

0 10L B 10 10 2.10 W /

M

Khi ó công sut ca ngu!n phát là:

.

M

P=I S=4 Rπ 2.IM=4π(112)2.2.10-5 = 3,15W

6

VD9 Loa ca mt máy thu thanh có công sut P = 2 W

nhiêu ln?

HD : a) Ta có: L = lg

0

I

0

2 4 4 10

2 lg

π

πR I

b) Ta có: L – L’ = lg

0 2

4 R I

P

π - lg

0 2

4

'

I R

P

'

P

P

'

P

P = 10L - L’ = 1000

Vy phi gim nh công sut ca loa 1000 ln

VD10:

( )dB

L= 30

0 10 W /m

HD:

1) Mc cng  âm tính theo n v (dB) là:

( 2) 9

3 12 3

0 3

0 0

/ 10 10 10 10 10

30

lg

I

I I

I

2) Mc cng  âm tính theo n v (dB) là: ( )

0

lg 10

I

I dB

+ Khi cng  tng 100 ln tc là b∋ng 100 I thì ( )

0 0

lg 10 20

100 lg 10 '

I

I I

I dB

+ Vy mc cng  âm tng thêm 20( )dB

VD11.

2 Tính cng  âm ti N

HD ;

Ta có: LN – LM = lg

0

I

I N

- lg 0

I

I M

= lg

M

N I

I

IN = IM.10L N−L M= 500 W

VD12.



HD:

Ta có: LA = lg

0 2

.

P

π ; LB = lg

0 2

.

P

π
LA – LB = lg

2













OA

OB

= 6 – 2 = 4 (B) = lg104

2













OA

OB = 104

OM = OA +

2

OA

OB−

=

2

OB

OA+

= 50,5.OA; LA – LM = lg

2













OA

OM

= lg50,52

LM = LA - lg50,52 = 6 - 3,4 = 2,6 (B) = 26 (dB)

u trên mt cu tâm S bán kính d B qua s
phn x ca sóng âm trên mt t và các vt

ti ó mc cng  âm b∋ng 0

HD :

LA = lg

0

I

I A = 2; LB = lg

0

I

I B

= 0
LA – LB = lg

B

A I

I

= 2

B

A I

I = 102;

B

A

I

I =

2

2

4

4

B

A

d

P

d

P

π

π =

2













A

B d

d = 102
dB = 10dA = 1000 m

VD14 Mc cng  âm ti v trí cách loa 1 m là 50 dB Mt ngi xut phát t loa, i ra xa

 âm chu−n là I0 = 10-12 W/m2, coi sóng âm do loa ó phát ra là sóng cu Xác  nh ng(ng

nghe ca tai ngi này

HD:

Ta có: I1 = 2

1

4 R

P

π ; I2 = 2

2

4 R

P











=

2

1 1

2

R

R I

I

= 10-4
I2 = 10-4I1

L2 = lg

0

2

I

I = lg

0 1 4

10

I I

− = lg 0

1

I

I + lg10-4 = L1 – 4 = 5 – 4 = 1 (B) = 10 (dB)

VD15 Hai ha âm liên tip do mt dây àn phát ra có tn s hn kém nhau 56 Hz Tính tn

s ca ha âm th ba do dây àn này phát ra

HD:

Ta có: kf – (k – 1)f = 56
Tn s âm c bn: f = 56 Hz
Tn s ha âm th 3 là: f3 = 3f =

168 Hz

VD16:.

