7. Cấu trúc của khóa luận
2.1.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng về sóng âm
Các kiến thức về sóng âm trong chương trình vật lí lớp 12 hiện hành nằm trong chương II: Sóng cơ học và âm học. Theo phân phối chương trình, các kiến thức về sóng âm được hình thành ở một bài học trong hai tiết, bao gồm các kiến thức sau: nguồn gốc của âm, đặc điểm của sóng âm, các đặc tính sinh lí của âm và sự phụ thuộc của chúng vào các đặc tính vật lí của âm, nguồn âm, hộp cộng hưởng. Ngoài ra, vận dụng kiến thức được học về sóng âm, học sinh tiến hành thí nghiệm xác định vận tốc truyền âm trong không khí trong bài thực hành cuối chương.
Nội dung cơ bản của các kiến thức về sóng âm có thể tóm lược như sau:
2.1.1.1. Sóng âm là sóng cơ học dọc lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian
Các sóng âm có bản chất vật lí giống nhau, nhưng dựa trên khả năng cảm thụ các sóng âm của tai (do đặc tính sinh lí của tai quyết đinh) người ta chia sóng âm thành 3 loại:
- Sóng âm nghe thấy được có tần số từ 20Hz đến 20000Hz. - Sóng âm có tần số nhỏ hơn 20Hz được gọi là sóng hạ âm. - Sóng âm có tần số lớn hơn 20000Hz được gọi là sóng siêu âm.
27
Để có sóng âm phải có nguồn âm (vật phát âm dao động) và môi trường đàn hồi bao quanh nguồn âm. Sóng âm truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không.
Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào mật độ của môi trường, tính đàn hồi của môi trường và phụ thuộc vào nhiệt độ. Nói chung, vận tốc truyền âm trong chất rắn lớn hơn vận tốc truyền âm trong chất lỏng và lớn hơn vận tốc truyền âm trong chất khí.
Để khảo sát dao động âm trong thực nghiệm ngta dùng micro và dao động kí điện từ để ghi lại dạng đồ thị dao động âm.
2.1.1.2. Sóng âm cũng có các tính chất như sóng nước như: phản xạ, giao thoa, nhiễu xạ.
Sóng âm cũng là sóng cơ học nên nó mang đầy đủ các tính chất của sóng cơ, đó là: phản xạ, giao thoa, nhiễu xạ, khúc xạ.
Tại miền giao nhau của hai sóng âm kết hợp sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa sóng âm: có những vị trí âm nghe được là cực đại, đồng thời có những vị trí âm nghe được là cực tiểu trên phương truyền âm.
2.1.1.3. Các đặc trưng vật lí của sóng âm
- Tần số âm ( f H z: ): âm nghe được có tần số từ 20Hz - 2000Hz.
- Bước sóng âm: quãng đường âm truyền trong một chu kì (vT. vf ).
- Năng lượng âm: quá trình truyền âm là quá trình truyền năng lượng. Năng lượng lại mỗi điểm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động âm tại điểm đó. Năng lượng đó được truyền đi từ nguồn âm đến tai ta.
- Cường độ âm (I W m: / 2): cường độ âm tại một điểm là lượng năng lượng được sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm.
- Mức cường độ âm (L) là đại lượng vật lí đặc trưng cho mức độ to nhỏ của âm, được định nghĩa như sau:
0 log I L I hoặc 0 10log I L I Trong đó:
I0: cường độ âm chuẩn nghĩa là cường độ âm có tần số f=1000hz (tần số âm chuẩn ở ngưỡng nghe 12 2
0 10 /
I W m ). I: cường độ âm tại điểm đó.
2.1.1.4. Các đặc trưng sinh lý của âm và sự phụ thuộc của chúng vào các đặc trưng vật lí của âm
28
- Độ cao của âm là đặc trưng sinh lý của âm, để phân biệt âm cao (), với âm trầm (), phụ thuộc vào tần số âm. Âm có tần số thấp là âm trầm…..
- Độ to của âm là đặc trưng sinh lý của âm, cho ta cảm giác âm nghe to hay nhỏ, phụ thuộc vào tần số và mức cường độ âm.
+ Mức cường độ âm nhỏ nhất của một âm để có thể gây cảm giác âm gọi là ngưỡng nghe của nó. Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm.
+ Khi tần số âm không thay đổi, âm có mức cường độ âm càng lớn (biên độ càng lớn) thì tai nghe thấy càng to. Hai âm có cùng mức cường độ âm nhưng có tần số khác nhau sẽ gây ra những cảm giác âm to nhỏ khác nhau.
+ Mức cường độ âm của một âm lớn đến mức nào đó sẽ gây ra cảm giác đau trong tai: đó là ngưỡng đau. Độ to của một âm nằm trong phạm vi từ ngưỡng gnhe đến ngưỡng đau.
- Âm sắc là đặc trưng sinh lý của âm giúp ra phân biệt được hai âm có cùng độ cao, độ to nhưng do các nguồn âm khác nhau phát ra, phụ thuộc tần số , biên độ và phụ thuộc vào thành phần cấu tạo âm.
Các âm có cùng tần số, cùng độ to nhưng âm sắc khác nhau là do dạng đồ thị biểu diễn dao động âm khác nhau.
2.1.1.5. Nguồn âm, hộp cộng hưởng
- Nguồn âm là tất cả những vật dao động có thể phát ra âm. Nguồn âm chia thành 2 loại: nhạc âm và tiếng ồn (tạp âm)
+ Nhạc âm là những sóng âm tuần hoàn có tần số xác định.
+ Tiếng ồn (tạp âm) là những âm mà dao động của chúng không có tính chất tuần hoàn nên không có tần số xác định
- Hộp cộng hưởng âm: Sóng âm do các nguồn âm trực tiếp phát ra thường có cường độ nhỏ. Muốn có âm to hơn, phải dùng nguồn âm đó kích thích cho một khối không khí chứa trong một vật rỗng dao động cộng hưởng để nó phát ra âm có cường độ lớn. vật rỗng này được gọi là hộp cộng hưởng.
- Cộng hưởng âm: khi các nguồn phát âm có cùng tần số dao động riêng cũng xảy ra hiện tượng cộng hưởng.