Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 1 SÓNG ÂM A.TÓM TẮT LÍ THUYẾT I.Sóng âm -Sóng âm là nhng rn, ln c trong chân không. Ví d: sóng âm trong c hình thành là do lp không khí xung quanh ngun âm b nén, dãn gây ra. -Ngun âm là các vng. -Trong cht khí và cht lng, sóng âm là sóng dc. Trong cht rn, sóng âm bao gm c sóng dc và sóng ngang. -T truyn âm ph thuc vào bn cht và nhi cng. R L K v v v II.Đặc trưng vật lí của âm 1.Tần số âm -Tn s ng ca ngun s cc có tn s t 16Hz n s i 16 Hz gi là h âm và âm có tn s trên 20000 Hz gi là siêu âm. Nhc âm là âm có tn s nh. 2.Cường độ âm ()I - Mức cường độ âm ()L - âm I ti mm ng mà sóng âm ti qua m din tích t vuông góc vn âm, trong m thi gian. -Biu th âm: 22 . 4 4 E E P I S t r t r     -: W/m 2 -M âm ng loga thp phân ca t s gi âm I tm  âm chun I 0 ( 12 2 0 10 W/Im   ng vi tn s 1000f Hz ) -Biu thc tính m âm: 0 lg I L I  - ca m âm là Ben (B). -N  0 ( ) 10lg I L dB I  3.Đồ thị dao động âm ( ; )Af -Mt nhc c phát ra mt âm có tn s 0 f n hay ha âm th nht) thì bao gi  ng thi các ha âm th 2, 3, . . . có tn s 00 2 ,3 ,ff Do hi tng hp ca n và các ha âm, tuy nó có tn s cn f 0 ng biu din ca nó không còn là u hòa mà là mng phc tp có chu kì, ta g th ng ca âm. III.Các đặc trưng sinh lí của âm (độ cao; độ to; âm sắc) 1.Độ cao của âm: ph thuc vào tn s ca âm. -Âm cao (thanh) là âm có tn s âm ln. -Âm thp (trm) là âm có tn s âm nh. 2.Âm sắcph thuc  th ng âm (giúp ta phân bit âm do các ngun khác nhau phát ra). 3.Độ to của âmph thuc vào m âm L. -Giá tr  âm bé nhi còn cm nhc gng nghe. Giá tr ca ng nghe ph thuc vào tn s. -Giá tr  ln làm tai nghe có cm giác nhc nhn thì gng  thuc vào tn s. 2 10 / 130I W m L dB . -Min I nm trong khoi là mic. B.BÀI TOÁN Dạng 1. Tính toán về sóng âm. I.Phương pháp. 1.Sự truyền âm. Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 2 -Thi gian truyng 2 lt là ( 21 vv ): 12 12 ; ll tt vv  vi l ng truyn âm. - chênh thi gian truyn âm ging: 21 21 ll t t t vv      -Gi t là thi gian t c âm phn x thì 2l t v  2.Cường độ âm, mức cường độ âm. - âm ti mm các ngun mt khong r: 22 . 4 4 E E P I S t r t r     - âm t l v âm: 2 2 22 11 IA IA IA        -M âm ti mm:  ben (B): 0 ( ) lg I LB I    0 ( ) 10lg I L dB I   âm chun: 12 2 0 10 W/Im   - âm ti mm khi bit m âm L t () 10 ( ) 0 0 () ( ) 0 0 10lg 10 lg .10 L dB dB LB B I L I I I I L I I I                 -nh lut bng 22 1 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 2 I S r A E I S I S I S r A                    -Ta có: 2 1 2 21 0 0 1 10lg 10lg 10lg I I I LL I I I     T m) 10 n thì mc  âm L s cng thêm (tr  10 ( )n dB : 2 1 2 1 1 2 2 1 10 10 n n I I L L n I I L L n              - âm t l vi công sut ngun âm và t l vi s ngun âm ging nhau: 21 20 2 2 2 1 1 1 0 1 10 LL nP I P n I P n P n      -Tìm m âm tng hp ti mm khi bit m âm thành phn.   12 1 1 2 1 2 2 () 0 ( ) (B) ( ) (B) ( ) ( ) ( ) 1 0 0 0 () 20 .10 .10 .10 10 10 10 10 10 .10 LB I I I L B L L B L L B L B L B LB II I I I I II                3.Phân bố năng lượng âm khi truyền đi. Gi s ngun âm là ngum phát công sut P t m O, phân b  theo mng. -Nu b qua s hp th âm và phn x âm c âm ti mm M cách O mt khong r là: 2 4 P I r   . Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 3 -Nu c truyng âm gim a% so v âm ti mt m M cách O mt khong r là   2 100% . % 4 P r a I r    -Nu c truyng âm gim a% so v âm ti mm M cách O mt khong r là   2 100% % 4 Pa I r    -Nu b qua s hp th âm cng thì công sut âm ti O bng công sut trên các mt cu có tâm O: 2 2 ( ) 0 4 4 .I .10 LB O A B P P P P r I r      +Thi gian âm truyn t n B là: AB t v  ng âm nm gia hai mt cu bán kính OA và OB là . AB E Pt P v     -N bài cho m âm tm A ( A L   âm  m B ( B I  sau: 2 2 2 () () 10 .10 .10 A A L dB LB A A A B A o o B B B r r r I I I I r r r                         -N bài cho m âm  m A ( A L ) và m âm tm B ( B L ) thì ta có: 2 (d ) ( ) ( ) ( ) 10 10 10 BA BA L B L dB L B L B BA AB Ir Ir         -Trên m ng thng có b     t là O,A,M và B. Nu AM nMB hay     1 M A B M M B A r r n r r n r nr r       . +Khi ngun âm là ngu  t ti O , xut phát t công thc () () 2 0 2 0 .10 10 44 LB LB PP I I r rI        thay công thc này vào   1 M B A n r nr r    c:   ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 .10 .10 10 M B A L B L B L B nn       +Nm ca AB thì 1n  nên ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2.10 10 10 M B A L B L B L B     4.Bài toán về nguồn nhạc âm. a.Miền nghe được. -ng nghe c âm nh nht ca m có th gây ra c - ln nht ca mt âm mà còn gây ra cn trong tai. -Mi  c là min nm trong phm vi t      min max 2 max min 4 4 4 P P P I I I r r I I          b.Nguồn nhạc âm. Áp d -Gii thích s tng: Khi trên dây xut hin sóng dng thì có nhng ch sng v ci (by không khí xung quanh nó mt cách tun hoàn và i mnh có cùng tn s ng ca dây. -Tn s       u c    u là nút sóng): ( 1,2,3, ) 2 2 2 vv l k k f k k fl       . +Tn s n (ha âm th nht) là: 0 2 v f l  vi 1k  O A B Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 4 +Ha âm th 2 là 10 2 2 ( 2) 2 v f f k l    +Ha âm th 3 là 20 3 3 ( 3); 2 v f f k l    Áp dng vào ng sáo: -Gii thích s to thành âm do ct không khí trong ng: khi ta thi mt lung khí vào ming sáo khì không khí   ng này truyc theo ng sáo, to thành sóng âm. Sóng âm b phn x  u ng (s phn x này vn xy ra ngay c  h). khi chiu dài ca ng phù hp vc sóng ca sóng âm thì trong ng xut hin sóng dng. -Tn s do ng sáo phát ra (Mu bt kín, m h nên mu là nút sóng, mu là bng sóng):       2 1 2 1 2 1 ( 1,2,3, ) 4 4 4 vv l k k f k k fl          +Tn s n (ha âm th nht) là: 1 4 v f l  vi 1k  +Ha âm bc 3 là: 3 3 ( 2) 4 v fk l  +Ha âm bc 5 là: 5 5 ( 3) 4 v fk l  +ng sáo mu kín, mu h ch có th phát ra các ha âm có s bc l. Chiu dài ng càng ln thì âm phát ra có tn s càng nh, âm phát ra càng trm.  ng ca ct không khí trong mt ng hình tr AB (chiu cao ca ct không khí có th c bi mc  ng), khi có sóng dng trong cu A (ming ng) có th là nút hoc là bng. -N u A là b    c là to nht và   min 2 1 ( 1,2,3, ) 44 l k k l       khi 1k  -Nc là nh nht và min ( 1,2,3, ) 22 l k k l      khi 1k  . -Nu hai ln làm thí nghim liên tic âm to nht hoc âm nh nht thì   2 1 2 1 2 2 l l l l        -Nu ln thí nghiu ngc âm to nht, ln thí nghim tip theo ngc âm nh nht hoc lai thì   2 1 2 1 4 4 l l l l        -Nu ng khí mu bt kín, m h c âm to nhu bu  h là bng:       1min 2 1 2 1 2 1 ( 0,1,2, ) 4 4 4 4 v v v l n n f n n f f l l            khi 0n  -Nu      h   c âm to nh   u ng là hai bng: 2min ( 1,2,3, ) 2 2 2 2 v v v l k k f k k f l l l         khi 1k  II.Bài tập. 1.Sự truyền âm. Bài 1. Mng vi chu kì 160ms. Âm thanh do nó phát ra s c B.là sóng ngang C.là sóng siêu âm c Bài 2. Mt lá thép mng, mu c u còn l ng vi và bng 0,08s. Âm do lá thép phát ra là c B.nhc âm C.h âm D.siêu âm Bài 3. Mng gn chân núi bn mt phát súng, sau 6,5s thì nghe ting vang t núi vng li. Bit vn tc sóng âm trong không khí là 340m/s. Khong cách t chân  A B l h Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 5 A.1105m B.2210m C.1150m D.552,5m Bài 4. Mi lng ray.  mt v ng ray nghe thy tii nghe thy âm thanh này ln th hai do không khí truyn ti. Bit t truyn âm trong không khí là 320m/s. Hãy tính t truyn âm trong ng ray? A.1238m/s B.1376m/s C.1336m/s D.1348m/s Bài 5. Mng gn  chân núi hú lên mt ting, sau 8s thì nghe ting mình vng li. Bit t truyn âm trong không khí là 340m/s. Khong cách t  A.1333m B.1386m C.1360m D.1320m Bài 6. Mi ly búa gõ mu ca mt ng kim loi bng thép có chii khác  u kia ca ng nghe thy hai âm do sóng truyn dc theo ng và sóng truyn trong không khí cách nhau mt khong thi gian là 1s. Bit vn tc truyn âm trong kim loi và trong không khí lt là 5900m/s và 340m/s. Chiu dài L ca ng là A.220m B.280m C.360m D.400m Bài 7. i không th phân bic hai âm ging nhau nu chúng ti tai chênh nhau v thi gian mng nh c bng 0,1s. Mi  cách bng mt khong L bn mi y s ch c ting n khi L thu kiu t truyn âm trong không khí là 340m/s. A. 17Lm B. 17Lm C. 34Lm D. 34Lm Bài 8. Mi th m ming giy ging cc thì sau bao lâu s nghe ti      y ging? Cho bit t  truyn âm trong không khí là 300m/s, ly 2 10 /g m s  sâu ca ging là 11,25m. A.1,5385s B.1,5375s C.1,5675s D.2s 2.Cường độ âm, mức cường độ âm. Bài 1. Ti m 0,2 âm bng 2 2/Wm ng  âm t bng bao nhiêu nu t âm bng 0,3mm? A. 2 2,5 /Wm B. 2 3,0 /Wm C. 2 4,0 /Wm D. 2 4,5 /Wm Bài 2.  âm chun là 12 2 0 10 W/Im    âm ti mng truyn âm là 52 10 W/ m  . M âm tng A.50dB B.60dB C.70dB D.80dB Bài 3.  âm chun là 12 2 0 10 /I W m   . M âm ti mm có giá tr  âm I t A. 62 10 W/ m  B. 72 10 W/ m  C. 82 10 W/ m  D. 92 10 W/ m  Bài 4. Hai âm có m âm chênh lch nhau 20dB. T s  âm ca chúng là A.10 B.20 C.100 D.1000 Bài 5. Ti âm ln gp ting nói thm 20dB bao nhiêu ln? A.5 B.80 C.10 6 D.10 8 Bài 6. Mt sóng âm truyn trong không khí. M âm tm M và tm N lt là 40dB và 80dB. Bi âm ti M là 2 0,05 /Wm  âm ti N bng: A. 2 400 /Wm B. 2 450 /Wm C. 2 500 /Wm D. 2 550 /Wm Bài 7. Mt máy bay bay   cao 1 100hm , gây ra  mi mt ting n có mng  âm 1 120L dB . Mun gim ting n ti mc chc 2 100L dB thì máy bay phi bay   cao: A.316m B.500m C.1000m D.700 m Bài 8. Gi s  âm I 1 và m âm L 1 = 56dB, v sau, nng   2 = 1000I 1 thì m âm L 2 bng bao nhiêu? A.86dB B.30dB C.100dB D.300dB Bài 9. Mng cách ngun âm mt khong d thì  n ra xa ngun âm thêm