- 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 duỗi thẳng (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu.. kỳ[r]
(1)Phần 3: SÓNG CƠ HỌC
Chuyên đề 17: Sóng học, đại lượng đặc trưng sóng học Lập phương trình sóng cơ học
Tóm tắt kiến thức: 1 Khái niệm sóng học:
- Sóng học dao động học lan truyền môi trường vật chất theo thời gian - Sóng học có hai loại: sóng ngang sóng dọc
+ Sóng ngang: sóng có phương dao động phần tử vật chất vng góc với phương truyền sóng
Sóng ngang truyền môi trường chất rắn bề mạt chất lỏng
+ Sóng dọc: sóng có phương dao động cua r phần tử vật chất trùng với phương truyền sóng
Sóng dọc truyền mơi trường: rắn, lỏng, khí 2 Các đại lượng đặc trưng sóng cơ.
- Tốc độ truyền sóng: tốc độ truyền sóng sóng phụ thuộc vào chất mơi trường truyền sóng
+ Trong môi trường đồng chất xác định, tốc độ truyền sóng khơng thay đổi
+ Tốc độ truyền sóng = tốc độ truyền pha dao động vận tốc dao động phần tử vật chất có sóng truyền qua
- Chu kì tần số sóng:
+ Chu kì tần số sóng nguồn quy định nguon
dd
s T T
T và: fs fdd fnguon
+ Chu kì tần số sóng khơng thay đổi truyền từ mơi trường sang mơi trường khác
- Bước sóng: Là quảng đường sóng truyền chu kì (hoặc: khoảng cách nhỏ hai điểm phương truyền sóng dao động pha)
T v - Biên độ lượng sóng:
+ Biên độ sóng biên độ dao động phần tử vật chất có sóng truyền qua + Năng lượng sóng lượng dao động phần tử vật chất có sóng truyền
qua 2
song
W Wdd k A đó: k số, vận tốc góc, A biên độ sóng Nếu bỏ qua ma sát mơi trường và:
Sóng truyền theo đường thẳng: Wsong const(biên độ sóng khơng đổi)
Sóng truyền theo mặt phẳng: lượng sóng điểm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm xét tới nguồn:
B B
r
W (Biên độ giảm tỉ lệ nghịch với rB ) Sóng truyền khơng gian: lượng sóng điểm tỉ lệ nghịch với bình
phương khoảng cách từ điểm xét tới nguồn: '
B B
r
W (Biên độ giảm tỉ lệ nghịch với rB )
Trong đó: ,': số phụ thuộc vào lượng sóng nguồn; r
B khoảng cách
từ điểm xét tới nguồn 3 Phương trình sóng:
- Phương trình sóng nguồn O:
t
T A t A
u cos cos 2
- Phương trình sóng M cách O khoảng x:
t x
T A
v x t A
uM cos cos 2
- Nếu sóng truyền ngược chiều dương:
t x
T A v
x t A
uM cos cos 2
- Độ lệch pha điểm M, N phương truyền sóng: M N xM xN
(2)Chú ý: - Trong tượng sóng truyền sợi dây, dây kích thích dao động nam châm điện với tần số dòng điện f tần số dao động dây( tần số sóng) 2f.
-Đơn vị x, v phải tương ứng với nhau
Chuyên đề 18: Giao thoa sóng Tóm tắt kiến thức:
Giao thoa hai sóng phát từ hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 cách khoảng l với
phương trình sóng nguồn u1 A1cos.t1 u2 A2cos.t2
Xét điểm M cách hai nguồn d1, d2
- Phương trình sóng M hai sóng từ hai nguồn truyền tới:
1 1
1 cos
t d
A
u M
2 2
2 cos
t d
A u M
- Phương trình giao thoa sóng M: uM = u1M + u2M
uM A.cos.t đó:
1 1
2 2 2 cos
2
A A AA d d
A
1 Điều kiện để điểm dao động cực đại, cực tiểu: Biên độ dao động M cực đại khi:
2
cos 2 1
d
d
2 d k d
Biên độ dao động M cực tiểu khi:
2
cos 2 1
d
d
2 2 d k d
2 Số điểm cực đại, cực tiểu đoạn thẳng chứa hai nguồn:
Số điểm dao động cực đại đoạn thẳng chứa nguồn số nghiệm k hệ:
2
2
S S k S S
Số điểm dao động cực tiểu đoạn thẳng chứa hai nguồn số nghiệm k hệ:
2 2 2 S S k S S
3 Số điểm dao động cực đại, cực tiểu đoạn MN:
Số điểm dao động cực đại đoạn MN số nghiệm k hệ:
2
2
M N N
M d k d d
d
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N Số điểm dao động cực tiểu đoạn MN số nghiệm k hệ:
2 2 2 N N M
M d k d d
d
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N 4 Các khoảng cách:
Khoảng cách hai điểm cực đại liên tiếp: d
Khoảng cách điểm cực đại điểm cực tiểu liên tiếp: d 5 Các trường hợp đặc biệt:
Hai nguồn pha: 0
- Đờng trung trực S1S2là vân cực đại ứng với k 0(vân cực đại bậc
kh«ng)
- Điều kiện để M dao động cực đại, cực tiểu:
+ Điểm M vị trí vân cực đại nếu: d1 d2 k
Z k
(3)+ §iĨm M vị trí vân cực tiểu nếu:
2
1 d k
d
- Độ lệch pha điểm xảy tợng giao thoa víi hai nguån:
d1d2
nÕu cos 2 1 0
d d
d1 d2 nÕu cos 2 1 0
d d
Hệ 1:Muốn biết điểm M có hiệu khoảng cách đến hai nguồn là: d
MS
MS1 2 , thuộc vân cực đại hay vân cực tiểu, ta xét tỉ số
d
: + Nếu số nguyên điểm M thuộc vân cực đại
+ NÕu b»ng mét số bán nguyên điểm M thuộc vân cực tiểu
Hệ 2:Nếu hai điểm M M' nằm hai vân giao thoa loại bậc
k bậc k' ta viết:
' '
' 1 2
2
k S M S M
k MS MS
Sau đó, biết k k'
số ngun vân vân cực đại số bán nguyên vân vân cực tiểu
- Số điểm dao động cực đại đoạn thẳng hai nguồn số nghiệm k hệ:
2
1S k S S
S
- Số điểm dao động cực tiểu đoạn thẳng chứa hai nguồn:
1
1
2
S S k S
S
- Số điểm dao động cực đại đoạn MN số nghiệm k hệ:
N N M
M d k d d
d1 2 1 2
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N - Số điểm dao động cực tiểu đoạn MN số nghiệm k hệ:
2
1
2
N N M
M d k d d
d
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N Hai ngn ngỵc pha:
- Đờng trung trực S1S2là mét v©n cùc tiĨu
- Số điểm dao động cực đại đoạn thẳng chứa nguồn:
1
1 1 2
2
S S k S
S
- Số điểm dao động cực tiểu đoạn thẳng chứa nguồn:
2
1S k S S
S
- Số điểm dao động cực đại đoạn MN số nghiệm k hệ:
1
1
2
N N M
M d k d d
d
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N - Số điểm dao động cực tiểu đoạn MN số nghiệm k hệ:
N N M
M d k d d
d1 2 1 2
Với giả sử: d1M d2M d1N d2N Hai nguån vu«ng pha:
2
(4)- Số điểm dao động cực đại đoạn thẳng chứa nguồn:
1
1
2
S S k S
S
- Số điểm dao động cực tiểu đoạn thẳng chứa nguồn: 3
4
S S S S
k
- Số điểm dao động cực đại đoạn MN số nghiệm k hệ:
1
1
2
N N M
M d k d d
d
- Số điểm dao động cực tiểu đoạn MN số nghiệm k hệ:
1
1 3
4
N N
M M d d
d d
k
Chuyên đề 19: Sóng dừng Tóm tắt kiến thức:
1 Sự phản xạ sóng :
- Khi phản xạ vật cản cố định, sóng phản xạ ln ln ngược pha với sóng tới điểm phản xạ
- Khi phản xạ vật cản tự do, sóng phản xạ ln ln pha với sóng tới điểm phản xạ
- Sóng phản xạ sóng tới có tần số chu kì 2 Sóng dừng:
a Đại cương sóng dừng:
- Sóng dừng sóng có nút bụng cố định khơng gian Nó khơng truyền khơng gian
- Tốc độ truyền sóng: f T v Đối với dây không giãn:
T
v Trong T: lực căng dây, : khối lượng dây mét chiều dài
- Biểu thức sóng dừng tổng quát:
t
T d
A
uM cos cos - Biên độ dao động điểm M:
d A
a cos
*Với x khoảng cách từ M đến đầu nút sóng biên độ: M sin(2 )
x
A A
* Với x khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng biên độ: M cos(2 )
d
A A
- Vận tốc dao động điểm dây có sóng dừng: u' dt du v
- Bụng sóng điểm dao động mạnh nhất, nút sóng điểm khơng dao động
b Điều kiện để có sóng dừng:
* Đối với dây có đầu cố định hay đầu cố định, đầu dao động với biên độ nhỏ.
