Môn: VẬT LÍ Chuyên đề: SÓNG CƠ HỌC. ÂM HỌC

Giao thoa sóng, sóng d ng, sóng âm... Chu kì sóng là s.

Trang 1

CHUYÊN LUY N THI T T NGHI P THPT

VÀ LUY N THI I H C, CAO NG 2009

Môn: V T LÍ

I M C ÍCH CHUYÊN

- ây là m t trong các chuyên đ c b n và quan tr ng t o n n móng đ u tiên cho

vi c h c V t lí c a h c sinh

- Cung c p ki n th c c b n v l p ph ng trình sóng, giao thoa sóng, sóng d ng và sóng âm

II KI N TH C C B N

1 T ng quan v sóng c và quá trình truy n sóng

1.1 Khái ni m v sóng c h c

a) Sóng c h c: là dao đ ng lan truy n trong môi tr ng v t ch t theo th i gian

b) Sóng ngang: là sóng c h c mà ph ng dao đ ng vuông góc v i ph ng truy n sóng

c) Sóng d c: là sóng c h c mà ph ng dao đ ng trùng v i ph ng truy n sóng

1.2 Các đ i l ng đ c tr ng c a sóng c

a) Biên đ sóng: là biên đ dao đ ng c a m t ph n t môi tr ng có sóng truy n qua

b) Chu kì sóng (T): là chu kì dao đ ng c a m t ph n t môi tr ng có sóng truy n qua

1

T f

= v i f là t n s sóng

c) T c đ truy n sóng: là t c đ lan truy n dao đ ng trong môi tr ng d) B c sóng ( ):

- Là quãng đ ng mà sóng truy n đ c trong m t chu kì sóng

- Ho c là kho ng cách gi a hai đi m trên ph ng truy n sóng g n nhau

nh t và dao đ ng cùng pha v i nhau

M i liên h gi a T, v và là:

v vT f

λ= = e) N ng l ng sóng: là n ng l ng dao đ ng c a các ph n t môi tr ng có sóng truy n qua

1.3 Ph ng trình sóng c

Xét sóng t i ngu n: u0 = acos t

Trang 2

Khi sóng truy n t i đi m M cách O kho ng d thì ph ng trình sóng là:

M

v

λ

⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎛

= ⎢ ⎜ − ⎟⎥= ⎜ −

⎞

⎟

⎠

2 Giao thoa sóng, sóng d ng, sóng âm

2.1 Giao thoa sóng c

a) i u ki n giao thoa: hai sóng có cùng t n s , cùng pha ho c đ l ch pha không đ i theo th i gian (sóng k t h p)

b) Ph ng trình giao thoa:

Ph ng trình sóng t i ngu n: u0 acos 2 t

T

π

⎛ ⎞

⎝ ⎠

Ph ng trình sóng t ng h p

2 cos cos 2

2

T

π

−

2 cos d d

λ

−

c) V trí các c c đ i, c c ti u giao thoa

- C c đ i giao thoa: A = 2a ( 2 1) ( 2 1)

cos π d d 1 π d d k

π

V y d2−d1=kλv i k = 0, ± 1, ± 2…

- C c ti u giao thoa: A = 0 ( 2 1) ( 2 1)

2

k

π

2

d −d =⎛⎜k+ ⎞⎟λ

⎝ ⎠ v i k = 0, ±1, ±2… d) Tìm các c c đ i, c c ti u giao thoa trên đ ng th ng n i hai ngu n sóng

Gi s hai ngu n cách nhau m t kho ng AB, ta c n tìm c c đ i giao thoa

d1 + d2 = AB

d −d =kλ

AB

do 0 < d2 < AB nên

0

< + < ⇒ − < <

V y s c c đ i là N = 2[k] + 1 v i [k] là ph n nguyên

T ng t v i các vân c c ti u

2.2 Sóng d ng

a) S ph n x c a sóng

- Ph n x trên v t c n c đ nh: sóng ph n x luôn ng c pha v i sóng t i

đi m ph n x

- Ph n x trên v t c n t do: sóng ph n x luôn cùng pha v i sóng t i

đi m ph n x b) Sóng d ng:

- Là sóng mà có các nút và b ng c đ nh trong không gian

Trang 3

- Kho ng cách gi a hai nút hay hai b ng liên ti p là

2

λ

và kho ng cách

gi a m t nút và m t b ng là

4

λ c) i u ki n đ có sóng d ng:

