BT PHẦN SÓNG CƠ-LTĐH

1 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ A.TÓM TẮT LÝ THUYẾT. I. SÓNG CƠ HỌC 1. Bước sóng: λ = vT = v/f Trong đó: λ: Bước sóng; T (s): Chu kỳ của sóng; f (Hz): Tần số của sóng v: Tốc độ truyền sóng (có đơn vị tương ứng với đơn vị của λ) 2. Phương trình sóng Tại điểm O: u O = Acos(ωt + ϕ) Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng. * Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì u M = A M cos(ωt + ϕ - x v ω ) = A M cos(ωt + ϕ - 2 x π λ ) * Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì u M = A M cos(ωt + ϕ + x v ω ) = A M cos(ωt + ϕ + 2 x π λ ) 3. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng x 1 , x 2 1 2 1 2 2 x x x x v ϕ ω π λ − − ∆ = = Nếu 2 điểm đó nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng x thì: 2 x x v ϕ ω π λ ∆ = = Lưu ý: Đơn vị của x, x 1 , x 2 , λ và v phải tương ứng với nhau 4. Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f. II. SÓNG DỪNG 1. Một số chú ý * Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. * Đầu tự do là bụng sóng * Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng luôn dao động ngược pha. * Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha. * Các điểm trên dây đều dao động với biên độ không đổi ⇒ năng lượng không truyền đi * Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ. 2. Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l: * Hai đầu là nút sóng: * ( ) 2 l k k N λ = ∈ Số bụng sóng = số bó sóng = k Số nút sóng = k + 1 * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: (2 1) ( ) 4 l k k N λ = + ∈ Số bó sóng nguyên = k Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1 3. Phương trình sóng dừng trên sợi dây CB (với đầu C cố định hoặc dao động nhỏ là nút sóng) * Đầu B cố định (nút sóng): Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B: os2 B u Ac ft π = và ' os2 os(2 ) B u Ac ft Ac ft π π π = − = − Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách B một khoảng d là: os(2 2 ) M d u Ac ft π π λ = + và ' os(2 2 ) M d u Ac ft π π π λ = − − Phương trình sóng dừng tại M: ' M M M u u u= + 2 os(2 ) os(2 ) 2 sin(2 ) os(2 ) 2 2 2 M d d u Ac c ft A c ft π π π π π π π λ λ = + − = + TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) O x M x 2 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ Biên độ dao động của phần tử tại M: 2 os(2 ) 2 sin(2 ) 2 M d d A A c A π π π λ λ = + = * Đầu B tự do (bụng sóng): Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B: ' os2 B B u u Ac ft π = = Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách B một khoảng d là: os(2 2 ) M d u Ac ft π π λ = + và ' os(2 2 ) M d u Ac ft π π λ = − Phương trình sóng dừng tại M: ' M M M u u u= + 2 os(2 ) os(2 ) M d u Ac c ft π π λ = Biên độ dao động của phần tử tại M: 2 cos(2 ) M d A A π λ = Lưu ý: * Với x là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ: 2 sin(2 ) M x A A π λ = * Với x là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ: 2 cos(2 ) M d A A π λ = III. GIAO THOA SÓNG Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S 1 , S 2 cách nhau một khoảng l: Xét điểm M cách hai nguồn lần lượt d 1 , d 2 Phương trình sóng tại 2 nguồn 1 1 Acos(2 )u ft π ϕ = + và 2 2 Acos(2 )u ft π ϕ = + Phương trình sóng tại M do hai sóng từ hai nguồn truyền tới: 1 1 1 Acos(2 2 ) M d u ft π π ϕ λ = − + và 2 2 2 Acos(2 2 ) M d u ft π π ϕ λ = − + Phương trình giao thoa sóng tại M: u M = u 1M + u 2M 1 2 1 2 1 2 2 os os 2 2 2 M d d d d u Ac c ft ϕ ϕϕ π π π λ λ − + +∆     = + − +         Biên độ dao động tại M: 1 2 2 os 2 M d d A A c ϕ π λ − ∆   = +  ÷   với 1 2 ϕ ϕ ϕ ∆ = − Chú ý: * Số cực đại: (k Z) 2 2 l l k ϕ ϕ λ π λ π ∆ ∆ − + < < + + ∈ * Số cực tiểu: 1 1 (k Z) 2 2 2 2 l l k ϕ ϕ λ π λ π ∆ ∆ − − + < < + − + ∈ 1. Hai nguồn dao động cùng pha ( 1 2 0 ϕ ϕ ϕ ∆ = − = ) * Điểm dao động cực đại: d 1 – d 2 = kλ (k∈Z) Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): l l k λ λ − < < * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d 1 – d 2 = (2k+1) 2 λ (k∈Z) Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): 1 1 2 2 l l k λ λ − − < < − 2. Hai nguồn dao động ngược pha:( 1 2 ϕ ϕ ϕ π ∆ = − = ) * Điểm dao động cực đại: d 1 – d 2 = (2k+1) 2 λ (k∈Z) Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): 1 1 2 2 l l k λ λ − − < < − TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 3 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d 1 – d 2 = kλ (k∈Z) Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn): l l k λ λ − < < Chú ý: Với bài toán tìm số đường dao động cực đại và không dao động giữa hai điểm M, N cách hai nguồn lần lượt là d 1M , d 2M , d 1N , d 2N . Đặt ∆d M = d 1M - d 2M ; ∆d N = d 1N - d 2N và giả sử ∆d M < ∆d N . + Hai nguồn dao động cùng pha: • Cực đại: ∆d M < kλ < ∆d N • Cực tiểu: ∆d M < (k+0,5)λ < ∆d N + Hai nguồn dao động ngược pha: • Cực đại:∆d M < (k+0,5)λ < ∆d N • Cực tiểu: ∆d M < kλ < ∆d N Số giá trị nguyên của k thoả mãn các biểu thức trên là số đường cần tìm. IV. SÓNG ÂM 1. Cường độ âm: W P I= = tS S Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn S (m 2 ) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR 2 ) 2. Mức cường độ âm 0 ( ) lg I L B I = Hoặc 0 ( ) 10.lg I L dB I = Với I 0 = 10 -12 W/m 2 ở f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn. 3. * Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định ⇒ hai đầu là nút sóng) ( k N*) 2 v f k l = ∈ Ứng với k = 1 ⇒ âm phát ra âm cơ bản có tần số 1 2 v f l = k = 2,3,4… có các hoạ âm bậc 2 (tần số 2f 1 ), bậc 3 (tần số 3f 1 )… * Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở ⇒ một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng) (2 1) ( k N) 4 v f k l = + ∈ Ứng với k = 0 ⇒ âm phát ra âm cơ bản có tần số 1 4 v f l = k = 1,2,3… có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f 1 ), bậc 5 (tần số 5f 1 )… V. HIỆU ỨNG ĐỐP-PLE 1. Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc v M . * Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thì thu được âm có tần số: ' M v v f f v + = * Máy thu chuyển động ra xa nguồn âm thì thu được âm có tần số: " M v v f f v − = 2. Nguồn âm chuyển động với vận tốc v S , máy thu đứng yên. * Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm với vận tốc v M thì thu được âm có tần số: ' S v f f v v = − * Máy thu chuyển động ra xa nguồn âm thì thu được âm có tần số: " S v f f 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 f f v v ± = m Máy thu chuyển động lại gần nguồn thì lấy dấu “+” trước v M , ra xa thì lấy dấu “-“. Nguồn phát chuyển động lại gần nguồn thì lấy dấu “-” trước v S , ra xa thì lấy dấu “+“. TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 4 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ B.BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Bài 1: Để phân loại sóng ngang và sóng dọc người ta căn cứ vào: A. Phương dao động B. Phương truyền sóng C. Môi trường truyền sóng D. Cả A và B. Bài 2: Chọn câu sai khi phát biểu về sóng cơ học. A. Sóng cơ học lan truyền trong môi trường nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường. B. Sóng sọc truyền được trong các môi trường rắn, lỏng và khí vì các lực liên kế đàn hồi giữa các phần tử của các môi trường đó xuất hiện khi bị biến dạng lệch, nén và dãn. C. Những điểm ở trên phương truyền sóng cách nhau một số nguyên lần nửa bước sóng thì dao động cùng pha. D. Những điểm ở trên phương truyền sóng cách nhau một số nguyên lần nửa bước sóng thì dao động ngược pha. Bài 3 : Chọn câu sai: A. Sóng âm và các sóng cơ học có cùng bản chất vật lí. B. Người ta phân biệt siêu âm và hạ âm dựa vào khả năng cảm thụ các sóng cơ học của tai con người. C. Vận tốc truyền âm phụ thuộc tính đàn hồi và mật độ của môi trường. D. Các chất xốp, bông vải có tính đàn hồi rất tốt nên được dùng làm vật liệu cách âm. Bài 4: Dao động cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi theo chuyển động nào sau đây: A. Dao động tuần hoàn B. Dao động điều hòa C. Chuyển động thẳng đều. D. Chuyển động thẳng biến đổi đều. Bài 5: Sóng âm truyền từ không khí vào nước tần số sóng âm có thay đổi không? Một âm truyền từ không khí vào nước, so sánh bước sóng trong không khí 1 λ và trong nước 2 λ , biết rằng vận tốc âm trong không khí v 1 và trong nước v 2 = 1400 m/s. Chọn câu đúng: A. Tần số âm không đổi, 2 λ = 2 1 λ B. Tần số âm không đổi, 2 λ = 4,1 1 λ C. Tần số âm thay đổi, 2 λ = 4,1 1 λ D. không đủ yếu tố để xác định. Bài 6 : Ngưỡng đau đối với tay người nghe là 10 -12 W/m 2 .Mức cường độ âm ứng với ngưỡng đau là 130 dB thì cường độ âm tương ứng là: A. 1W/m 2 B. 10W/m 2 . C.15W/m 2 . D.20W/m 2 Bài 7: Hai nguồn phát sóng nào dưới đây là hai nguồn kết hợp? Hai nguồn có: A. Cùng tần số B. Cùng biên độ giao động C.Cùng pha ban đầu. D. Cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian. Bài 8: Khi có sóng dừng trên sợi dây đàn hồi thì: A. Tất cả các điểm trên 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 kẻ với những điểm đứng yên. Bài 9: Một sóng có tần số góc 110 rad/s và bước sóng 1,8 m. Tính tốc độ truyền sóng. A:31,5m/s; B:3,15m/s; C:315m/s; D:0,315m/s; Bài 10: Một sóng có tần số 120 Hz truyền trong một môi trường với tốc độ 60 m/s, thì bước sóng của nó là bao nhiêu? A:1m; B:2m; C:0,5m; D:0,25m; Bài11: Một sóng hình sin tần số 110Hz truyền trong không khí theo một phương với tốc độ 340m/s. Tính khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 điểm có dao động cùng pha, có đao