m âm gim ch còn bng 1 4 I . Khou là A.7,5m B.15m C.30m D.60m Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 6 Bài 10. Mng cách ngun âm mt kho n ra xa ngun âm thêm m âm gim ch còn bng 1 9 I . Khou là A.10m B.20m C.30m D.60m Bài 11. Mt ngum O phát sóng âm có công sui trong mng truyng ng và không hp th m A, B cách ngun âm lt là R 1 và R 2 . Bi âm ti A gp 4 l âm ti B. t s 2 1 R R bng A.4 B. 1 2 C. 1 4 D.2 Bài 12. Ngun âm ti O có công sung thm A, B, C cùng nm v mt phía ca O và theo th t có khong cách ti ngun. M âm ti B kém m âm ti A là ()a dB , m âm t âm ti C là 3 ( )a dB . Bit 2 3 OA OB . T s OC OA là: A. 81 16 B. 9 4 C. 27 8 D. 32 27 Bài 13. m O, A, B cùng nm trên mt nng thng xut phát t O. Tt mt ngum ng không hp th âm. M âm ti A là 60 dB, ti B là 20 dB. M âm tm M ca n AB là A.26 dB B.17 dB C.34 dB D.40 dB Bài 14. Ngun âm S phát ra mt sóng có công sui, truyng v mi m A cách S mn 1 A Rm , m âm là 70 dB. Gi s ng không hp th âm. Mc  âm tm B cách ngun mn 10m là. A.30 dB B.40 dB C.50 dB D.60 dB Bài 15. Mng gia hai chic loa A và B. Khi loa A bc âm có mng  76dB còn khi loa B bc âm có mng  80dB. Nu bt c c âm có m bao nhiêu? A.77 dB B.81,4 dB C.84,36 dB D.86,34 dB Bài 16.                                                                                                 A.77 dB B.80,97 dB C.84,36 dB D.86,34 dB Bài 17. Ti mng thi hai âm: âm truyn ti có m âm là 65dB, âm phn x có m âm là 60dB. M âm toàn phn t A.5dB B.125dB C.66,19dB D.62,5dB Bài 18. Trong mt bui hòa nhc, gi s 5 ching ging nhau phát sóng âm có m âm  có m âm 60 dB thì cn s ching là A.6 B.50 C.60 D.10 Bài 19. n âm AB, nu tt 1 ngun âm thì âm ti B có m là 20 dB. Hi  ti B có âm là 40 dB thì ct ti A bao nhiêu ngun? A.100 B.10 C.20 D.80 Bài 20. n âm AB, nu tt 1 ngun âm thì âm ti B có m là 60 dB còn nu m n cho phép là 80 dB thì ti A ch t tn? A.100 B.10 C.20 D.80 Bài 21. Trong mt bn hp ca, coi mu hát v âm và coi cùng tn s. Khi mt ca  âm là 68 dB. Khi c ban hc mc  âm là 80 dB. S p ca là i i i i 3.Phân bố năng lượng âm khi truyền đi. Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 7 Bài 1. Nguu theo m s rc bo toàn.  c ngun âm mt kho âm là I. Nu xa ngu âm bng 9 I . Khong cách d bng A.10m B.15m C.30m D.60m Bài 2.                                         12 2 0 10 / ; 3,14I W m    . M     Công      là: A.0,314W B.6,28mW C.3,14mW D.0,628W Bài 3. Công sut âm thanh ci ca mt máy nghe nhng c truyn trên khong cách 1m thì ng âm b gim 5% so vi lu do s hp th cng truyn âm. Cho bit  âm chun 12 2 0 10 /I W m   . Nu m to ht c thì m âm  khong cách 6 m là bao nhiêu? A.102 dB B.107 dB C.98 dB D.89 dB Bài 4. Mt ngun âm S phát ra âm có tn s ng âm truyu trên mt cu tâm S bán kính d. B qua s phn x ca sóng âm trên mt và các vt cn. Tm A cách ngun âm S mt khong 100m có m nh v  t âm bng 0. A.10m B.100m C.1km D.10km Bài 5. Mi nghe mn nhc có tn s khong 1000Hz, tm cách ngun âm 10m thì có mc  âm là 60 dB. Công sut ca ngun âm là A.60W B.10W C.126W D.1,26W Bài 6. Ti mng không hp th âm có 9 ngum ging nhau vi công sui. Tm A có m âm 20 dB. M là mm thuc