bài tập vật lí sóng cơ

Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ CHƯƠNG II: SÓNG CƠ BÀI 1: SỰ TRUYỀN SÓNG Admin: Trịnh Xuân Đảm SĐT: 01678774916 CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN a) Định nghĩa sóng cơ: Sóng dao động lan truyền môi trường rắn, lỏng, khí b) Sóng ngang: sóng phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền chất rắn mặt chất lỏng c) Sóng dọc: sóng phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền môi trường rắn, lỏng, khí d) Đặc trưng sóng hình sin: - Biên độ sóng: biên độ dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua - Chu kỳ: chu kỳ phần tử   trường có sóng truyền qua  f  - môi 1  T Tốc độ truyền sóng: Tốc độ truyền sóng v tốc độ lan truyền môi trường Với môi trường có v không đổi - Bước sóng:   quãng đường mà sóng truyền chu kỳ  Hoặc khoảng cách gần hai điểm pha phương truyền sóng   v.T  - v  m, cm,  f Năng lượng sóng: lượng dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua PHƯƠNG TRÌNH SÓNG Xét nguồn O, có phương trình sóng u  U0 cos t d   d  Sóng truyền từ O đến M: u M  U cos   t  t   U cos   t    U cos  t   v   v  2fd  2d   d    U cos  t    U cos  t    t   f     v   Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Độ lệch pha dao động hai điểm phương truyền sóng:   2 d d d  2   Nếu:    k2 (hai điểm pha)  k2  2d  d  k   Những điểm pha phương truyền sóng cách nguyên lần bước sóng     2k  1  (hai điểm ngược pha)   2k  1   2d   d   2k  1   Những điểm ngược pha phương truyền sóng cách số lẻ lần nửa bước sóng BÀI 2: GIAO THOA SÓNG CƠ ĐỊNH NGHĨA GIAO THOA SÓNG Hiện tượng hai sóng kết hợp, gặp điểm xác định, luôn tăng cường tạo thành cực đại làm yếu (tạo thành cực tiểu), gọi giao thoa sóng Nguồn kết hợp hai nguồn có tần số độ lệch pha không đổi theo thời gian GIAO THOA SÓNG A Hai nguồn sóng pha 2d1   u1M  U cos  t      2d   u 2M  U cos  t      2d1  2d    u M  u1M  u 2M  U cos  t    U cos  t          2U cos   d  d1   với A M  2U cos    d1  d      d1  d   cos  t    A M cos  t           d  d1   Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Xét biên độ A  2U cos   d  d1      d  d1     d  d1  A max cos   k  d  d  d1  k , k  0, 1, 2,   1      KL: Biên độ sóng giao thoa đạt cực đại vị trí có hiệu đường nguyên lần bước sóng   d  d1      d  d1   1 1  A cos    k     d  d  d1   k    , k  0, 1, 2,  0   2 2     KL: Biên độ sóng giao thoa đạt cực tiểu vị trí có hiệu đường lẻ lần nửa bước sóng B Hai nguồn lệch pha 2d1   u1M  U cos  t  1      2d   u 2M  U cos  t  2      2d1  2d    u M  u1M  u 2M  U cos  t  1    U cos  t  2            2   d  d1     1  2   d  d1   1  2   d  d1    2U cos      cos t    A M cos t               2   d  d1       d  d1   với A M  2U cos      2U cos    ,   2  1           d  d1    Xét biên độ A  2U cos           d  d1       d  d1   A max cos       1      k           d  d1       d  d1    1 A cos           k     2      CÁC BÀI TOÁN QUAN TRỌNG Bài toán 1: Xác định số cực đại, cực tiểu hai điểm M, N với độ lệch pha Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Tại M N d M  d 2M  d1M , giả sử d M  d N  d N  d 2N  d1N Suy ra: + Cực đại:  + Cực tiểu:   d M  d N với   2  1  k  2  2   d M  d N với   2  1  k   2  2  Bài toán 2: Xác định số cực đại, cực tiểu đoạn S1S2 (khi M trùng