chuyên đề vật lí về sóng cơ lí thuyết bài tập lời giải

Tổng hợp các chuyên đề VẬT LÍ SÓNG CƠ ôn thi THPT 12 được biên soạn tương đối đầy đủ về lí thuyết, các câu hỏi, bài tập được giải chi tiết, đồng thời có các bài tập tự luyện ở phía dưới có hướng dẫn giải và đáp án của các phần bài tập tự luyện. Tài liệu này giúp giáo viên tham khảo để dạy học và nâng cao chuyên môn, học sinh tham khảo rất bổ ích nhằm nâng cao kiến thức về vật lí lớp 11, 12 và để ôn thi THPQG.

CHƯƠNG SĨNG CƠ lí thuyết – tập – lời giải A LÍ THUYẾT I SĨNG CƠ HỌC VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG Định nghĩa Sóng dao động lan truyền mơi trường Ví dụ: Sóng mặt nước sóng truyền từ điểm dao động mặt nước (bằng cần rung tạo dao động chẳng hạn) đến phần tử khác thông qua mơi trường nước Chú ý Khi sóng truyền đi, phần tử vật chất không truyền theo sóng, mà dao động xung quanh vị trí cân xác định Phân loại - Sóng chia làm loại: sóng ngang sóng dọc + Sóng ngang: sóng phân tử mơi trường dao động theo phương vng góc với phương truyền sóng Ví dụ: Sóng mặt nước sóng ngang + Sóng dọc: sóng phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng Ví dụ: Sóng âm sóng dọc, phần tử mơi trường khí STYDY TIP - Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang truyền chất rắn - Sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng chất rắn - Sóng khơng truyền chân không Các đặc trưng sóng hình sin 3.1 Biên độ sóng - Biên độ A sóng biên độ dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua - Đơn vị: m, thông thường cm 3.2 Chu kì, tần số sóng - Chu kì T sóng chu kì dao độngcủa phần tử mơi trường có sóng truyền qua Đơn vị: giây - Tần số f sónng số dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua khoảng thời gian Đơn vị: Héc (Hz) f = N = T ∆t N: số dao động thực khoảng thời gian: ∆t Chú ý Khi sóng truyền đi, tần số sóng khơng thay đổi Trang 3.3 Tốc độ truyền sóng - Tốc độ truyền sóng v tốc độ lan truyền dao động môi trường - Đối với môi trường, tốc độ truyền sóng v có giá trị khơng đổi Nhận xét: Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào: + Bản chất mơi trường (mật độ, tính đàn hồi môi trường,…) + Nhiệt độ Lưu ý Tốc độ truyền sóng giảm theo thứ tự: rắn, lỏng, khí: vr > vl > vk 3.4 Bước sóng - Bước sóng λ quãng đường mà sóng truyền chu kì, khoảng cách ngắn hai điểm phương truyền sóng mà dao động pha λ = vT = v f STUDY TIP - Khoảng cách hai (đỉnh) sóng liên tiếp bước sóng - Khoảng cách n (đỉnh) sóng liên tiếp ( n − 1) bước sóng 3.5 Năng lượng sóng - Năng lượng sóng lượng dao động phần tử mơi trường có sóng truyền qua II PHƯƠNG TRÌNH SĨNG Phương trình sóng - Xét sóng hình sin lan truyền mơi trường, sóng phát từ nguồn điện O Giả sử phương trình dao động O có dạng uO = a cos ( ωt + ϕ0 ) Trong đó: * u0 li độ O thời điểm t (m) * a biên độ (m) * ω tần số góc sóng (rad/s) * ϕ0 pha ban đầu (rad) - Xét điểm M nằm phương truyền sóng, cách O khoảng d = OM Nếu bỏ qua mát lượng, biên độ M biên độ nguồn O, dao động M trễ pha dao động nguồn O góc 2π d Phương trình dao động M có dạng λ 2π d   uM = a cos  ωt + ϕ0 − λ ÷   - Nếu sóng truyền theo chiều dương Ox ( x > ) Khi d = x = x Phương trình sóng M có dạng Trang 2π d  2π x    uM = a cos  ωt + ϕ0 − ÷ = a cos  ωt + ϕ0 − λ  λ ÷   - Nếu sóng truyền theo chiều âm Ox ( x < ) Khi d = x = − x Phương trình sóng M có dạng 2π d  2π x    uM = a cos  ωt + ϕ0 − ÷ = a cos  ωt + ϕ0 + λ  λ ÷   Một số tính chất