(5)+ Hai đầu dây nút
+ Khoảng cách nút hay bụng liên tiếp
2
+ Đầu cố định nút, đầu tự bụng sóng
+ Khoảng cách nút bụng liên tiếp
Điều kiện chiều dài dây
+ Chiều dài dây số nguyên lần nửa bước sóng. = n
2
{n = 1, 2, )
- Trên dây có n bó sóng - Số bụng = n
- Số nút = n +
Điều kiện chiều dài dây
+ Chiều dài dây số lẻ lần phần tư bước sóng. = m
4
với m =1,3,5…
Hay chiều dài dây nửa số bán nguyên nửa bước sóng
4 m
l (m=1,3,5… ) - Số bụng = số nút =
2 m
= số bó nguyên
Điều kiện tần số để có sóng dừng: f = v
= n.v
2 với n = 1, 2, 3…
+ Tần số nhỏ ( bản) ứng với n = 1: =
2
, f1 =
v 2
Điều kiện tần số để có sóng dừng: f = v
= l v m
với m = 1, 3, 5…
+ Tần số nhỏ ( bản) ứng với n = 1: =
4
, f1 =
v 4 c Các khoảng cách:
- Khoảng cách điểm bụng (hoặc điểm nút): dBB dNN n nN
- Khoảng cách điểm bụng điểm nút: dBN n nN
1
2
- Khoảng cách bụng nút kề nhau:
2 d - Khoảng cách bụng nút kề nhau:
4 d d Số bụng, số nút:
- Đối với sợi dây đầu nút: n l số bụng = n, số nút = n +1
- Đối với sợi dây đầu bụng: n l số nút = n, số bụng = n +1
- Đối với sợi dây có đầu nút, đầu bụng:
4 m
l (trong đó: m= 1, 3, 5,…) số bụng = số nút =
(6)- Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng.
- Đầu tự bụng sóng
- Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ln dao động ngược pha.
- Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha.
- Các điểm dây dao động với biên độ không đổi lượng không truyền đi - Khoảng thời gian hai lần sợi dây duỗi thẳng (các phần tử qua VTCB) nửa chu
kỳ.
Chuyên đề 20: Sóng âm, đại lượng đặc trưng sóng âm Nguồn nhạc âm. Tóm tắt kiến thức:
1 Sóng âm:
- Sóng âm sóng học lan truyền môi trưồng vật chất - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ vật chất nhiệt độ môi
trường
- Tốc độ truyền âm chất rắn > chất lỏng > chất khí - Cơng thức tốc độ truyền âm khơng khí phụ thuộc vào nhiệt độ:
0 t t v
v Trong đó: v0là tốc độ truyền âm t0 0C,
273 2 Các đại lượng đặc trưng sóng âm:
a. Độ cao:
- Độ cao âm phụ thuộc tần số, âm cao tần số lớn
- Các âm có tần số: f < 16 Hz: hạ âm; f > 20000Hz: siêu âm; 16f 20000Hz: âm
thanh
b. Âm sắc: Do đồ thị âm quy định (phụ thuộc vào tần số biên độ)
c. Độ to âm:
- Cường độ âm: cường độ âm lớn âm nghe to, nhiên độ to âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm
Công thức tính cường độ âm: t
S W S P I
Đơn vị: 2
m W
A B B A
r r I I
trong đó: IA,IB :cường độ âm A, B; rA,rB: Khoảng cách từ A, B tới nguồn
Chú ý: cơng thức tính diện tích chỏm cầu:
2 cos
2
Rh R
S : góc đỉnh
- Mức cường độ âm: Để so sánh độ to âm với độ to âm chuẩn người ta dùng đại lượng mức cường độ âm (L) Mức cường độ âm điểm xác định logarit thập phân tỉ số cường độ âm điểm I với cường độ âm chuẩn I0 Cường độ
âm chuẩn phụ thuộc vào tần số âm Các công thức :
0 lg
I I B
L hoặc:
0
I L(dB) 10lg
I
; 1B=10 dB
2 lg
lg
A B B
A B
A
r r I
I L
L
d. Giới hạn nghe tai người.
- Ngưỡng nghe: giá trị bé mức cường độ âm mà tai người bắt đầu cảm nhận âm Ngưỡng nghe phụ thuộc tần số
(7)Chuyên đề 21: Hiệu ứng Đôpple: Công thức tổng quát: ' M
S
v v
f f
v v
Máy thu chuyển động lại gần nguồn lấy dấu “+” trước vM, xa lấy dấu “-“.
Nguồn phát chuyển động lại gần nguồn lấy dấu “-” trước vS, xa lấy dấu “+“. 1 Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc vM.
- Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thu âm có tần số: f ' v vM f
v
- Máy thu chuyển động xa nguồn âm thu âm có tần số: f " v vM f
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 thu âm có tần số:
'
S
v
f f
v v
- Máy thu chuyển động xa nguồn âm thu âm có tần số: "
S
v
f f
v v