với S1, N trùng với S2)  l  l  Cuc dai :  2    k   2    d S1  l  Tổng quát:     2  1   d S2  l Cuc tieu :    l  k      l  2  2  Bài toán 3: Xác định số điểm cực đại pha, ngược pha với nguồn đoạn S1S (S1, S2 pha)  Hai nguồn cách chẵn λ Cực đại pha với nguồn:  l k 2 2 Cực đại ngược pha với nguồn:  l 1  k  2 2  Hai nguồn cách lẻ λ Cực đại pha với nguồn:  l 1  k  2 2 Cực đại ngược pha với nguồn:  l k 2 2 Bài toán 4: Xác định biên độ giao thoa sóng  Hai nguồn biên độ     d  d1    Tại vị trí M bất kỳ: A M  2U cos          Tại trung điểm S1S2 : A M  2U cos       Hai nguồn pha: A M  2U0  Hai nguồn ngược pha: A M  Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/  Hai nguồn vuông pha: A M  U0  Hai nguồn lệch pha  : AM  U0 3  Hai nguồn khác biên độ Xây dựng phương trình sóng từ nguồn tới M, phương trình sóng từ nguồn tới M Thực toán tổng hợp dao động điều hòa máy tính: A1  A  A M  A1  A Bài toán 5: Bài toán đường trung trực  Phương trình điểm M pha với nguồn Cho hai nguồn u1  u  U0 cos t  u M  2U cos   d  d1      d  d1   cos  t      Vì M nằm trung trực hai nguồn nên d1  d  d    d  d1    phương trình M trở thành u M  2U cos t    1    Vì M nguồn pha nên    d  d1  2d d  k2  d1  d  d   k    Ta có: d  k   k2  2  3  d  k   2  k   2 4 Thay (4) vào (2) sau thay (2) vào (1) ta có: u M  2U cos  t  k2   Bài toán tìm MImin Ta có: k   (k nguyên) 2 Vì MI  k  d  k  MI  d     2  k        2  Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/  Bài toán xác định số điểm dao động pha với nguồn Ct4 Ct2 Ct1 k = -4 k = -3 k = -2 k = -1 đoạn MI  d   k  , d  MI    2   2 Ct3 Ct1 Ct2 Ct3 k=0 k=1 k=2 Ct4 k =3 S1 S2 k =1 TỔNG KẾT cđ Khoảng cách hai cực đại liên tiếp  Khoảng cách hai cực tiểu liên tiếp  Khoảng cách cực đại cực tiểu liên tiếp  BÀI 3: SÓNG DỪNG SÓNG PHẢN XẠ Sóng phản xạ có tần số bước sóng với sóng tới Nếu đầu phản xạ cố định sóng phản xạ ngược pha với sóng Nếu đầu phản xạ tự sóng phản xạ sóng tới pha với SÓNG DỪNG A Thí nghiệm Quan sát thí nghiệm hình vẽ: Ban đầu máy chưa rung sợi dây duỗi thẳng Khi máy rung, điều chỉnh tần số sợi dây đến giá trị sợi dây hình thành hình ảnh xác định với bụng nút hình vẽ Hình ảnh quan sát gọi sóng dừng B Định nghĩa sóng dừng Sóng dừng trường hợp đặc biệt giao thoa sóng, có giao thoa sóng tới sóng phản xạ Những điểm tăng cường lẫn gọi bụng sóng, điểm triệt tiêu lẫn gọi nút sóng Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/  - Các bụng sóng liên tiếp (nút sóng liên tiếp) cách - Khoảng cách bụng nút liên tiếp - Các điểm bụng dao động pha với - Các điểm hai bụng liên tiếp dao động ngược pha - Biên độ cực đại bụng 2A, bề rộng cực đại bụng 4A - Thời gian để sợi dây duỗi thẳng liên tiếp  T ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ SÓNG DỪNG A Sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định  với k  1; 2;3;  lk  lmin  lk  k  v v v  f  k  f  k  2f 2l 2l B Sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự lk        2k  1  m , m  1;3;5;  4  lmin  lm  m  4l v v  f m với k  1;3;5;  4f 4l  f  v k  4 PHƯƠNG TRÌNH SÓNG DỪNG A Trường hợp sóng dừng có đầu phản xạ đầu cố định Loại 1: Tại điểm M dây hình vẽ có phương trình sóng tới u tM  U 0cos  t    Hãy xây dựng phương trình sóng dừng M Hướng dẫn: Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ u M  u tM  u pM đó: u tM sóng tới M, u pM sóng phản xạ M Muốn có u pM ta cần có sóng u pO (sóng phản xạ O)  Muốn có u pO ta cần có sóng u tO (sóng tới O) 2d  2d    u tO  U cos  t       (vì sóng tới sóng phản xạ ngược   u pO  U cos  t          pha) 4d    u pM  U cos  t         4d    u M  u tM  u pM  U 0cos  t     U cos  t         2d    2d     2U cos    cos  t      2  2    Loại 2: Tại điểm O dây hình vẽ có phương trình sóng tới utO  U 0cos  t    Hãy xây dựng phương trình sóng dừng M Hướng dẫn: Phương trình sóng M: u M  u tM  u pM 2d   Xây dựng u tM : u tM  U cos  t        Xây dựng u pM : 2d   u pO  U cos  t       u pM  U cos  t          2d  2d     u M  u tM  u pM  U cos  t      U cos  t               2d     2U cos    cos  t     2 2    Nhận xét: Với trường hợp sóng dừng có đầu phản xạ đầu cố định biên độ sóng  2 l   A  2U cos    2   B Trường hợp sóng dừng có đầu phản xạ đầu tự Loại 3: Tại điểm M dây hình vẽ có phương trình sóng tới u tM  U 0cos  t    Hãy xây dựng phương trình sóng dừng M Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Hướng dẫn: u M  u tM  u pM Xây dựng u tM : u tM  U cos  t   Xây dựng u pM : 2d  2d    u tO  U cos  t      u pO  U cos  t     (vì sóng tới sóng phản xạ pha)       4d    u pM  U cos  t        4d  2d    2d    u M  u tM  u pM  U cos  t    U cos  t      2U cos   cos  t              Nhận xét: Với trường hợp sóng dừng có đầu phản xạ tự biên độ sóng dừng  2 l  A  2U cos      BÀI 4: SÓNG ÂM SÓNG ÂM - Sóng âm sóng học truyền môi trường rắn, lỏng, khí - Một vật dao động phát âm gọi nguồn âm - Sóng âm truyền môi trường đàn hồi (rắn, lỏng, khí, ) - Sóng âm không truyền chân không - Tính đàn hồi môi trường cao tốc độ âm lớn, tốc độ truyền âm theo thứ tự khí, lỏng, rắn - Trong chất khí chất lỏng, sóng âm sóng dọc, chất rắn, sóng âm sóng dọc sóng ngang ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA SÓNG ÂM A Tần số âm: đặc trưng vật lý quan trọng âm  Âm có tần số nhỏ 16Hz tai người không nghe được, gọi hạ âm  Âm có tần số lớn 20000Hz tai người không nghe được, gọi sóng siêu âm  Những âm mà tai nghe gọi âm Âm có tần số nằm khoảng từ 16Hz đến 20000Hz  B Cường độ âm I W / m   Là đại lượng đo lượng lượng mà sóng âm tải qua đơn vị diện tích đặt Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian P W P    I A R A2  I B R B2 Trong đó: P công suất nguồn âm (W), S diện tích sóng S t 4R I truyền qua (m2) C Mức cường độ âm L  B  lg I I  B   10lg  dB Trong đó: I cường độ âm điểm nghiên cứu  W / m2  , I0 I0 I0 cường độ âm chuẩn  W / m  ĐẶC TRƯNG SINH LÝ CỦA SÓNG ÂM - Độ cao: độ cao âm đặc trưng sinh lý âm gắn liền với tần số âm - Độ to: độ to khái niệm nói đặc trưng sinh lý âm gắn liền với đặc trưng vật lý mức cường độ âm tần số Âm sắc: âm sắc đặc trưng sinh lý âm, giúp ta phân biệt âm nguồn khác phát - có tần số khác biên độ NHẠC ÂM - Nhạc âm âm nhạc cụ phát - Nhạc âm có đồ thị đường cong tuần hoàn Họa âm A Với đàn có hai đầu dây cố định: lk  v v k  f  k  kf đó: 2f 2l v 2l  f   k họa âm bậc k với k   0;1; 2;3;   v vận tốc truyền âm dây v   (  lực căng dây (N),  mật độ dài (kg))  B Với ống sáo có đầu kín, đầu hở: lm  v v  m  f  m  mf đó: 4f 4l v  f   m họa âm bậc m với m  1;3;5;  CÁC CÔNG THỨC LOGARIT CƠ BẢN Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 