sóng suy từ phương trình sóng - Xét phương trình sóng điểm M bất kì, cách nguồn cố định O có phương trình u0 = a cos ( ωt + ϕ0 ) khoảng d, thời điểm t Phương trình sóng M có dạng: 2π d  2π d    2π uM = a cos  ωt + ϕ0 − t + ϕ0 − ÷ = a cos  λ  λ ÷   T Từ phương trình trên, ta thấy rằng: + Nếu giữ nguyên d, uM phụ thuộc vào biến t, ta nói uM tuần hồn theo thời gian với chu kì T Bởi 2π d  2π d   2π  2π uM ( t + T ) = a cos  ( t + T ) + ϕ0 − t + 2π + ϕ0 − ÷ = a cos  λ  λ ÷  T  T  2π d   2π = a cos  t + ϕ0 − = uM ( t ) λ ÷  T  + Nếu giữ nguyên t, uM phụ thuộc vào biến d, ta nói uM tuần hồn theo khơng gian với chu kì λ (tức sau khoảng có độ dài bước sóng, sóng lại có hình dạng lặp lại cũ) Bởi  2π 2π ( d + λ ) uM ( d + λ ) = a cos  t + ϕ0 − λ  T  2π d  2π  t + ϕ0 − − 2π ÷ ÷ = a cos  λ  T   2π d   2π = a cos  t + ϕ0 − = uM ( d ) λ ÷  T  Vậy, sóng có tính chất tuần hồn theo khơng gian thời gian III GIAO THOA SÓNG Định nghĩa - Hai nguồn kết hợp hai nguồn dao động có tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian - Hiện tượng giao thoa sóng tượng hai sóng kết hợp dao động phương gặp nhau, giao thoa với Trang Trên miền giao thoa có điểm dao động với biên độ cực đại (sóng từ hai nguồn truyền tới điểm tăng cường nhau) có điểm dao động với biên độ cực tiểu (sóng từ hai nguồn truyền tới điểm làm yếu nhau) tạo thành hình ảnh giao thoa Chú ý Điều kiện giao thoa sóng: Hai nguồn dao động hai nguồn kết hợp dao động phương, tức hai nguồn có: + Cùng tần số + Cùng phương dao động + Có độ lệch pha khong đổi theo thời gian Phương trình dao động điểm vùng giao thoa Trong chương trình Vật lí 12 Bộ giáo dục, xét hai nguồn kết hợp pha; ngược pha Nhưng để có nhìn tổng quát, ta xét hai nguồn S1 , S lệch pha bất kì, sau xét trường hợp pha, ngược pha, vuông pha,… Xét hai nguồn kết hợp S1 , S có phương trình dao động uS1 = a cos ( ωt + ϕ1 ) uS2 = a cos ( ωt + ϕ ) Gọi M điểm nằm vùng giao thoa hai nguồn, cách nguồn S1 khoảng d1 , cách nguồn S khoảng d 2π d1   ( 1) Phương trình sóng M S1 truyền tới uM1 = a cos  ωt + ϕ1 − λ ÷   2π d   ( 2) Phương trình sóng M S truyền tới uM = a cos s  ωt + ϕ − λ ÷   2π d1  2π d    ( 3) Phương trình sóng tổng hợp M uM = uM1 + uM = a cos  ωt + ϕ1 − ÷+ a cos  ωt + ϕ − λ  λ ÷    Ta thấy, tổng hợp hai dao động điều hịa phương, tần số Để biết phương trình dao động tổng hợp, ta dùng cơng thức lượng giác để biến đổi tổng thành tích cho (3), tính trực tiếp cơng thức biên độ tổng hợp công thức xác định pha ban đầu phần tổng hợp dao động phần dao động học Ở ta sử dụng công thức biến đổi tổng thành tích cos a + cosb = cos a+b a −b cos Khi ta có: 2 Trang 2π d1  2π d    uM = a cos  ωt + ϕ1 − ÷+ a cos  ωt + ϕ − λ  λ ÷    2π d1   2π d  2π d1   2π d     ωt + ϕ1 − ÷−  ω t + ϕ − ÷  ωt + ϕ1 − ÷+  ωt + ϕ − λ   λ  λ   λ ÷  2a cos  cos  2  ϕ − ϕ π ( d − d1 )   ϕ1 + ϕ2 π ( d1 + d )  = 2a cos  + − ÷.cos  ωt + ÷ λ λ     Vậy, dao động phần tử M dao động điều hòa, tần số với hai nguồn có biên độ dao động  ϕ − ϕ π ( d − d1 )  AM = 2a cos  + ÷ ( 4) λ   Trường hợp hay gặp hai nguồn pha, tức ϕ1 = ϕ + k 2π , AM = 2a cos π ( d − d1 ) λ Chú ý: Nếu hai nguồn S1 , S có biên độ khác nhau, ta áp dụng công thức lượng giác biến tổng thành tích cho (3), mà ta dùng cơng thức tính biên độ tổng hợp dao động  2π d1   uM1 = a cos  ωt + ϕ1 − λ ÷ uS1 = a cos ( ωt + ϕ1 )    Cụ thể, giả sử   uS2 = b cos ( ωt + ϕ ) u = a cos  ωt + ϕ − 2π d    M λ ÷    2π ( d − d1 )  Biên độ dao động tổng hợp M xác định AM = a + b + 2ab cos  ϕ1 − ϕ2 + ÷ λ   Tiếp theo, ta xét xem điểm vùng giao thoa dao động với biên độ cực đại? Khi dao động với biên độ cực tiểu? STUDY TIP Trong phịng thi, ta khơng nên nhớ cơng thức bên áp dụng, dài khó nhớ Có thể bạn đọc nhớ thời gian học phần này, đến lúc cuối ôn thi bạn quên! Vậy nên học theo chất lại có cơng thức đó? Bản chất việc tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số, toán tổng hợp dao động ta xem xét kĩ phần trước rồi!!! Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa Để hiểu cách tổng quát, trước hết, ta xét trường hợp hai nguồn lệch pha bất kì, sau xét trường hợp hay gặp pha, ngược pha 4.1 Trường hợp hai nguồn lệch pha - Vị trí cực đại giao thoa vị trí mà phần tử dao động với biên độ cực đại - Vị trí tiểu giao thoa vị trí mà phần tử dao động với biên độ cực tiểu (bằng 0) - Để xác định vị trí cực đại cực tiểu giao thoa, ta có hai cách xác định; Trang * Cách thứ nhất: Sử dụng công thức biên độ sóng điểm bất kì, tìm giá trị lớn nhỏ biên độ Vị trí cực tiểu giao thoa  ϕ − ϕ π ( d − d1 )  Ta có AM = 2a cos  + ÷≥0 λ    ϕ − ϕ π ( d − d1 )  ϕ1 − ϕ2 π ( d − d1 ) π + = + kπ , k ∈ ¢ Dấu xảy cos  + ÷= ⇔ λ λ   1 ϕ −ϕ  ⇔ d − d1 =  k + ÷λ + λ , k ∈ ¢ 2 2π  Như vậy, vị trí cực tiểu giao thoa xác định thông qua 1 ϕ −ϕ  d − d1 =  k + ÷λ + λ , k ∈ ¢ 2 2π  Vị trí cực đại giao thoa  ϕ − ϕ π ( d − d1 )  Ta có AM = 2a cos  + ÷ ≤ 2a λ    ϕ − ϕ π ( d − d1 )  π ( d − d1 )   ϕ1 − ϕ + Dấu xảy cos  + ÷ = ⇔ cos  ÷= λ λ      ϕ − ϕ π ( d − d1 ) ⇔ − cos  + λ  ⇔  π ( d − d1 )  ϕ1 − ϕ + ÷ = ⇔ sin  λ    ÷=  ϕ1 − ϕ π ( d − d1 ) + = kπ , k ∈ ¢ λ d − d1 = k λ + ϕ2 − ϕ1 λ, k ∈ ¢ 2π Như vậy, vị trí cực đại giao thoa xác định thông qua d − d1 = k λ + ϕ2 − ϕ1 λ, k ∈ ¢ 2π * Cách thứ hai: Xét độ lệch pha hai sóng từ nguồn truyền tới điểm M Điểm M dao động với ( ) biên độ cực đại sóng tới từ nguồn đến điểm M uM1 vaøuM2 dao động pha; dao động với biên độ cực tiểu sóng tới từ nguồn đến điểm M dao động ngược pha ( ) Độ lệch pha hai sóng tới M uM1 vaøuM2 ∆ϕ = ϕ1 − ϕ2 + 2π ( d2 − d1 ) λ Vị trí cực tiểu giao thoa ( ) Để M cực tiểu giao thoa, sóng tới từ nguồn đến điểm uM1 vaøuM2 dao động ngược pha Trang Để uM1 vàuM2 dao động ngược pha ∆ϕ = π + k2π , tương đương ϕ1 − ϕ2 + 2π ( d2 − d1 ) λ = π + k2π ,k ∈ ¢ ϕ −ϕ  1 Tức d2 − d1 =  k + ÷λ + λ ,k ∈ ¢ 2 2π  Vị trí cực đại giao thoa ( ) Để M cực đại giao thoa, sóng tới từ nguồn đến điểm M uM1 vaøuM2 dao động pha Để uM1 vàuM2 dao động pha ∆ϕ = k2π , tương đương ϕ1 − ϕ2 + Tức d2 − d1 = kλ + 2π ( d2 − d1 ) λ = k2π ,k ∈ ¢ ϕ2 − ϕ1 λ ,k∈ ¢ 2π Chú ý: - Hai nguồn cố định hai nguồn cách khoảng khơng đổi Mặt khác, vị trí cực đại giao thoa thỏa mãn d2 − d1 = kλ + ϕ2 − ϕ1 λ , k ∈ ¢ vị trí cực tiểu giao thoa thỏa mãn 2π ϕ −ϕ  1 d2 − d1 =  k + ÷λ + λ , k ∈ ¢ 2 2π  Suy ra, ứng với giá trị k, ta có d2 − d1 khơng đổi, - Như vậy, theo định nghĩa đường Hypebol, tập hợp điểm M thỏa mãn d2 − d1 = kλ + ϕ2 − ϕ1 λ 2π ϕ −ϕ  1 d2 − d1 =  k + ÷λ + λ đường Hypebol 2 2π  Các đường Hypebol nhận S1, S2 làm tiêu điểm Hypebol cực đại Hypebol ứng với d2 − d1 = kλ + ϕ2 − ϕ1 λ gọi Hypebol cực đại Các đường nét liền đường 2π Hypebol cực đại * k = cực đại bậc (cực đại trung tâm) * k = ±1 cực đại bậc * k = ±2 cực đại bậc * … * k = ± n cực đại bậc n Trang Hypebol cực tiểu ϕ −ϕ  1 Hypebol ứng với d2 − d1 =  k + ÷λ + λ gọi Hypebol cực tiểu Các đường nét đứt đường 2 2π  Hypebol cực tiểu * k = 0; −1 cực