HD:

Các âm mà mt nhc c phát ra có tn s fk

k = kf ≤ 18000
k =

f

18000 = 42,8 Vì k ∈ N nên k = 42

k = 42f = 17640

Hz

VD17: Trong ng sáo mt u kín mt u h∃ có sóng dng vi tn s c bn là 110 Hz Bit

tc  truyn âm trong không khí là 330 m/s Tìm  dài ca ng sáo

HD:

8

Ta có: λ =

f

v

= 3 m u kín ca ng sáo là nút, u h∃ là bng ca sóng dng nên chiu dài ca ng sáo là: L =

4

λ = 0,75 m

VD18

không hp th âm Ng(ng nghe ca âm ó là

mc cng  âm là L = 70 dB Cng  âm I ti A có giá tr là:

A 7

2

W 10

m

 B 7

2

W 10

m C 5

2

W 10

m

 D 70W2

m

= 70 => = 7 => =

=> I = => Vy chn C

2,5m :

A.I1 ≈ 0,07958W/m2 ; I2 ≈ 0,01273W/m2 B.I1 ≈ 0,07958W/m2 ; I2 ≈ 0,1273W/m2

C.I1 ≈ 0,7958W/m2 ; I2 ≈ 0,01273W/m2 D.I1 ≈ 0,7958W/m2 ; I2 ≈ 0,1273W/m2

HD: I1 1 2

4 .1 π

= = 0,079577 W/m2 ; I2 1 2

4 .2.5 π

= = 0,01273W/m2

dng c này phát ra là:

A 17850(Hz) B 18000(Hz) C 17000(Hz) D 17640(Hz)

HD: Chn D HD: fn = n.fcb = 420n (n ∈ N)

Mà fn ≤ 18000
420n ≤ 18000
n ≤ 42
fmax = 420 x 42 = 17640 (Hz)

-5W/m2 Bit cng  âm chu#n là I0 = 10-12 W/m2

A 60dB B 80dB C 70dB D 50dB

0

10

10

I

−

VD22: Mt máy bay bay ∃  cao h1= 100 mét, gây ra ∃ mt t ngay phía di mt ting !n

máy bay phi bay ∃  cao:

A 316 m B 500 m D 1000 m D 700 m

2 1

( )

2

2

u trên mt cu tâm S bán kính d B qua s
phn x ca sóng âm trên mt t và các vt

ti ó mc cng  âm b∋ng 0

HD: LA = lg

0

I

I A = 2; LB = lg

0

I

I B

= 0
LA – LB = lg

B

A I

I

= 2

B

A I

I = 102;

B

A I

I =

2

2

4

4

B

A

d P d P

π

π =

2













A

B d

d

= 102
dB = 10dA = 1000 m

B, C cùng n∋m v mt phía ca O và theo th t
xa có khong cách ti ngu!n tng dn Mc

cng  âm ti B kém mc cng  âm ti A là a (dB), mc cng  âm ti B hn mc

cng  âm ti C là 3a (dB) Bit OA = 2

3OB Tính t s OC

OA

A 81

16 B 9

27

HD: Công thc liên h cng  âm và công sut ngu!n phát : I P 2

4.d

A

d OC

OA = d

- Mc cng  âm ti B kém mc cng  âm ti A là a (dB)

a

A B

- Mc cng  âm ti B hn mc cng  âm ti C là 3a (dB)

3a C

B C

I

A

d

= ⇔ = T (1)

2

- T (1) và (2) suy ra :

2

C

d

a a

C 5 10 A

 

10

2

A 0,60W/m2 B 2,70W/m2 C 5,40W/m2 D 16,2W/m2

nh

2

2

2 1 2

VD26: Mc cng  âm ti v trí cách loa 1 m là 50 dB Mt ngi xut phát t loa, i ra

cng  âm chu−n là I0 = 10-12 W/m2, coi sóng âm do loa ó phát ra là sóng cu Xác  nh

ng(ng nghe ca tai ngi này

HD: Ta có: I1 = 2

1

4 R

P

π ; I2 = 2

2

4 R

P

2

2 1

1 2

  = 10-4
I2 = 10-4I1

L2 = lg

0

2

I

I

= lg

0 1 4

10

I

I

− = lg 0

1

I

I

+ lg10-4 = L1 – 4 = 5 – 4 = 1 (B) = 10 (dB)

BÀI TOÁN 2 BÀI TP HIU NG P - PLE

PH∀NG PHÁP



ca máy thu, còn tn s âm do vt phn x phát ra chính là tn s âm do vt phn x thu

M

' v v M

v

+

=

" v v M

v

−

=

s

s

'