10 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ 1 log a b  x  b  a x   log b  x  b  10x   log  ab   log a  log b   log a  log a  log b b CHƯƠNG III: SÓNG ĐIỆN TỪ BÀI 1: MẠCH DAO ĐỘNG LC Phương trình điện tích q  Q0 cos  t     C  Phương trình dòng điện   i  q '  Q0 cos  t      A  2     I0 cos  t     I0  Q0 2  Phương trình hiệu điện q Q0  cos  t     V  C C u  U cos  t   U  Q0 C Chu kỳ, tần số A Tần số góc ω (rad/s) đó: L độ tự cảm cuộn dây (H), C điện dung tụ điện (F) LC  S đó: 4Kd C   số điện môi  S diện tích tiếp xúc hai tụ  K  9.109  d khoảng cách hai tụ B Chu kỳ T (s) T 2  2 LC  C Tần số f (Hz) f   2 2 LC Quy tắc ghép tụ điện, cuộn dây A Ghép nối tiếp Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 11 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Tụ điện 1 CC CC1 CC2    C  ; C2  ; C2  C C1 C2 C1  C2 C1  C C2  C Cuộn dây L  L1  L B Ghép song song Tụ điện: C  C1  C Cuộn dây: 1   L L1 L Bài toán liên quan đến ghép tụ Bài toán Bài toán L  C1   T1 L  C1   f1  C   T2  C   f2  C1 nt C  T   C1 nt C  f  f12  f22 T1T2 T12  T22 2 2  C1 / / C  T  T  T  C1 / / C  f  f1f2 f12  f22 Bảng quy đổi đơn vị STT Quy đổi nhỏ (ước) Quy đổi lớn (bội) Ký hiệu Quy đổi Ký hiệu Quy đổi m  mini  103 K  kilo  103   micro  106 M  mega  106 N  nano  109 Gi  giga  109 A0  Axittrom  1010 T  tetra  1012 P  pico  1012 f  fecci  1015 Bài toán viết phương trình u - i - q Loại 1: Giả sử cho phương trình q  Q0 cos  t     C     i  I0 cos  t      A  I0  Q0 2   u  U cos  t     V  U  Q0 C Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 12 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Loại 2: Giả sử cho phương trình i  I0 cos  t    A   I   q  Q0 cos  t      C  Q      L   u  U cos  t      V  U0  I0 C 2  Loại 3: Giả sử cho phương trình u  U cos  t     A   q  Q0 cos  t    C  Q0  CU  C   i  I0 cos  t      A  I0  U 2 L  BÀI 2: NĂNG LƯỢNG MẠCH LC Năng lượng mạch LC Năng lượng mạch LC: W  Wd  Wt , đó:  W: lượng mạch dao động (J)  Wd : lượng điện trường (J) tập trung tụ điện  Wt : lượng từ trường (J) tập trung cuộn dây Wd  1 q Q2 Cu  qu   cos  t  2 C C  Wd max  Wt  1 Q2 CU 02  2 C Li  L2 Q sin  t  2  Wt max  LI0 Tổng kết W  Wd  Wt   Wd max  2 2 1 q2 Cu1  Li1  Cu  Li  qu  Li   Li 2 2 2 C Q 02 1  CU 02  Wt max  LI 02 C 2 Ta có số hệ thức sau:  LI 20  Li  Cu  L  I 02  i   Cu Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 13 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ q2 q2  L  I 02  i    I 20  i  2 q C C  LI 02  Li   Q 20 q i   Li  Q 20  q  LCi  Q02  q  C C   C  U 02  u   Li   I0  U C  U0  u   i2 L C L ; U  I0 L C Công thức xác định lượng tỏa (năng lượng cần cung cấp để trì mạch LC) P  I2 R  I02 R Một số kết luận quan trọng: T - Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với chu kỳ - Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số 2f - Thời gian liên tiếp để động T BÀI 3: SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN THÔNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN TỪ TRƯỜNG Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường sinh không gian xung quanh điện trường xoay biến thiên theo thời gian ngược lại, biến thiên theo thời gian cảu điện trường sinh từ trường biến thiên theo thời gian không gian xung quanh SÓNG ĐIỆN TỪ A Định