tiểu thứ * k = ±1; −2 cực tiểu thứ hai * k = ±2; −3 cực tiểu thứ ba * … * k = ± n; − n cực tiểu thứ n Ví dụ Trong trường hợp hai nguồn pha, đường Hypebol mơ tả hình vẽ đây: 4.2 Trường hợp hai nguồn pha Trường hợp hai nguồn pha trường hợp tổng quát bên thay ϕ2 − ϕ1 = m2π , với m nguyên Vị trí cực tiểu giao thoa   1 1 d2 − d1 =  k + ÷λ + mλ =  k + m+ ÷λ 2 2    1 d2 − d1 =  k′ + ÷λ , k′ ∈ ¢ 2  Tức điểm có hiệu d2 − d1 số bán nguyên lần bước sóng Vị trí cực đại giao thoa d2 − d1 = kλ + mλ = ( k + m) λ d2 − d1 = k′λ , k′ ∈ ¢ Tức điểm có hiệu d2 − d1 số nguyên lần bước sóng 4.3 Trường hợp hai nguồn ngược pha Trường hợp hai nguồn pha trường hợp tổng quát bên thay ϕ2 − ϕ1 = π + m2π , với m nguyên Vị trí cực tiểu giao thoa  1 π + m2π d2 − d1 =  k + ÷λ + λ = ( k + m+ 1) λ 2 2π  Trang d2 − d1 = k′λ , k′ ∈ ¢ Tức điểm có hiệu d2 − d1 số ngun lần bước sóng Vị trí cực đại giao thoa d2 − d1 = kλ +  π + m2π 1 λ =  k + m+ ÷λ 2π 2   1 d2 − d1 = k + ữ , k   Tức điểm có hiệu d2 − d1 số bán ngun lần bước sóng IV SĨNG DỪNG Khái niệm sóng phản xạ Sóng nguồn phát lan truyền môi trường gặp vật cản bị phản xạ truyền ngược trở lại theo phương cũ Sóng truyền ngược lại sau gặp vật cản gọi sóng phản xạ Đặc điểm sóng phản xạ - Sóng phản xạ có biên độ, tần số với sóng tới - Sóng phản xạ có dấu ngược với sóng tới (ngược pha với sóng tới) điểm phản xạ đầu phản xạ cố định - Sóng phản xạ dấu với sóng tới (cùng pha với sóng tới) điểm phản xạ đầu phản xạ tự Khái niệm 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 (những điểm có biên độ dao động cực đại), điểm triệt tiêu lẫn gọi nút sóng (những điểm có biên độ dao động cực tiểu – không dao động) Phương trình sóng dừng 4.1 Trường hợp đầu dao động nhỏ, đầu cố định Xét sóng dừng sợi dây Đầu P dây kích thích dao động nhỏ (được coi nút), đầu cịn lại Q gắn cố định Cho đầu P dây dao động liên tục sóng tới sóng phản xạ liên tục gặp nhau, giao thoa với chúng sóng kết hợp Trang Gọi d khoảng cách điểm M dây điểm cố định Q Bây giờ, ta xét đầu P dao động thị phương trình dao động điểm xác định biểu thức nào? Để biết phương trình dao động M, ta cần biết phương trình sóng truyền tới M, sau tổng hợp lại phương trình sóng điểm M Bình thường, với lối suy nghĩ tự nhiên ta giả sử phương trình sóng đầu dao động P u = a cos( ωt) Sóng truyền tới điểm M dây, truyền tới đầu cố định Q Tại đầu cố định Q, sóng bị phản xạ ngược trở lại sóng phản xạ truyền đến M Tại M giao thoa sóng tới sóng phản xạ, nên ta viết phương trình sóng M Giả sử khoảng cách PQ l Phương trình sóng M nguồn P truyền đến  2π ( l − d)  2π PM   ωt − uPM = a cos ωt − = a cos ÷  λ  λ    ÷ ÷   2π l  Phương trình sóng Q nguồn P truyền đến uPQ = a cos ωt − ÷ λ      2π l  2π l +π ÷ Phương trình sóng phản xạ Q uQ′ = − acos ωt − ÷ = a cos ωt − λ  λ    Phương trình sóng phản xạ truyền tới M   2π l 2π QM  2π l 2π d  ′ = a cos ωt − uQM +π − +π − ÷ = a cos ωt − ÷ λ λ  λ λ    Phương trình sóng M  2π ( l − d ) ′ = a cos ωt − uM = uPM + uQM  λ    2π ( l − d ) = a  cos ωt − λ     2π l 2π d  +π − ÷+ a cos ωt − ÷ λ λ ÷      2π l 2π d   +π − ÷+ cos ωt − ÷ ÷ λ λ      ωt π ( l − d ) ωt π l π π d   π π ( l −d ) π l πd  = 2a cos − − + − + − − ÷.cos ωt + − ÷  ÷  ÷ λ λ λ λ λ λ      2π d π    π 2π l  2π d π 2π l  = 2acos − ÷.cos ωt + − cos ω t + − ÷ = 2asin ÷ 2 λ  λ λ   λ   Từ phương trình sóng M ta suy số kết quan trọng sau đây: * Biên độ điểm M dây cách đầu cố định Q khoảng d AM = 2a sin 2π