S

v

v v

=

−

"

S

v

v v

= +

Vi v là vn tc truyn âm, f là tn s ca âm

' M

S

v v

v v

±

=

gim

VÍ D( MINH H)A

VD1.

yên Bit âm truyn trong không khí vi tc  340 m/s Khi ngu!n âm li gn thì máy thu o

thu

HD: Ta có: f’ =

S

v

v v− f; f’’ =

S

v

v+v f
f’’ = ' 340 30.740

340 30

S

S

v v f

v v

=

VD2 Mt ngi cnh sát giao thông ng ∃ mt bên ng dùng còi in phát ra âm có tn

Sóng âm truyn trong không khí vi tc  340 m/s Xác  nh tn s ca âm ca ting còi mà

HD:

M

v v v

+

f = 1050 Hz

S

v

v v− f’ = 1082 Hz

VD3 Mt ngi cnh sát giao thông ng ∃ bên ng dùng mt thit b phát ra âm có tn s

phn x có tn s 650 Hz Tính tc  ca ô tô Bit tc  ca âm trong không khí là 340

m/s

HD

Âm phn x t ô tô có: f’ = v vô ôt

v

−

ôtô

v

v+v f’ = ô ô

ô ô

t

t

v v

v v

−

vôtô = ( '')

''

v f f

f f

− + = 35,2 m/s = 126,6 km/h

VD4 Mt ngi cnh sát ng ∃ bên ng dùng súng bn tc  phát ra mt ín hiu dng

sóng âm có tn s 2000 Hz v phía mt ô tô ang tin n trc mt Máy thu ca ngi cnh

tc  ca ô tô

12

HD:

Âm phn x t ô tô có: f’ = v vô ôt

v

+

ôtô

v

v v− f’ = ô ô

ô ô

t

t

v v

v v

+

vôtô = ( '' )

''

v f f

f f

− + = 16,2 m/s = 58,3 km/h

VD5 Mt ngi ang ng!i trên ô tô khách chy vi tc  72 km/h nghe ting còi phát ra t

ti

k

t

v v

v v

+

−

nhau: f’’ = k

t

v v

v v

−

f'''

f = 1,2 = ( )( ) 360.340 360

=

360 1, 2.320

− + = 10,97 (m/s) = 39,5 (km/h)

VD6 Mt con di ang bay vi tc  9 km/h thì phát ra sóng siêu âm có tn s 50000 Hz

truyn âm trong không khí là 340 m/s Tính tn s sóng siêu âm phn x mà con di nhn

c

HD:

Tn s sóng siêu âm phn x: f’ = v v d

v

+

f

d

v

v v− f’ = d

d

v v

v v

+

− f = 50741 Hz

VD7.

2 = 560 Hz Tính u và f0 Ly vn tc truyn âm trong không khí là 340 m/s

HD:

1 = v u

v

+

f0

2 = v u

v

− f0

1

2

f

f = 1,125 = v u

v u

+

−
u = (1,125 1)1,125 1− v

+ = 20 m/s; f0 = v

v u+ f1 = 595 Hz

VD8:

á vi tc  10m/s, bit tc  truyn âm trong không khí là 340m/s Hi

HD:

340 1000 971

S

v

f' = f =

S

v

f'' = f =

VD9: Mt máy dò tc  ang ng yên phát sóng âm có tn s 150KHz v phía mt ôtto



v

Âm này n xe b phn x trên xe có tn s f1 = f ' tn lúc này f1 óng vai trò là ngu!n âm

S = vM

S

v

v - v

+

M

v v

= 340 45.150 195,8

340 45

M

M

v v

v v

III  TR.C NGHIM T/NG H P:

Câu 1: Khi cng  âm tng gp 10 ln thì mc cng  âm tng 10 dB Khi cng  âm

tng 100 ln thì mc cng  âm tng

A 20dB B 50dB C 100dB D 10000dB

-5 W/m2 Bit cng 

âm chu#n là I0 =10-12 W/m2

cng  âm là LA = 90 dB Bit ng(ng nghe ca âm ó là I0 = 0,1 nW/m2 Cng  ca

âm ó ti A là

A 0,1nW/m2 B 0,1mW/m2 C 0,1W/m2 D 0,1GW/m2

Câu 4: Hai âm có mc cng  âm chênh lch nhau 20 dB T s cng  âm ca chúng là

A 10 B 102 C 103 D 104

Câu 5: Mt ngi gõ mt nhát búa trên ng ray và cách ó 528m, mt ngi áp tai vào



 âm trong không khí là 330m/s Tc  âm trên ng ray là

A 5100m/s B 5280m/s C 5300m/s D 5400m/s

truyn t trong không khí vào nc thì bc sóng ca nó tng lên bao nhiêu ln ?

A 6ln B 5ln C 4,4ln D 4ln

Câu 7: Mt ngi ng ∃ gn chân núi hét ln ting thì sau 7s nghe thy ting vang t núi

vng li Bit tc  âm trong không khí là 330m/s Khong cách t chân núi n ngi ó

b∋ng

14

A 4620m B 2310m C 1775m D 1155m

Câu 8: Mt ng sáo h∃ hai u to sóng dng cho âm c
c i ∃ hai u sáo, ∃ gi&a có hai

nút Chiu dài ng sáo là 80cm Bc sóng ca âm là

m
c nc trong ng t mt âm thoa trên ming ng thu0 tinh ó Khi âm thoa dao ng, nó

phát ra âm c bn, ta thy trong ct không khí có mt sóng dng n  nh Khi  cao ct khí

nh nht l0

 truyn âm là 340m/s Tn s âm do âm thoa phát ra là

A 563,8Hz B 658Hz C 653,8Hz D 365,8Hz

1 mt on 3m, cách ngu!n âm S2

3,375m Bit S1 và S2 dao ng cùng pha Tc  ca sóng âm trong không khí v = 330m/s

1, S2 Bc sóng dài nht ca âm là

A 1,25m B 0,5m C 0,325m D 0,75m.

A t 0dB n 1000dB B t 10dB n 100dB

Câu 12: Hp cng h∃ng có tác dng

A làm tng tn s ca âm B làm gim bt cng  âm

C làm tng cng  ca âm D làm gim  cao ca âm

Câu 13: i vi âm c bn và ho âm bc 2 do cùng mt dây àn ghi ta phát ra thì

A ho âm bc 2 có cng  ln hn cng  âm c bn

B tn s ho âm bc 2 gp ôi tn s âm c bn

C tn s âm c bn ln gp ôi tn s ho âm bc 2

D tc  âm c bn gp ôi tc  âm bc 2

Câu 14: S
phân bit âm thanh vi h âm và siêu âm d
a trên

A bn cht vt lí ca chúng khác nhau

B bc sóng và biên  dao ng ca chúng

C kh nng cm th sóng c ca tai ngi

D mt lí do khác

Câu 15: 1 các rp hát ngi ta thng p tng b∋ng các tm nhung, d Ngi ta làm nh

trung th
c

A Dao ng âm thanh có tn s trong min t 16Hz n 20kHz

B V bn cht vt lí thì âm thanh, siêu âm và h âm u là sóng c

D Sóng âm luôn là sóng dc

... ho âm bc gp ôi tn s âm c bn

C tn s âm c bn ln gp ôi tn s ho âm bc

D tc  âm c bn gp ôi tc  âm bc

Câu 14: S
phân bit âm vi h âm siêu âm. ..

 âm khơng khí 330m/s Tc  âm ng ray

A 5100m/s B 5280m/s C 5300m/s D 540 0m/s

truyn t khơng khí vào nc bc sóng ca tng lên ln ?

A 6ln B 5ln C 4, 4ln D 4ln...

trung th
c

A Dao ng âm có tn s min t 16Hz n 20kHz

B V bn cht vt lí âm thanh, siêu âm h âm u sóng c

D Sóng âm ln sóng dc