nghĩa Sóng điện từ trình lan truyền điện từ trường không gian B Đặc điểm sóng điện từ  Lan truyền với vận tốc 3.108 m/s chân không  Sóng điện từ sóng ngang, trình lan truyền điện trường từ trường lan truyền pha có phương vuông góc với  Sóng điện từ lan truyền chân không, khác biệt sóng điện từ sóng C Tính chất sóng điện từ  Trong trình lan truyền mang theo lượng  Tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ  Tuân theo quy luật giao thoa, nhiễu xạ Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 14 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/  Nguồn phát sóng điện từ (chấn tử) vật phát điện trường từ trường biến thiên như: tia lửa điện, cầu dao đóng ngắt mạch điện, D Công thức xác định bước sóng sóng điện từ:   cT  c , đó:  bước sóng điện từ; T chu kỳ sóng điện từ; c  3.108 m / s f TRUYỀN THÔNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN A Các khoảng sóng vô tuyến Mục Loại sóng Bước sóng Sóng dài  1000m Sóng trung 100  1000m Đặc điểm - Ứng dụng - Không bị nước hấp thụ - Thông tin liện lạc nước - Bị tầng điện ly hấp thụ ban ngày, phản xạ ban đêm nên ban đêm nghe radio rõ ban ngày Sóng ngắn 10  100m - Chủ yếu thông tin phạm vi hẹp - Bị tầng điện ly mặt đất phản xạ - Máy phát sóng ngắn công suất lớn truyền thông tin xa mặt đất Sóng cực ngắn 0, 01  10m - Có thể xuyên qua tầng điện ly - Dùng để thông tin liên lạc vũ trụ B Sơ đồ máy thu phát sóng vô tuyến Sơ đồ máy phát sóng Sơ đồ máy thu sóng Trong đó: Bộ phận Máy phát Bộ phận Máy thu Máy phát sóng cao tần Ănten thu Micro (ống nói) Chọn sóng Biến điệu Tách sóng Khuếch đại cao tần Khuếch đại âm tần Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 15 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Ănten phát Loa C Truyền thông sóng điện từ Nguyên tắc thu phát: fm¸y  fsãng fm¸ y  2 LC fsãng  c  Bước sóng máy thu   c.2 LC MỘT SỐ BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP Loại 1: Xác định bước sóng máy thu Để 1: Mạch LC máy thu có L  L1; C  C1 , cho c  3.108 m / s Xác định bước sóng mà máy thu   c.2 L1C1 Để 2: Mạch LC máy thu có tụ điện thay đổi từ C1 đến C2  C1  C  độ tự cảm L Xác định khoảng sóng mà máy thu     1     1  c.2 LC1 ;   c.2 LC2 Để 3: Mạch LC máy thu có C điều chỉnh  C1  C2  ; L điều chỉnh  L1  L  Xác định khoảng sóng mà máy thu     1     1  c.2 L1C1 ;   c.2 L2 C2 Để 4: L  C1   1 L  C1   f1  C   2  C   f2  C1 nt C    1  C1 nt C  f  f12  f22 12  22  C1 / / C    12  22  C1 / / C  f  Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam f1f2 f12  f22 - Trang | 16 - Toán – Lý – Hóa Bắc Trung Nam Page: https://www.facebook.com/Toanlyhoabactrungnam/ Admin : https://www.facebook.com/trinhxuan.dam - Trang | 17 - ... tiếp  BÀI 3: SÓNG DỪNG SÓNG PHẢN XẠ Sóng phản xạ có tần số bước sóng với sóng tới Nếu đầu phản xạ cố định sóng phản xạ ngược pha với sóng Nếu đầu phản xạ tự sóng phản xạ sóng tới pha với SÓNG... gọi sóng dừng B Định nghĩa sóng dừng Sóng dừng trường hợp đặc biệt giao thoa sóng, có giao thoa sóng tới sóng phản xạ Những điểm tăng cường lẫn gọi bụng sóng, điểm triệt tiêu lẫn gọi nút sóng. .. tM sóng tới M, u pM sóng phản xạ M Muốn có u pM ta cần có sóng u pO (sóng phản xạ O)  Muốn có u pO ta cần có sóng u tO (sóng tới O) 2d  2d    u tO  U cos  t       (vì sóng tới sóng