d λ * Điều kiện để có sóng dừng dây Trang 10 Lời giải Khi đổ dần nước vào ống nghiệm đến độ cao 30 cm thấy âm đưuọc khuếch đại mạnh, có nghĩa tượng sóng dừng xảy ra, âm nghe to đáy ống hình thành nút sóng, miệng ống hình thành bụng sóng Mặt khác, nước cao 30 cm cột khơng khí cao 50 cm Từ ta có  1  λ λ     300  +k +k +k ÷ ≤ 350  ÷ ≤ 0,5 = + k = v  ÷ 2.850  2f  2.850   4.850  4.850 4f ⇒v= 0,5 1 +2 = 340 4.850 2.850 Từ dễ thấy λ = 40cm Khi tiếp tục đổ nước vào ống chiều dài cột khí giảm dần, để âm khuếch đại mạnh chiều dài cột khí phải thỏa mãn 0 v1 > v3 B v1 > v2 > 33 C v3 > v2 > v1 D v1 > v3 > v2 Câu 18: Tại vị trí mơi trường truyền âm, sóng âm có cường độ âm I Biết cường độ âm chuẩn I Mức cường độ âm L sóng âm vị trí tính cơng thức A C L ( dB ) = 10 lg L ( dB ) = lg I I0 I I0 B D L ( dB ) = 10 lg L ( dB ) = lg I0 I I0 I Câu 19: Khi nói siêu âm, phát biểu sau sai? A Siêu âm truyền chất rắn B Siêu âm có tần số lớn 20 kHz C Siêu âm truyền chân khơng D Siêu âm bị phản xạ gặp vật cản Câu 20: Cho chất sau: khơng khí 0° , khơng khí 25°C , nước sắt Sóng âm truyền nhanh A khơng khí 25°C B nước C khơng khí 0° D sắt Trang 103 Câu 21: Sóng truyền sợi dây có đầu cố định, đầu tự Muốn có sóng dừng dây chiều dài sợi dây phải A số chẵn lần phần tư bước sóng B số lẻ lần nửa bước sóng C số nguyên lần bước sóng D số lẻ lần phần tư bước sóng Câu 22: Sóng âm không truyền A chân không B chất rắn C chất lỏng D chất khí Câu 23: Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp dao động điều hịa pha theo phương thẳng đứng Coi biên độ sóng khơng đổi sóng truyền Trên mặt nước, vùng giao thoa, phần tử M dao động với biên độ cực đại hiệu đường hai sóng từ hai nguồn truyền tới M A số nguyên lần bước sóng B số nguyên lần nửa bước sóng C số lẻ lần nửa bước sóng D số lẻ lần phần tư bước sóng Câu 24: Trên sợi dây đàn hồi có sóng dừng Khoảng cách từ nút đến bụng kề A nửa bước sóng B hai bước sóng C phần tư bước sóng D bước sóng Câu 25: Âm sắc đặc tính sinh lý âm hình thành dựa vào đặc tính âm A Biên độ tần số B Tần số bước sóng C Biên độ bước sóng D Cường độ tần số Câu 26: Một sóng lan truyền mơi trường Hai điểm phương truyền sóng, cách khoảng bước song có dao động π π A pha B ngược pha C lệch pha D lệch pha Câu 27: Một nguồn điểm O phát sóng âm có cơng suất khơng đổi môi trường truyền âm đẳng hướng không hấp thụ âm Hai điểm A, B cách nguồn âm r1 r2 Biết cường độ âm A r2 gấp lần cường độ âm B Tỉ số r1 1 4 A B C D Câu 28: Phát biểu sau nói sóng cơ? Trang 104 A Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động hai điểm pha B Sóng truyền chất lỏng ln sóng ngang C Sóng truyền chất rắn ln sóng dọc D Bước sóng khoảng cách hai điểm phương truyền sóng mà dao động hai điểm pha Câu 29: Trên sợi dây có sóng dừng với bước sóng λ Khoảng cách hai nút sóng liền kề λ λ λ A B C D 2λ Câu 30: Một nguồn âm điểm truyền sóng âm đẳng hướng vào khơng khí với tốc độ truyền âm v Khoảng cách điểm gần hướng truyền sóng âm dao động ngược pha d Tần số âm v A 4d v B 2d 2v C d v D d Câu 31: Xét điểm M mơi trường đàn hồi có sóng âm truyền qua Mức cường độ âm M L (dB) Nếu cường độ âm điểm M tăng lên 100 lần mức cường độ âm điểm A L + 20 ( dB ) B L + 100 ( dB ) C 100 L ( dB ) D 20 L ( dB ) Câu 32: Một nguồn âm có cơng suất không đổi đặt O môi trường đẳng hướng, không hấp thụ âm Hai điểm M N môi trường tạo với O thành tam giác vuông O Biết OM = cm , ON = cm Một máy thu bắt đầu chuyển động nhanh dần không vận tốc từ M hướng N với gia tốc có độ lớn 0,1m/s Mức cường độ âm mà máy thu M 30 dB Hỏi sau s kể từ bắt đầu chuyển động từ M, mức cường độ âm mà máy thu bao nhiêu? A 30,97 dB B 31,94 dB C 18, 06 dB D 19, 03 dB Câu 33: Tại điểm O đặt hai nguồn âm điểm giống hết phát âm đẳng hướng có cơng suất khơng đổi Điểm A cách O đoạn (m) có mức cường độ âm LA = 40 dB Trên tia vng góc với OA A lấy điểm B cách A khoảng m Điểm M thuộc đoạn AB cho AM = 4,5 m góc MOB có giá trị lớn Để mức cường độ âm M 50 dB cần đặt thêm O nguồn âm nữa? A 35 B 33 C 25 D 15 u = u2 = a cos ( ωt ) cm Câu 34: Trên mặt nước cho hai nguồn sóng kết hợp S1 , S2 có phương trình , bước sóng cm Coi biên độ sóng khơng đổi q trình truyền Trên mặt nước, xét elip nhận S1 S hai tiêu điểm, có hai điểm M N cho: M hiệu đường hai sóng từ hai nguồn S1 S2 đến Trang 105 M ∆d M = d1M − d M = 2, 25 cm , N ta có ∆d N = d1N − d N = 6, 75 cm Tại thời điểm t vận tốc dao động M vM = −20 cm/s , vận tốc dao động N A 40 cm/s B −20 cm/s C −40 cm/s D 20 cm/s Câu 35: Tại hai điểm A, B mặt nước cách 16 cm có hai nguồn phát sóng giống Điểm M nằm mặt nước đường trung trực AB cách trung điểm I AB khoảng nhỏ cm dao động với I Điểm N nằm mặt nước nằm đường thẳng vng góc với AB A, cách A khoảng nhỏ để N dao động với biên độ cực tiểu A 9, 22 cm B 8,75 cm C 2,14 cm D 8,57 cm Câu 36: Tại mặt thống chất lỏng có hai nguồn kết hợp A B cách cm Cho A, B dao động điều hòa, pha, theo phương vng góc với mặt chất lỏng Bước sóng sóng mặt chất lỏng cm Gọi M , N hai điểm thuộc mặt chất lỏng cho MN = cmvà AMNB hình thang cân Để MN có điểm dao động với biên độ cực đại diện tích lớn AMNB 2 A cm B 18 cm 2 C cm D 18 cm Câu 37: Trong thí nghiệm giao thoa sóng nước, hai nguồn sóng S1 S2 cách 11 cm dao động theo phương vng góc với mặt nước với phương trình u1 = u2 = 5cos ( 100πt ) mm Tốc độ truyền sóng v = 0,5 m/s biên độ sóng khơng đổi trình truyền Chọn hệ trục xOy thuộc mặt phẳng nước yên lặng, gốc O trùng với S1 , Ox trùng với S1S2 Trong không gian, phía mặt nước có chất điểm chuyển động với phương trình quỹ đạo y = x + có tốc độ v1 = cm/s Trong thời gian t = s kể từ lúc P có tọa độ xP = P cắt vân cực đại vùng giao thoa sóng? A 13 B 14 C 22 D 15 Câu 38: Một người định đầu tư phịng hát Karaoke hình hộp chữ nhật có diện tích sàn khoảng 18 m2, cao m Dàn âm loa có cơng suất đặt góc A, B góc A′, B′ A, B Màn hình gắn tường ABA′B′ Bỏ qua kích thước người loa, coi loa phát âm đẳng hướng tường hấp thụ âm tốt Phịng có thiết kế để công suất đến người ngồi hát M trung điểm CD đối diện cạnh AB lớn Tai người chịu cường độ âm tối đa 10 W/m2 Công suất lớn loa mà tai người chịu xấp xỉ: A 796 W B 723 W C 678 W D 535 W Câu 39: Một nguồn phát sóng âm có công suất không đổi môi trường truyền âm đẵng hướng không hấp thụ âm Một người đứng A cách nguồn âm khoảng d nghe thấy âm có cường độ I Người di chuyển theo hai hướng khác nhau, theo hướng AB người nghe thấy âm to Trang 106 4I theo hướng AC người nghe âm to có cường độ 9I Góc BAC có giá trị xấp xỉ A 49° B 131° C 90° D 51° Câu 40: Trong môi trường đẵng hướng khơng hấp thụ âm, có ba điểm theo thứ tự A, B, C thẳng hàng Một nguồn âm điểm phát âm với công suất P đặt O mức cường độ âm A C 30dB Bỏ nguồn âm O đặt B nguồn âm điểm phát âm với cơng suất 10P/3 thấy mức cường độ âm O C 40dB, mức cường độ âm A gần với giá trị sau đây? A 29dB B 34dB C 39dB D 27dB ĐÁP ÁN 1-B 11-B 21-C 31-A 2-D 