động ngược pha. A:khoảng cách gần nhau nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha là 1,5m;dao động ngược pha là 3,1m B:khoảng cách gần nhau nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha là 3,1m;dao độmg ngược pha là 1,5m C:khoảng cách gần nhau nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha là 31m;dao động ngược pha là 15m D:khoảng cách gần nhau nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha là 11m;dao động ngược pha là 5,5m TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 5 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ Bài 12: Một sợi dây đàn một đầu được nối vào một nhánh của âm thoa, đầu kia giữ cố định. Khi âm thoa dao động với tần số 600 Hz thì tạo ra sóng dừng trên dây có bốn điểm bụng , tốc độ truyền sóng trên dây là 400 m/s. a)Tính chiều dài của sợi dây, coi đầu nhánh âm thoa là một điểm cố định. A:1,33m; B:2m; C:1,5m; D:1,25m. b)Muốn tạo ra sóng dừng trên dây(có chiều dài như câu a)có 8 điểm bụng tần số dao động của âm thoa là bao nhiêu?coi tốc độ truyền sóng trên dây không đổi. A:1200Hz; B:2000Hz; C:300Hz; D:1000Hz. Bài13: Một sóng có tốc độ lan truyền 240 m/s và có bước sóng 3,2 m. Hỏi: a) Tần số của sóng là bao nhiêu? A:75Hz; B:20Hz; C:300Hz; D:100Hz. b) Chu kì của sóng là bao nhiêu? A:0,013s; B:0,13s; C:1,3s; D:13s. Bài 14: Một sóng có tần số 500 Hz và có tốc độ lan truyền 350 m/s. Hỏi hai điểm gần nhất trên sóng phải cách nhau một khoảng là bao nhiêu để giữa chúng có độ lệch pha bằng 3 π ? A:0,117m; B:11,7m; C:1,17m; D:117m. Bài 15:Sóng có bước sóng 60 cm. Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1:Trên phương truyền sóng, 2 điểm gần nhau nhất dao động ngược pha cách nhau A. 30 cm B.40 cm C.50 cm D. 60 cm Câu 2 :Trên phương truyền sóng, 2 điểm gần nhau nhất lệch pha 4 π cách nhau: A. 30 cm B. 15 cm C. 7,5 CM D. 5 cm Bài 16: Một nguồn sóng dao động với phương trình u s = a cos t ω , a và ω là hằng số, bước sóng 2 λ = 6,4cm. Biểu thức sóng tại M cách nguồn S 1,6 cm là: A.a cos       + 4 π ω t B. a cos       + 2 π ω t C. a sin t ω D. a sin       + 2 π ω t Bài 17:Một dây đàn hồi AB căng ngang, đầu A dao động theo phương vương góc với AB với biên độ 2 cm, tần số 2Hz. Vận tốc truyền sóng trên AB là 12 cm/s. Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Chọn gốc thời gian lúc đầu A qua vị trí cân bằng theo chiều dương, phương trình dao động của A nghiệm đúng biểu thức nào sau đây: A. u A = 2 cos       + 2 3 4 π π t B.u A = 2 sin       + 6 4 π π t C. u A = 2 cos t π 4 D.u A = 2 cos       + 3 4 π π t ( Đơn vị cm và s) Câu 2: Biểu thức sóng tại M cách A 21 cm nghiệm đúng biểu thức nào sau đây: A. u M = 2 sin       + 6 54 π π t với t ≥ 0,5s; B. u M = 2 sin       + 6 54 π π t với t ≥ 0,75s C.u M = 2 cos       + 2 4 π π t với t ≥ 1,75s; D.u M = 2 cos       + 3 44 π π t với t ≥ 1,75s ( Đơn vị cm và s) Bài 18: Tại thời điểm bằng 3 1 chu kì, một điểm cách nguồn sóng 4 cm có li độ dao động bằng 2 1 biên độ , bước sóng có trị số nào sau đây: A. 12 cm B. 15 cm. C.20 cm. D.16 cm. Bài 19:Trên một dây dàn hồi AB rất dài, người ta gây ra các dao động ngang, ở đầu A có phương trình