- Sóng d ng trên m t s i dây có hai đ u c đ nh chi u dài l là:

2

l=kλ

- Sóng d ng trên m t s i dây có chi u dài l v i m t đ u c đ nh, m t đ u t

do là: (2 1)

4

3.2 Sóng âm

a) Khái ni m: Là sóng c h c có t n s trong kho ng 16(Hz) – 20000(Hz),

sóng có t n s nh h n 16(Hz) g i là sóng h âm, sóng có t n s l n h n 20000(Hz) g i là sóng siêu âm

Chú ý: sóng âm truy n đ c trong các môi tr ng r n, l ng và khí thông

th ng thì v n t c truy n trong môi tr ng r n l n h n l ng và trong môi

tr ng l ng l n h n khí

- Ngu n âm: Là v t phát ra âm

b) Các đ c tính v t lí c a âm

- T n s âm

tích đ t t i đi m đó, vuông góc v i ph ng truy n sóng và trong m t đ n v

th i gian Kí hi u là I (W/m2)

- M c c ng đ âm: c đ c tr ng b i

0

lg I

L I

= có đ n v là Ben (B) Trong đó I0: C ng đ âm chu n

Bên c nh đó ta còn s d ng công th c: ( )

0

10 lg I

L dB

I

=

- Âm c b n và h a âm:

N u m t nh c c phát ra m t âm có t n s f0 thì đ ng th i c ng phát ra các

có t n s là 2f0, 3f0 …

Âm có t n s f0 g i là âm c b n hay h a âm th nh t Các âm có t n s 2f0, 3f0 … g i là h a âm th hai, th ba …

c) Các đ c tính sinh lí c a âm

- Âm s c: ây là m t đ c tính sinh lí c a âm, giúp ta phân bi t do các ngu n âm khác nhau phát ra

III C NG C KI N TH C

Bài t p 1 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): M t sóng ngang truy n trên m t dây

r t dài có ph ng trình u = 25sin(20t + 5x) (cm) Trong đó x đo b ng cm, t đo

b ng giây Phát bi u nào sau đây sai:

A Biên đ sóng là 25cm

B V n t c truy n sóng là 4cm/s

Trang 4

C Chu kì sóng là (s)

D V n t c c c đ i c a m i ph n t môi tr ng là 500 cm/s

Tr l i:

T n s sóng = 20 rad/s =>chu kì sóng T = 0,1 (s)

Ph ng án tr l i: C

Bài t p 2 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn):

Ph ng trình dao đ ng c a ngu n A là u = a.cos100 t (cm), v n t c lan truy n dao

đ ng là 10 m/s T i đi m M cách A 0,3m s dao đ ng theo ph ng trình

A u=asin 100( πt−0,3)(cm) B 2

sin 100

3

C u= −acos 100( πt)(cm) D cos 100

2

Tr l i:

Ta có ph ng trình dao đ ng t i M là

(

0,3 cos 100 cos 100 cos 100

10

M

d

⎡ ⎛ ⎞⎤ ⎡ ⎛ ⎞⎤

= ⎢ ⎜ − ⎟⎥= ⎢ ⎜ − ⎟⎥= −

Ph ng án tr l i: C

Ch n câu đúng V n t c truy n c a sóng trong môi tr ng ph thu c vào y u t

nào sau đây:

A t n s c a sóng B n ng l ng c a sóng

Tr l i:

V n t c truy n sóng trong môi tr ng ph thu c vào b n ch t môi tr ng truy n sóng

Ph ng án tr l i: D

Hai ngu n sóng k t h p cùng pha cách nhau 0,5m dao đ ng v i t n s 25Hz

V n t c truy n sóng trong môi tr ng là 5m/s Trên đ ng n i gi a 2 ngu n trên,

s đi m dao đ ng v i biên đ c c đ i mà cùng pha v i nhau nhi u nh t là:

A 3 đi m B 5 đi m C 7 đi m D 9 đi m

Tr l i:

Theo bài ra ta có

d1 + d2 = 0,5m = 50cm

và các đi m dao đ ng v i biên đ c c đ i th a mãn

d1 - d2 = k = 20k

=>d1 = 25 + 10k Do đi m n m gi a hai ngu n sóng nên

0 < d1 < 50 =>-2,5 < k < 2,5 hay có nhi u nh t 5 đi m dao đ ng v i biên đ c c

đ i

k = 0, 1, 2, -1, -2

Nh ng trong 5 đi m này g m c các đi m dao đ ng cùng pha và ng c pha vì v y

s đi m dao đ ng cùng pha nhi u nh t là 3

Ph ng án tr l i: A

Trang 5

Hai ngu n sóng k t h p, cùng pha, dao đ ng theo ph ng trình

sin 100

2

Hai ngu n cách nhau 0,9m v n t c truy n sóng 10m/s Trên đ ng n i có s đi m nhi u nh t dao đ ng v i biên đ 2cm và cùng pha v i nhau là:

Tr l i:

G i d1 ; d2 là kho ng cách t đi m M t i ngu n sóng

d1 + d2 = 0,9m = 90cm (1)

trong kho ng gi a hai ngu n đi m dao đ ng v i biên đ c c đ i th a mãn

d1 - d2 = k (2) V i

1000

20 50

v

f

λ= = = (cm)

t (1) và (2) suy ra d1 = 45 + 10k

Do M n m gi a hai ngu n nên 0 < d1 < 90 hay -4,5 < k < 4,5

T i k = 0 sóng t ng h p có biên đ A = 2 t i k = 1, 2, 3, 4, -1, -2, -3, -4 sóng t ng

h p dao đ ng v i biên đ A = +2 và A = -2

V y s đi m dao đ ng v i biên đ A = +2 là 5 đi m

Ph ng án tr l i: D

S i dây treo th ng đ ng AB dài 2,1m M t đ u t do dao đ ng v i t n s 50Hz, cho sóng d ng trên dây có v n t c 20 m/s S nút và b ng trên dây là:

A 10 b ng, 10 nút B 11 b ng, 11 nút

C 10 b ng, 11 nút D 11 b ng, 10 nút

Tr l i:

Ta có b c sóng = v.T = v/f = 20/50 = 0,4 m = 40 cm

Vì dây có m t đ u c đ nh, 1 đ u t do

2,1 210

2 4

20 10 210 10

λ λ

T c là có 11 nút sóng và s b ng sóng là k + 1 = 11

Chú ý: t i đ u c đ nh là m t nút =>s nút là k + 1

Ph ng án tr l i: B

M t s i dây m nh AB đ u B c đ nh và đ u A dao đ ng v i ph ng trình dao

đ ng là u = 4.cos20 (cm) V n t c truy n sóng trên dây 25cm/s i u ki n v chi u dài c a dây AB đ x y ra hi n t ng sóng d ng là :

2

⎜

⎞

2

⎜

⎞

⎟ (cm)

Tr l i:

Vì A dao đ ng và B c đ nh nên đ trên dây x y ra hi n t ng sóng d ng thì:

1, 25

=⎜ + ⎟ = ⎜ +

⎞

⎟(cm)

Ph ng án tr l i: B

Trang 6

Phát bi u nào sau đây là đúng?

A Âm có c ng đ l n thì tai ta có c m giác âm đó "to"

B Âm có c ng đ nh thì tai ta có c m giác âm đó "bé"

C Âm có t n s l n thì tai ta có c m giác âm đó "to"

D Âm "to" hay "nh " ph thu c vào m c c ng đ âm và t n s âm

Tr l i:

Âm "to" hay "nh " ph thu c vào m c c ng đ âm và t n s âm

Ph ng án tr l i: D

Âm do các nh c c khác nhau phát ra luôn luôn khác nhau v :

Tr l i:

Âm do các nh c c khác nhau phát ra s có cùng đ cao, cùng đ to nh ng chúng khác nhau v âm s c Vì Sóng âm do m t nh c c phát ra là sóng t ng h p c a nhi u sóng âm đ c phát ra cùng m t lúc Các sóng này có các t n s f, 2f, 3f và

có các biên đ là A1, A2, A3, r t khác nhau Âm có t n s f g i là h a âm c

b n, các âm có t n s 2f, 3f, 4f g i là các h a âm th hai, ba, t H a âm nào có biên đ m nh nh t s quy t đ nh đ cao c a âm mà nh c c phát ra Dao đ ng âm

t ng h p v n là m t dao đ ng tu n hoàn nh ng không đi u hòa ng bi u di n

c a dao đ ng âm t ng h p không ph i là m t đ ng hình sin mà là m t đ ng cong có tính ch t tu n hoàn nh ng có hình d ng r t ph c t p M i dao đ ng t ng

h p đó ng v i m t âm s c xác đ nh Vì v y mà hai nh c c khác nhau có th phát

ra hai âm cùng đ cao nh ng có âm s c hoàn toàn khác nhau

Ph ng án tr l i: C

Ch n câu đúng to c a âm ph thu c vào:

B T n s âm và m c c ng đ âm

C B c sóng và n ng l ng âm

D V n t c truy n âm

Tr l i:

to c a âm là m t đ c tr ng sinh lý c a âm ph thu c vào biên đ hay m c

c ng đ âm

+ M c c ng đ âm mà tai ng i nghe đ c n m trong kho ng t ng ng nghe

đ n ng ng đau

+ Âm có m c c ng đ âm càng cao nghe càng to Tuy nhiên đ to c a âm còn

ph thu c vào t n s âm Hai âm có cùng m c c ng đ âm

nh ng có t n s khác nhau thì s gây nh ng c m giác âm to nh khác nhau

Ph ng án tr l i: B

IV BÀI T P V NHÀ

Bài t p 1: Ngu n sóng O dao đ ng v i t n s 10Hz, dao đ ng truy n đi v i v n

t c 0,4m/s trên ph ng Oy Trên ph ng này có 2 đi m P và Q theo th t đó

PQ = 15cm Cho biên đ a = 1cm và biên đ không thay đ i khi sóng truy n N u

t i th i đi m nào đó P có li đ 1cm thì li đ t i Q:

A 1 cm B -1 cm C 0 cm D 0,5 cm

Trang 7

Bài t p 2: M t sóng c h c có t n s f lan truy n trong môi tr ng v t ch t đàn

h i v i v n t c v, khi đó b c sóng đ c tính theo công th c

A = v.f B = v/f C = 2v.f D = 2v/f

Bài t p 3: Ch n phát bi u đúng trong các l i phát bi u d i đây:

A Chu kì dao đ ng chung c a các ph n t v t ch t khi có sóng truy n qua g i là chu kì sóng

B i l ng ngh ch đ o c a t n s góc g i là t n s c a sóng

C V n t c dao đ ng c a các ph n t v t ch t g i là v n t c c a sóng

D N ng l ng c a sóng luôn luôn không đ i trong quá trình truy n sóng

Bài t p 4: i u nào sau đây là sai khi nói v n ng l ng c a sóng c h c?

A Quá trình truy n sóng là quá trình truy n n ng l ng

B Khi sóng truy n t m t ngu n đi m trên m t ph ng, n ng l ng sóng gi m t l

v i quãng đ ng truy n sóng

C Khi sóng truy n t m t ngu n đi m trong không gian, n ng l ng sóng gi m t

l v i bình ph ng quãng đ ng truy n sóng

D N ng l ng sóng luôn luôn không đ i trong quá trình truy n sóng

Bài t p 5: T i đi m S trên m t n c yên t nh có ngu n dao đ ng đi u hoà theo

ph ng th ng đ ng v i t n s 50Hz Khi đó trên m t n c hình thành h sóng tròn

đ ng tâm S T i hai đi m M, N n m cách nhau 9cm trên đ ng th ng đi qua S luôn dao đ ng cùng pha v i nhau Bi t r ng, v n t c truy n sóng thay đ i trong kho ng t 70cm/s đ n 80cm/s V n t c truy n sóng trên m t n c là:

A 75 cm/s B 80 cm/s C 70 cm/s D 72 cm/s

Bài t p 6: Hai ngu n k t h p, cùng pha cách nhau 18 cm, chu kì 0,2 s V n t c

truy n sóng trong môi tr ng là 40 cm/s S đi m dao đ ng c c đ i trên đ ng

n i gi a hai ngu n là:

Bài t p 7: Ch n câu đúng Trong hi n t ng giao thoa, nh ng đi m dao đ ng v i

biên đ l n nh t thì:

A = n

B = n

C = n v i = d2 - d1 ho c d1 - d2 tùy theo quy c ban đ u

D = (2n + 1)

Bài t p 8: Ch n câu đúng Th c hi n thí nghi m giao thoa trên m t n c: A và B

là hai ngu n k t h p có ph ng trình sóng t i A, B là: uA = uB = a.cos t thì qu tích nh ng đi m dao đ ng v i biên đ c c đ i b ng 2a là:

A H các đ ng hyperbol nh n A, B làm tiêu đi m và bao g m c đ ng trung

tr c c a AB

B H các đ ng hyperbol có tiêu đi m AB

C ng trung tr c c a AB

D H các đ ng hyperbol nh n A, B làm tiêu đi m

Bài t p 9: Trong thí nghi m t o vân giao thoa sóng trên m t n c, ng i ta dùng ngu n dao đ ng có t n s 100 Hz và đo đ c kho ng cách gi a hai g n sóng liên

ti p n m trên đ ng n i hai tâm dao đ ng là 4 mm V n t c sóng trên m t n c là

A v = 0,2 m/s B v = 0,4 m/s C v = 0,6 m/s D v = 0,8 m/s

Bài t p 10: Trên m t ch t l ng t i có hai ngu n k t h p A, B dao đ ng v i chu kì 0,02s V n t c truy n sóng trên m t ch t l ng là 15cm/s Tr ng thái dao đ ng c a

Trang 8

M1 cách A, B l n l t nh ng kho ng d1 = 12cm; d2 = 14,4cm và c a M2 cách A, B

l n l t nh ng kho ng d'1 = 16,5cm; d'2 = 19,05cm là:

A M1 và M2 dao đ ng v i biên đ c c đ i

B M1đ ng yên, không dao đ ng và M2 dao đ ng v i biên đ c c đ i

C M1 dao đ ng v i biên đ c c đ i và M2đ ng yên không dao đ ng

D M1 và M2 đ ng yên không dao đ ng

Bài t p 11: Trong sóng d ng, hi u s pha c a hai ph n t môi tr ng n m đ i

x ng qua m t b ng là

A (rad) B 2 (rad) C /2 (rad) D 3 /2 (rad)

Bài t p 12: M t dây dài c ng ngang, có sóng d ng trên dây v i chu kì sóng 0,02s

Gi a hai đi m A và B cách nhau 1,2m, ng i ta th y có 4 nút sóng (k c hai nút

là A và B) V n t c truy n sóng là:

A 40 m/s B 30 m/s C 80 m/s D 60 m/s

Bài t p 13: M t sóng d ng trên dây đ c mô t b i ph ng trình

2 sin cos 20

x

trong đó x đo b ng cm và t đo b ng giây V n t c truy n sóng d c theo dây là

A 20 cm/s B 40 cm/s C 60 cm/s D 80 cm/s

Bài t p 14: M t dây đàn dài 40cm, c ng hai đ u c đ nh, khi dây dao đ ng v i

t n s 600 Hz ta quan sát trên dây có sóng d ng v i hai b ng sóng V n t c sóng trên dây là

A 160 m/s B 120 m/s C 240 m/s D 480 m/s

Bài t p 15: Trên s i dây OA, đ u A c đ nh và đ u O dao đ ng đi u hoà v i t n

s 20Hz thì trên dây có 5 nút Mu n trên dây rung thành 2 b ng sóng thì O ph i dao đ ng v i t n s :

D 40 Hz B 12 Hz C 50 Hz D 10 Hz

Bài t p 16: Phát bi u nào sau đây là đúng?

A Khi có sóng d ng trên dây đàn h i thì t t c các đi m trên dây đ u d ng l i không dao đ ng

B Khi có sóng d ng trên dây đàn h i thì ngu n phát sóng ng ng dao đ ng còn các

đi m trên dây v n dao đ ng

C Khi có sóng d ng trên dây đàn h i thì trên dây có các đi m dao đ ng m nh xen

k v i các đi m đ ng yên

D Khi có sóng d ng trên dây đàn h i thì trên dây ch còn sóng ph n x , còn sóng

t i b tri t tiêu

Bài t p 17: Âm tr m là âm có:

A Biên đ dao đ ng nh B N ng l ng âm nh

C T n s dao đ ng nh D T t c đúng

Bài t p 18: Ch n câu đúng cao c a âm ph thu c vào:

Bài t p 19: M t màng kim lo i dao đ ng v i t n s 200Hz, t o ra trong ch t l ng

m t sóng âm có b c sóng 8m V n t c truy n âm trong ch t l ng là:

A 25 m/s B 0,04 m/s C 800

π m/s D 1600 m/s

Bài t p 20: Ch n câu đúng M t trong nh ng yêu c u c a các phát thanh viên v

đ c tính v t lý c a âm là:

Trang 9

A T n s âm nh B T n s âm l n

ÁP ÁN

Ngu n: Hocmai.vn

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	250,35 KB