12-C 22-C 32-A 3-A 13-C 23-C 33-C 4-A 14-C 24-C 34-D 5-D 15-C 25-D 35-C 6-A 16-B 26-B 36-A 7-C 17-A 27-B 37-D 8-C 18-D 28-C 38-C 9-A 19-D 29-C 39-D 10-B 20-A 30-B 40-A HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án D Câu 2: Đáp án B Độ cao đặc tính sinh lý âm phụ thuộc vào đặc tính vật lý tần số âm Câu 3: Đáp án B Hiện tượng giao thoa sóng xảy có gặp hai sóng kết hợp, sóng xuất phát từ hai nguồn dao động phương, tần số có độ lệch pha khơng đổi Câu 4: Đáp án D Câu 5: Đáp án B Âm sắc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm Câu 6: Đáp án D Sóng dọc truyền chất rắn, lỏng khí (mơi trường vật chất), khơng truyền mơi trường chân không Câu 7: Đáp án D Đồ thị âm đàn Ghi ta phát có dạng đường phức tạp, khó xác định dạng đồ thị Câu 8: Đáp án D Tần số sóng phản xạ ln tần số sóng tới Vật cản cố định sóng phản xạ ln ngược pha với sóng tới điểm phản xạ Vật cản tự sóng phản xạ ln pha với sóng tới điểm phản xạ Câu 9: Đáp án D Nhạc âm có đồ thị dao động âm đường tuần hồn có tần số xác định Câu 10: Đáp án B Trang 107 Sóng âm khơng khí sóng dọc Câu 11: Đáp án C Sóng dọc có chất sóng nên truyền mơi trường rắn, lỏng khí Câu 12: Đáp án D Do nguồn pha nên điểm cực đại d1 − d = k λ , k số nguyên Câu 13: Đáp án D Sóng âm khơng khí sóng dọc Câu 14: Đáp án A Khi truyền sóng từ mơi trường sang mơi trường khác tần số ln khơng đổi nên chu kì sóng khơng đổi cịn bước sóng thay đổi, tăng hay giảm tùy thuộc chiết suất mơi trường sóng Câu 15: Đáp án A Đại lượng vật lí đo lượng mà sóng âm truyền qua đơn vị diện tích đặt điểm đó, vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian cường độ âm Câu 16: Đáp án A Theo định nghĩa: Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động hai điểm pha Câu 17: Đáp án B Vận tốc âm có tần số xác định truyền chất rắn lớn nhất, sau đến chất lỏng nhỏ chất khí, vận tốc âm lớn nhôm v1 nhỏ khơng khí v3 nên ta có v1 > v2 > v3 Câu 18: Đáp án A Câu 19: Đáp án C Siêu âm loại sóng học lan truyền mơi trường vật chất nên truyền chân không Câu 20: Đáp án D Sóng âm truyền nhanh chất rắn đến chất lỏng cuối chất khí Vậy chất sắt âm truyền nhanh Câu 21: Đáp án D Sóng truyền sợi dây có đầu cố định, đầu tự Muốn có sóng dừng dây chiều dài sợi dây phải L = ( 2k + 1) λ nghĩa số lẻ lần phần từ bước sóng Câu 22: Đáp án A Sóng âm truyền trường vật chất khí, rắn, lỏng, khơng truyền chân không Trang 108 Câu 23: Đáp án A Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp dao động điều hòa pha theo phương thẳng đứng Coi biên độ sóng khơng đổi sóng truyền Trên mặt nước, vùng giao thoa, phần tử M dao động với biên độ cực đại hiệu đường hai sóng từ hai nguồn truyền tới M số nguyên lần bước sóng Câu 24: Đáp án C λ Khoảng cách nút bụng kề Câu 25: Đáp án A Âm sắc đặc tính sinh lý âm hình thành dựa vào đặc tính âm biên độ tần số Câu 26: Đáp án A Hai điểm cách khoảng bước sóng pha Câu 27: Đáp án A I A  r2  r = ÷ ⇒ =2 I r r1 Ta có B   Câu 28: Đáp án A Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động hai điểm pha Câu 29: Đáp án C λ Khoảng cách nút sóng liền kề Câu 30: Đáp án B d= λ v v = f = 2 f nên từ ta có 2d Câu 31: Đáp án A L2 − L = 10 log I2 = 20dB I1 Câu 32: Đáp án B Quãng đường mà máy thu s: Trang 109 S= at = 1,8 cm Áp dụng hệ thức lượng tam giác 1 = + ⇒ OH = 2, cm 2 OH OM ON Dễ thấy MH = 1,8 cm Vậy H vị trí mà máy thu qua sau s P   LM = 10 log I 4πOM   P  L = 10 log H  I 4πOH Ta có  ⇒ LH − LM = 20 log OM ⇒ LH = 31,94dB OH Câu 33: Đáp án B Ta có tan α = AM AB , tan β = d d AB − AM AB − AM · ⇒ tan MOB = ≤ AM AB AM AB d+ d · MOB lớn d = AM AB = 3 m Tính khoảng cách từ nguồn âm O đến điểm M là: OM = 21 cm Mức cường độ âm A hai nguồn âm công suất P gây ra: Mức cường độ âm M n nguồn âm công suất P gây ra: LA = 10 log LM = 10 log 2P I 4πd nP I 4πOM nd nd LB − LA = 10 log ⇔ = 10 ⇒ n = 33 OM OM Từ Vậy cần phải đặt thêm 33 nguồn âm khác Câu 34: Đáp án D Trang 110 Phương trình dao động điểm M N xác định  d − d 2M uM = 2a cos  π 1M λ  d1M + d M    ÷cos  ωt + π ÷ λ    d + d2M   = 2a cos  ωt + π 1M ÷ λ    d − d2 N u N = 2a cos  π 1N λ  d1N + d N    ÷cos  ωt + π ÷ λ    d + d2 N   = − 2a cos  ωt + π 1N ÷ λ   Các điểm nằm elip nên d1M + d M = d1N + d N vM = −1 ⇒ vN = 20 cm/s vN Câu 35: Đáp án C Để M dao động pha gần I d− AB =λ 2  AB  d=  ÷ + IM = 12 cm   Mặt khác Ta thu λ = cm Số điểm dao động với biên độ cực tiểu đoạn AB AB AB − − ≤k≤ − ⇒ −4,5 ≤ k ≤ 3,5 2 2 Để N điểm cực tiểu gần A N phải nằm hypebol cực tiểu k = −4  d1 = d = −3,5λ ⇒ d1 = 2,14 cm  2 d = d + AB  Câu 36: Đáp án B Trang 111 Số điểm dao động với biên độ cực đại AB − AB AB ≤k≤ ⇔ −8 ≤ k ≤ λ λ Để diện tích AMNB lớn M phải nằm cực đại ứng với k = −2 d1 − d = −2λ = −2 cm Mặc khác  d12 = AH + MH BH − AH ⇒ d1 + d = = 16 cm  2 2  d = BH + MH Ta tính d1 = cm , từ suy MH = cm Diện tích hình thang S AMNB = ( AB + MN ) MH = 18 cm2 Câu 37: Đáp án A Bước sóng sóng λ = Tv = cm Số điểm dao động với biên độ cực đại đoạn thẳng nối hai nguồn Quãng đường mà P khoảng thời gian s x = ( v1 cos α ) t = 10 cm, y = ( v1 sin α ) t = 10 cm Gọi H điểm nằm đường thẳng y = x + Dễ thấy để M cực đại d1 − d = k λ Với khoảng giá trị d1 − d MS1 − MS ≤ d1 − d ≤ NS1 − NS Trang 112 Từ hình vẽ ta có:  MS − MS = − 22 + 112 = −9,18 cm   MS1 − MS = 102 + 122 − 12 + 122 ≈ 3,57 cm Ta thu −9,1 ≤ d1 − d ≤ 3,58 Có tất 13 điểm Câu 38: Đáp án C Cường độ âm loa truyền đến điểm M: I M = ( I A + I A′ )  P 1 = +  b2 2π  b a + a + + h2   4  ÷ ÷ ÷ ÷  Để I M lớn biểu thức mẫu phải nhỏ Ta có: a2 + a = b b2 a= ⇒ ≥ ab b = , dấu xảy Giá trị cường độ âm ( I M ) max = Pmax = 10 ⇒ Pmax = 678 W 108π Câu 39: Đáp án A Cường độ âm người vị trí A, B, C là: P   I = 4πOA2  OB  = = sin α1 P   OA ⇒ 4 I = 4πOB   OC = = sin α  OA P  I =  4πOC  Trang 113 1 ∠ ( BAC ) = α1 + α = 30 + arcsin  ÷ = 49, 47° 3 Góc BAC: Câu 40: Đáp án B Khi đặt nguồn âm O thì: LA = LC = OA = OC ⇒ ∆OAC cân O P P = = 10 LA = 10 LC = 103 2 4πI 0OC Suy ra: 4πI 0OA (1) Khi đặt nguồn âm B thì: LO = LC ⇒ BC = BO ⇒ ∆BOC cân B 10 P 10 P = = 10 LO = 10 LC = 104 2 Suy ra: 3.4πBO I 3.4πBC I (2) 2 Từ (1) (2) suy OA = 3OB , chuẩn hóa OB = = BC ⇒ OA = = OC Ta có ∆OAC đồng dạng ∆BOC suy OA BO = ⇔ = AC OC AC ⇒ AC = ⇒ BA = AC − BC = Mức cường độ âm A lúc là: 2  BC  1 LA = LB + log  ÷ = + log  ÷ ≈ 3, ( B) = 34 ( dB)  BA  2 Trang 114 ... giá trị nhỏ d II BÀI TẬP GIAO THOA Bài toán đại cương giao thoa sóng 1.1 Phương pháp Đối với tốn đại cưong giao thoa sóng, ta cần nhớ nắm lí thuyết trình bày chi tiết mục lí thuyết Sau ta vào... Kiến thức sóng trình bày chi tiết cụ thể phần lí thuyết Dưới ví dụ cụ thể minh họa, phân theo dạng Mỗi dạng có phương pháp làm cụ thể DẠNG I BÀI TẬP ĐẠI CƯƠNG SÓNG CƠ Ví dụ 1: : Một sóng ngang... biên độ, tần số với sóng tới - Sóng phản xạ có dấu ngược với sóng tới (ngược pha với sóng tới) điểm phản xạ đầu phản xạ cố định - Sóng phản xạ dấu với sóng tới (cùng pha với sóng tới) điểm phản