u A = 0,5 sin 2,5 t π (cm,s) với t ≥ 0. Vận tốc truyền sóng trên AB là 60 cm/s. Trả lời các câu hỏi sau: TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) 6 Ôn luyện vật lý khối 12 - SÓNG CƠ Câu 1: Biểu thức sóng ở M cách A 24 cm là: A. u M = 0,5 cos 2,5 t π với t ≥ 0,4s; B. u M = 0,5 cos( 2,5 t π + π ) với t ≥ 0,4s C.u M = 0,5 cos( 2,5 t π + 2 π ) với t ≥ 0,4s; D.u M = - 0,5 sin 2,5 t π với t ≥ 0,4s ( đơn vị cm,s) Câu 2: Hình dạng của dây AB được biểu diễn ở thời điểm t 1 =1,2s nghiệm đúng phương trình nào sau đây: A.u M = 0,5 cos 24 x π ; 0 cmx 72 ≤≤ ; B.u M = 0,5 sin 24 x π ; 0 cmx 72 ≤≤ C.u M = - 0,5 sin 12 x π ; 0 cmx 72 ≤≤ ; D.u M = - 0,5 sin 12 x π + 6 π ; 0 cmx 72 ≤≤ Bài 20: Một đoàn sóng có phương trình x = 0,2 sin ( 198t -0,5d) (cm; s). Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Tần số dao động của đoàn sóng xấp xỉ giá trị nào sau đây: A. 32,82 Hz. B. 32,53 Hz. C. 32,13 Hz D. 31,53 Hz Câu 2: Bước sóng của đoàn sóng : A: π 4 cm; B: π 5,3 cm; C: π 3 cm ; D: π 2 cm ; Câu 3:Vận tốc cực đại của phần tử dao động là: A:19,9cm/s; B:29,8cm/s; C:39,6cm/s; D:396cm/s. Bài 21:Một dây dàn hồi AB dài 1 m căng ngang, đầu B cố định, đầu A dao động điều hòa theo phương vuôn góc với AB, chu kì 0,02 s. Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Trên AB có 5 nút kể cả A và B. Vận tốc truyền sóng trên AB là: A. 20 m/s. B. 25 m/s. C.30m/s. D. 50 m/s Câu 2: Nếu muốn trên AB có 2 bó sóng thì A phải dao động với tần số bằng: A. 25 Hz. B. 30 Hz. C. 35.Hz. D. 20 Hz Bài 22:Thực hiện thí nghiệm giao thao sóng cơ trên mặt nước với 2 nguồn sóng kết hợp S 1 , S 2 cách nhau 16 cm, dao động với tần số 15 Hz và cùng pha. Tại M trên mặt nước cách S 1, S 2 những khoảng d 1 = 21 cm; d 2 = 19 cm thì dao động cực đại. Cho biết giữa M với trung trực của S 1, S 2 không có cực đại nào khác. Trả lới các câu hỏi sau: Câu 1: Vận tốc truyền sóng trên mặt nước là: A. 30 m/s. B. 35 cm/s. C.40 cm/s. D. 60 cm/s Câu 2: Vẽ đường cong gồm các điểm dao động cực đại qua đường này cắt S 1, S 2 tại N. Chọn câu đúng: A. NS 1 = 5 cm; NS 2 = 11cm. B. NS 1 = 6 cm; NS 2 = 10cm C. NS 1 = 9 cm; NS 2 = 07cm. D. NS 1 = 10 cm; NS 2 = 6 cm Bài 23:Một nguồn âm phát ra âm có tần số 435 Hz; biên độ 0,05 mm truyền trong không khí với bước sóng 80 cm.Trả lời các câu hỏi sau: Câu 1: Vận tốc âm trong không khí là: A. 340 m/s. B.342 m/s. C.348 m/s. D.350 m/s Câu 2: Vận tốc dao động của các phần tử trong không khí là: A. 2,350 m/s. B. 2,259 m/s. C. 1,695 m/s. D. 1,359m/s Bài 24: Một nguồn âm phát ra một âm có tần số 1 000 Hz chuyển động lại gần 1 người quan sát với vận tốc 25 m/s. Vận tốc âm trong không khí là 340 m/s. Người quan sát đứng yên nghe được âm có tần số là: A. 1170 Hz. B. 1079 Hz. C. 1017 Hz. D.936 Hz. TRƯỜNG THPT HƯỚNG HÓA-GIÁO VIÊN:LÊ CAO(lecaoly@gmail.com) . bó sóng = k Số nút sóng = k + 1 * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: (2 1) ( ) 4 l k k N λ = + ∈ Số bó sóng nguyên = k Số bụng sóng = số nút sóng. khối 12 - SÓNG CƠ A.TÓM TẮT LÝ THUYẾT. I. SÓNG CƠ HỌC 1. Bước sóng: λ = vT = v/f Trong đó: λ: Bước sóng; T (s): Chu kỳ của sóng; f (Hz): Tần số của sóng v: