Chuyên đề Chủ đề 10: Sóng âm vấn đề 1: Các bài toán liên quan đến các đặc tính vật lý của âm10779

Sau đó, nhiệt độ môi trường tăng thêm 200K thì khoảng cách từ A đến B bằng một số nguyên lần bước sóng nhưng số bước sóng quan sát được trên AB giảm đi 2 bước sóng.. Người ấy sẽ chỉ nghe

CHỦ ĐỀ 9 SÓNG ÂM Vấn đề 1: Các bài toán liên quan đến các đặc tính vật lý của âm

Kết quả 1: Sự truyền âm

*Thời gian tuyền âm trong môi tường 1 và môi trường 2 lần lượt là v2 v1:

1

1

2

2

l

t

t t t

t

v

 



 



*Gọi t là thời gian từ lúc phát âm cho đến lúc nghe được âm phản xạ thì t 2l

v



Ví dụ 1: Một người dùng búa gõ nhẹ vào đường sắt và cách đó 1376 m, người thứ hai áp tai vào

đường sắt thì nghe thấy tiếng gõ sớm hơn 3,3 s so với tiếng gõ nghe trong không khí Tốc độ âm trong không khí là 320 m/s Tốc độ âm trong sắt là

A 1238 m/s B 1376 m/s C 1336 m/s D 1348 m/s

Hướng dẫn

Chọn B

1376 1376

320

s k

v

Ví dụ 2: Sóng âm khi truyền trong chất rắn có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang và lan truyền với tốc

độ khác nhau Tại trung tâm phòng chống thiên tai nhận được hai tín hiệu từ một vụ động đất cách nhau một khoảng thời gian 240 s Hỏi tâm chấn động đất cách nơi nhận được tín hiệu bao xa? Biết tốc độ truyền sóng trong lòng đất với sóng ngang và sóng dọc lần lượt là 5 km/s và 8 km/s

Hướng dẫn

Theo bài ra:   Chọn D.

240

3200

1 1

5 8



Chú ý: Tốc độ âm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường tuân theo hàm bậc nhất:

1 1

2

v

f





 



 





Ví dụ 3: Từ một điểm A sóng âm có tần số 50 Hz truyền tới điểm B với tốc độ 340 m/s và khoảng

cách từ A đến B bằng một số nguyên lần bước sóng Sau đó, nhiệt độ môi trường tăng thêm 200K thì khoảng cách từ A đến B bằng một số nguyên lần bước sóng nhưng số bước sóng quan sát được trên

AB giảm đi 2 bước sóng Biết rằng, cứ nhiệt độ tăng thêm 10K thì tốc độ âm tăng thêm 0,5 m/s Hãy tìm khoảng cách AB

Hướng dẫn

 

 

1 1

2

6,8 340

340 0, 5.20 350

7

v

m

m f





  







Chọn B

70

476

k





Ví dụ 4: Tai người không thể phân biệt đương 2 âm giống nhau nếu chúng tới tai chênh nhau về

thời gian một lượng nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 s Một người đứng cách một bức tường một khoảng L, bắn một phát súng Người ấy sẽ chỉ nghe thấy một tiếng nổ khi L thỏa mãn điều kiện nào dưới đây nếu tốc độ âm trong không khí là 340 m/s

A L ≥ 17 m B L ≤ 17 m C L ≥ 34 m D L ≤ 34 m

Hướng dẫn

Thời gian sóng âm cả đi và về phải thỏa mãn: 2  

L

v

Chọn B



Ví dụ 5: Một người thả một viên đá từ miệng giếng đến đáy giếng không nước thì sau bao lâu sẽ

nghe thấy tiếng động do va chạm đáy giếng? Cho biết tốc độ âm trong không khí là 300 m/s, lấy

Độ sâu của giếng là 11,25 m

2

10 /

g m s











A 1,5385 s B 1,5375 s C 1,5675 s D 2 s

Hướng dẫn

Giai đoạn 1: Hòn đá rơi tự do.

Giai đoạn 2: Hòn đá chạm và đáy giếng phát ra âm thanh truyền đến tai người.

1

2 2.11, 25

1, 5

g

Thời gian âm tuyền từ đáy đến tai người: 2  

11, 25

0,0375 300

h

v

Chọn B

 

1 2 1, 5375

Kết quả 2: Cường độ âm Mức cường độ âm

Cường độ âm I (Đơn vị W/m2) tại một điểm là năng

lượng gửi qua một đơn vị điện tích đặt vuông góc với phương

truyền âm tại điểm đó trong một đơn vị thời gian:

I

St  r t  r

Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm:

2

Mực cường độ âm L được định nghĩa là   , với I cường độ âm tại điểm đang xét

0

lg I

L B

I



và I0 là cường độ âm chuẩn 12 2 ứng với tần số f = 1000 Hz) Đơn vị của L là ben (B)

0

(I 10 W /m

và đêxiben 1dB = 0,1 B

Chú ý: Nếu liên quan đến cường độ âm và mức cường độ âm ta sử dụng công thức:

Thực tê, mức cường độ âm thường đo bằng đơn vị dB nên ta đổi về

0 0

lg I 10L B

I

đơn vị Ben để tính toán thuận lợi.

Ví dụ 1: Khi một nguồn âm phát ra với tần số f và cường độ âm chuẩn là 12 2 thì mức

10 W / m

cường độ âm tại một điểm M cách nguồn một khoảng r là 40 dB Giữ nguyên công suất phát ra nhưng thay đổi f của nó để cường độ âm chuẩn là 10 2thì cũng tại M, mức cường độ âm

10 W / m

là

Hướng dẫn

2

02

lg

10

10 lg

I

L

L

I





 



 



Chọn D

 

Chú ý:

Khi cường độ âm tăng 10 n lần, độ to tăng n lần và mức cường độ âm tăng thêm

 : I' 10n '  

n B  IL  L n B

Nếu liên quan đến tỉ số cường độ âm và hiệu mức cường độ âm thì từ

2

2 1 1

0

.10

.10

L B

L B

I



Cường độ âm tỉ lệ với công suất nguồn và tỉ lệ với số nguồn âm giống nhau:

   

2 1

10L B L B



Ví dụ 2: Một nguồn âm coi là nguồn pahst điểm phát âm đều theo mọi phương Mức cường độ âm

tại điểm M lúc đầu là 80 dB Nếu tăng công suất của nguồn âm lên 20% thì mức cường độ âm tại M

là bao nhiêu?

Hướng dẫn

Chọn C

2

10L B L B 10L B 1, 2 8,08

Ví dụ 3: Trong một buổi hòa nhạc, giả sử 5 chiếc kèn đồng giống nhau cùng phát sóng âm thì tại

điểm M có mức cường độ âm là 50 dB Để tại M có mức cường độ âm 60 dB thì số kèn đồng cần thiết là

Hướng dẫn

Chọn A

   

2

5

L B L B

n

Chú ý: Nếu liên quan đến mức cường độ âm tổng hợp ta xuất phát từ

 

 

 

1 2

0

.10

.10

L B

L B

 

 





Ví dụ 4: Tại một điểm nghe được đồng thời hai âm: âm truyền tới có mức cường độ 65 dB và âm

phản xạ có mức cường độ 60 dB Mức cường độ âm toàn phần tại điểm đó là

Hướng dẫn

Chọn C

10L B 10L B 10L B 10L B 10 10  L 6,619 B 

Kết quả 3: Phân bố năng lượng âm khi truyền đi Khi nguồn âm đặt ở vị trí xác định với công suất phát không đổi

Giả sử nguồn âm điểm phát công suất P từ điểm O, phân bố

đề theo mọi hướng

*Nếu bỏ qua sự hấp thụ âm và phản xạ âm của môi trường thì

cường độ âm tại một điểm M cách O một khoảng r là 2

4

P I r





*Nếu cứ truyền đi 1m năng lượng âm giảm a% so với năng lượng

lúc đầu thì cường độ âm tại một điểm M cách O một khoảng r là

2

100% %

4

I

r







*Nếu cứ truyền đi 1 m năng lượng âm giảm a% so với nương lượng 1 m ngay trước đó thì cường độ

âm tại một điểm M cách O một khoảng là r là  

2

4

I

r







Ví dụ 1: Một sóng âm có dạng hình cầu được phát ra từ nguồn có công suất 1 W Giả sử rằng năng

lượng phát ra được bảo toàn Cho cường độ âm chuẩn 12 2 Tính cường độ âm và mức

10 W / m

cường độ âm tại điểm cách nguồn 2,5 m

Hướng dẫn

0

I

Ví dụ 2: Công suất âm thanh cực địa của một máy nghe nhạc là 20 W Cho rằng, cứ truyền đi trên

khoảng cách 1 m thì năng lượng âm giảm 5% so với lần đầu do sự hấp thụ của môi trường truyền

âm Cho biết cường độ âm chuẩn 12 2 Nếu mở to hết cỡ thì cường độ âm và mức cường

10 W / m

độ âm ở khoảng cách 6 m là bao nhiêu?

Hướng dẫn

0

W 100% 6.5% 20.0, 7

0,030947 W / m lg 10, 49

I



Ví dụ 3: Tại một điểm A nằm cách xa nguồn âm O (coi như nguồn điểm) một khoảng 1 m, mức

cường độ âm là 90 dB Cho biết cường độ âm chuẩn 12 2 Giả sử nguồn âm và môi

10 W / m

trường đều đẳng hướng Tính công suất phát âm của nguồn O

Hướng dẫn

Chọn C

 

0

2

.10 10 10 10 W / W

4

L











Ví dụ 4: Tại một điểm M nằm cách xa nguồn âm O (coi như nguồn điểm) một khoảng x, mức

cường độ âm là 50 dB Tại điểm N nằm trên tia OM và xa nguồn âm hơn so với M một khoảng 40 m

có mức cường độ âm là 37 dB Cho biết cường độ âm chuẩn 12 2 Giả sử nguồn âm và

10 W / m

môi trường đều đẳng hướng Tính công suất của nguồn O

Hướng dẫn

 

2 1

3,7 5

0

2

L L





 

Chọn A

 

1

0

4 10L 4 11, 5379 10 10 1,673.10 W

Chú ý: Nếu bỏ qua sự hấp thụ âm của môi trường thì công

suất tại O bằng công suất trên các mặt cầu có tâm O:

.

0

P P P  P  r I   r I

Thời gian âm đi từ A đến B: tAB v/

Năng lượng âm nằm giữa hai mặt cầu bán kính OA, OB:

A P t P AB v

Ví dụ 5: Nguồn điểm O phát sóng âm đẳng hướng ra không gian Ba điểm O, A, B nằm trên một

phương truyền sóng (A, B cùng phía so với O, AB = 70 m) Điểm M là một điểm thuộc AB cách O

một khoảng 60 m có cường độ âm 1,5 W/m2 Năng lượng của sóng âm giới hạn bởi 2 mặt cầu tâm O

đi qua A và B, biết vận tốc truyền âm trong không khí là 340 m/s và môi trường không hấp thụ âm

A 5256 (J) B 16299 (J) C 10,866 (J) D 10866 (J)

Hướng dẫn

Chọn B

 

 

4 4 70 1, 5 29400 W

60

340







Chú ý:

1) Nếu cho L A để tính I B ta làm như sau:

0.10 L A

   

2) Nếu cho L A để tính L B ta làm như sau:

2

0 2

W

4

B A

L L





 

 

Ví dụ 6 : Mức cường độ âm tại điểm A ở trước một cái loa một khoảng 1,5 m là 60 dB Các sóng

âm do loa đó phát ra phân bố đều theo mọi hướng Cho biết cường độ âm chuẩn 12 2 Coi

10 W / m

môi trường là hoàn toàn không hấp thụ âm Hãy tính cường độ âm do loa đó phát ra tại điểm B nằm cách 5 m trước loa Bỏ qua sự hấp thụ âm của không khí và sự phản xạ âm

9.10 W /m 3 2

4.10 W /m

Hướng dẫn

Chọn B

0

1, 5

5

A

L

Ví dụ 7 : Một nguồn âm là nguồn điểm phát âm đẳng hướng trong không gian Giả sử không có sự

hấp thụ và phản xạ âm Tại một điểm cách nguồn âm 10 m thì mức cường độ âm là 80 dB Tại điểm cách nguồn âm 1 m thì mức cường độ âm bằng

Hướng dẫn

Chọn A

8

10

1

 

 

Ví dụ 8: (ĐH-2013): Trên một đường thẳng cố định trong môi trường đẳng hướng, không hấp thụ

âm và phản xạ âm, một máy thu ở cách nguồn âm một khoảng d thu được âm có mức cường độ âm

là L; khi dịch chuyển máy thu ra xa nguồn âm thêm 9 m thì mức cường độ âm thu được là L – 20 (dB) Khoảng cách d là

Hướng dẫn

 

2 1

2

0 2

L L



  Chọn A



Ví dụ 9: Trên một đường thẳng cố định trong môi trường đẳng hướng, không hấp thụ âm và phản xạ

âm, một máy thu ở cách nguồn âm một khoảng r1 thu được âm có mức cường độ âm là 60 (dB); khi dịch chuyển máy thu ra xa nguồn âm thêm một đoạn a thì mức cường độ âm thu được là 40 (dB); dịch xa tiếp một đoạn x thì mức cường độ âm là 20 (dB) Tính x

Hướng dẫn

2

r r



Chọn B

0,5.2 0,5.4

0,5.4 0,5.6

x

a





Ví dụ 10: Một nguồn điểm O phát sóng âm có công suất không đổi trong một môi trường truyền âm

đẳng hướng và không hấp thụ âm Ba điểm O, A, B cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát

từ O theo đúng thứ tự, tỉ số giữa cường độ âm tại A và B là I A /I B 16 / 9 Một điểm M nằm trên đoạn OA, cường độ âm tại M bằng I AI B/ 4 Tỉ số OM/OA là

Hướng dẫn

Từ công thức: 2

4

P I r





Chọn A

 .4  9 / 16.4 85

OM

Ví dụ 11: Nguồn âm tại O có công suất không đổi, bỏ qua sự hấp thụ âm và phản xạ âm của môi

trường Trên cùng đường thẳng qua O có 3 điểm A, B và C cùng nằm về một phía của O theo thứ tự

có khoảng cách tới nguồn tăng dần Mức cường độ âm tại B kém mức cường độ âm tại A là a (dB), mức cường độ âm tại B hơn mức cường độ âm tại C là 3a (dB) Nếu OA = 2OB/3 thì tỉ số OC/OA là

A 81/16 B 9/4 C 25/16 D 27/4.

Hướng dẫn

0.5

0 0,5

3

0,5

3

2

A B

A B B C

A C

a

L L B

A

L L L L

L L C

A

r

OA

OB r

r

OC



  











Chọn A



Quý thầy cô cần cuốn sách trên (bản word chỉnh sửa được) xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua địa chỉ mail : giaovienchuyenly@gmail.com

Ví dụ 5: Sóng âm truyền trong không khí với tốc độ 340 m/s Một cái ống có chiều cao 15 cm đặt

thẳng đứng và có thể rót nước từ từ vào để thay đổi chiều cao cột khí trong ống Trên miệng ống đặt một cái âm thoa có tần số 680 Hz Đổ nước vào ống đến độ cao cực đại bao nhiêu thì khi gõ vào âm thoa thì nghe âm phát ra to nhất?

Hướng dẫn

Chọn A

 

340

0, 5 680

v

m f







Ví dụ 6: Một âm thoa nhỏ đặt trên miệng của một ống không khí hình trụ AB, chiều dài l của ống

khí có thể thay đổi được nhờ dịch chuyển mực nước ở đầu B Khi âm thoa dao động ta thấy trong ống có một sóng dừng ổn định Khi chiều dài ống thích hợp ngắn nhất 13 cm thì âm thanh nghe to nhất Biết rằng với ống khí này đầu B là một nút sóng, đầu A là một bụng sóng Khi dịch chuyển mực nước ở đầu B để chiều dài 65 cm thì ta lại thấy âm thanh cũng nghe rất rõ Tính số nút sóng trong ống

Hướng dẫn

Chọn B.

65

0, 5 0, 5.52

l







Ví dụ 7: Một âm thoa có tần số dao động riêng 850 Hz được đặt sát một miệng ống nghiệm hình trụ

đáy kín đặt thẳng đứng có 80 cm Đổ dần nước vào ống nghiệm đến độ cao 30 cm thì thấy âm được khếch đại lên rất mạnh Biết tốc độ truyền âm trong không khí có giá trị nằm trong khoảng từ 300 m/s đến 350 m/s Hỏi khi tiếp tục đổ nước thêm vào ống thì có thêm mấy vị trí của mực nước cho

âm được khếch đại rất mạnh?

Hướng dẫn

Khi đổ dần nước vào ống nghiệm đến độ cao 30 cm (cột không khí cao

l = 50 cm) thì thấy âm được khuếch đại rất mạnh, có nghĩa là khi đó hiện tượng

sóng dừng xảy ra, âm nghe được to nhất do tại B thành một nút sóng, miệng

ống A hình thành một bụng sóng

Ta có:

4 4.0, 5.850 1700

2, 9 3,3

f

v

f lf



 

Vì n nguyên nên n = 3  Trong đoạn AB có 3 bụng sóng và có 3 nút sóng Vì vậy, khi đổ thêm nước thì sẽ có thêm 2 lần nghe được âm to nhất Chọn A.

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1 Một trận động đất bắt nguồn từ tâm chấn O trong lòng đất phát ra đồng thời hai sóng : sóng dọc và sóng ngang Tốc độ truyền sóng ngang và sóng dọc lần lượt là 2 km/s và 5 km/s Một máy ghi địa chất đặt tại A ghi được cả sóng ngang và sóng dọc Kết quả cho thấy sóng ngang đến máy ghi chậm hơn sóng dọc là 1 phút Tâm chấn O cách máy ghi A một khoảng là

Câu 2 Một người dùng búa gõ vào đầu một thanh nhôm Người thứ hai ở đầu kia áp tai vào thanh nhôm và nghe được âm của tiếng gõ hai lần (một lần qua không khím một lần qua thanh nhôm) Khoảng thời gian giữa hai lần nghe được là 0,12 s Hỏi độ dài của thanh nhôm bằng bao nhiêu? Biết tốc độ truyền âm trong nhôm và không khí lần lượt là 6260 (m/s) và 331 (m/s)

Câu 3 Sóng âm khi truyền trong chất rắn có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang và lan truyền với tốc

độ khác nhau Tại trung tâm phòng chống thiên tai nhận được hai tín hiệu từ một vụ động đất ở cách

đó 400 km cách nhau một khoảng thời gian 120 s Tốc độ truyền sóng trong lòng đất với sóng ngang

và sóng dọc lần lượt là 5 km/s và v Tìm v

Câu 4 Một nam châm điện dùng dòng điện xoay chiều có chu kì 62,5  s Nam châm tác dụng lên một lá thép mỏng làm cho lá thép dao động điều hòa và tạo ra sóng âm Sóng âm do nó phát ra truyền trong không khí là :

A Âm mà tai người có thể nghe được B Sóng ngang

Câu 5 Một người đứng gần ở chân núi hú lên một tiếng Sau 8 s thì nghe tiếng mình vọng lại, biết tốc độ âm trong không khí là 340 m/s Khoảng cách từ chân núi đến người đó là

Câu 6 Một người thả một viên đó từ miệng giếng đến đáy giếng cạn sau 3,15 s sau thì nghe thấy tiếng động do viên đá chạm đáy giếng Cho biết tôc độ âm trong không khí là 300 m/s, lấy

Độ sâu của giếng là

2

10 /

g m s

Câu 7 Tại một điểm trên phương truyền sóng âm với biên độ 0,2 mm, có cường độ âm bằng

Cường độ âm tại điểm đó sẽ bằng bao nhiêu nếu tại đó biên độ âm bằng 0,3 mm?

2

2 W / m

2, 5 W /m 3,0 W /m2 4,0 W /m2 4, 5 W /m2

Câu 8 Tại một điểm A nằm cách xa nguồn âm có mức cường độ âm là 90 dB Cho cường độ âm chuẩn 12 2 Cường độ âm đó tại A là

10 W /m

10 W /m

Câu 9 Tại một vị trí trong môi trường truyền âm, khi cường độ âm tăng gấp 10 lần giá trị cường độ

âm ban đầu thì mức cường độ âm

A giảm đi 10 B B tăng thêm 10 B C tăng thêm 10 dB D giảm đi 10 dB

Câu 10 Một sóng âm truyền trong không khí Mức cường độ âm tại điểm M và tại điểm N lần lượt

là 40 dB và 80 dB Cường độ âm tại N lớn hơn cường độ âm tại M

A 1000 lần B 40 lần C 2 lần D 10000 lần

Câu 11 Nguồn âm phát ra các sóng âm đều theo mọi phương Giả sử rằng năng lượng phát ra được bảo toàn Ở trước nguồn âm, một khoảng d có cường độ âm là I Nếu xa nguồn âm thêm 30 m cường

độ âm bằng I/9 Khoảng cách d là

A 10 m B 15 m C 30 m D 60 m.

Câu 12 Một nguồn âm điểm phát sóng âm vào trong không khí tới hai điểm M, N cách nguồn âm lần lượt là 5 m và 20 m Gọi a M,a N là biên độ dao động của các phần tử vật chất tại M và N Coi môi trường là hoàn toàn không hấp thụ âm Giả sử nguồn âm và môi trường đều đẳng hướng Chọn phương án đúng

A a M 2a N B a M 2a N 2 C a M 4a N D a M a N

Câu 13 Khoảng cách từ điểm A đến nguồn âm gần hơn 10nlần khoảng cách từ điểm B đến nguồn

âm Biểu thức nào sau đây là đúng khi so sánh mức cường độ âm tại A là LA và mức cường độ âm tại B là LB?

A L A 10nL B B L A 10 n L B C L AL B 20n dB  D L A 2 n L B

Câu 14 Một máy bay ở độ cao 100 mét, gây ra ở mặt đất ngay phía dưới một tiếng ồn có mức cường độ âm 120 dB Muốn giảm tiếng ồn tới mức chịu được 100 dB thì máy bay phải bay ở độ cao

Câu 15 Một dây đàn có chiều dài 80 cm được giữ cố định ở hai đầu Âm do dây đàn đó phát ra có bước sóng dài nhất bằng bao nhiêu để trên dây có sóng dừng với 2 đầu là 2 nút?

Câu 16 Một dây đàn có chiều dài 70 cm, khi nó phát ra âm cơ bản có tần số f Người chơi bấm phím đàn cho dây ngắn lại để nó phát ra âm mới có họa âm bậc 3 với tần số 3,5f Chiều dài của dây còn lại là

Câu 17 Để tốc độ truyền sóng âm trong không khí ta dùng một âm thoa có tần số 1000 Hz đã biết

để kích thích dao động của một cột không khí trong một bình thủy tinh Thay đổi độ cao của cột không khí trong bình bằng cách đổ dần nước vào bình Khi chiều cao của cột không khí là 50 cm thì

âm phát ra nghe to nhất Tiếp tục đổ thêm dần nước vào bình cho đến khi lại nghe được âm to nhất Chiều cao của cột không khí lúc đó là 35 cm Tính tốc độ truyền âm

A 200 m/s B 300 m/s C 350 m/s D 340 m/s

Câu 18 Một nguồn điểm O phát sóng âm có công suất không đổi trong một môi trường truyền âm đẳng hướng và không hấp thụ âm Ba điểm O, A, B cùng nằm trên một nửa đưởng thẳng xuất phát

từ O theo đúng thứ tự, tỉ số giữa cường độ âm tại A và B là I A /I B 17 / 9 Một điểm M nằm trên đoạn OA, cường độ âm tại M bằng I AI B/ 5 Tỉ số OM/OA là