OA sao cho 3 OA OM   ti M có m âm là 30 dB thì s các ngun âm ging các ngun âm trên cn t ti O là A.4 B.1 C.10 D.30 Bài 7. Tng, không hp th âm, có 2 ngum, ging nhau vi công sui. Tm A có m  tm M cn OA có m âm là 30 dB thì s ngun âm ging các ngun âm trên ct thêm ti O bng A.4 B.3 C.5 D.7 4.Nguồn nhạc âm. Bài 1. Mm phát ra âm phân b u theo mng. Các ngun âm 10km tai mi v nghe thy âm. Bii vt là 92 10 /Wm  và 2 10 /Wm . Hi cách còi bao nhiêu thì ting còi bu gây c A.0,1m B.0,2m C.0,3m D.0,4m Bài 2. Vi tn s âm chun, giá tr nào ca m i có cm giác khó chu? A.trên 40 dB B.trên 60 dB C.trên 130 dB D.trên 180 dB Bài 3. Mt sng to ra sóng dng trên dây vi t truyn sóng là 20m/s. Tn s  A.25Hz B.20Hz C.12,5Hz D.50Hz Bài 4. Mc gi c nh  c sóng dài nht b trên dây có sóng dng vu là hai nút? A.200cm B.160cm C.80cm D.40cm Bài 5. Vi máy dò dùng sóng siêu âm, ch có th phát hic các vc c bc sóng siêu âm. Cho bit t âm thanh trong không khí là 340m/s. Siêu âm vi mt máy dò có tn s 5MHz. Vi máy dò này có th pht hic nhng vc c bao nhiêu mm? A.0,34mm B.0,034mm C.0,05mm D.0,068mm Bài 6. Mu dài 70cm, khi gn có tn s f m phím n l nó phát ra âm mi có ha âm bc ba vi tn s 3,5 f . Chiu dài phn dây còn li là bao nhiêu? A.60cm B.30cm C.10cm D.20cm Sóng cơ và sóng âm - Biên soạn: Nguyễn Đình Vụ - Phone: 0948249333 - Email: nguyendinhvu@thuvienvatly.com Trang 8 Bài 7. Hai ha âm liên tip do mn s a âm th 3 có tn s là A.28Hz B.56Hz C.84Hz D.168Hz Bài 8. Mt c bt kín mu còn m h. Cho rng vn tc truyn âm trong không khí là 300m/s. Hai tn s cng thp nht khi thi vào ng sáo là A.125Hz và 250Hz B.125Hz và 375Hz C.250Hz và 750Hz D.250Hz và 500Hz Bài 9. Sóng âm truyn trong không khí vi t 340m/s. Mt cái ng có chit thng và có th c t t  i chiu cao ct không khí trong ng. Trên ming t mt cái âm thoa có tn s  c vào trong  cao ci bao nhiêu thì khi gõ vào âm thoa thì nghe âm phát ra to nht? A.2,5cm B.2cm C.4,5cm D.12,5cm Bài 10. Mt âm thoa nh t trên ming ca mt ng hình tr cha không khí AB, chiu dài l ca ct không khí trong c nh dch chuyn mc  ng ta thy trong ng có mt sóng dng nh. Khi chiu dài ct không khí trong ng ngn nht là 13cm thì âm thanh nghe to nht. Bit rng vi u B là mu A là mt bng sóng. Khi dch chuyn mc   chiu dài ct không khí trong ng là 65cm thì ta li tht rõ. Tính s nút sóng trong ng khi này. A.2 B.3 C.4 D.5 Bài 11. Mt phía trên ming mt ng hình tr chng vi tn s 400Hz. Chiu dài ct không khí trong ng có th i bi mc   u  c chy ra khi ng. Hai ln cng ng gn nhau nht xy ra khi chiu dài ca ct không khí trong ng là 0,16m và 0,51m. T truyn âm trong không khí bng A.280m/s B.358m/s C.338m/s D.328m/s Bài 12.   truyn sóng âm trong không khí ta dùng mt âm thoa có tn s 1kã bi kích ng ca mt ct không khí trong mt ng thy tinh hình tr t thng cao ca ct không khí trong ng b t t c vào bình. Khi chiu cao ca ct không khí là 50 m thì âm phát ra nghe to nht. Tip tc  n khi nghe thy âm to nht thì chiu cao ca ct không khí lúc này là 35 cm. Tính t truyn âm. A.100m/s B.200m/s C.300m/s D.400m/s Bài 13. Ct không khí trong ng th cao l có th c nh u khin mc trong t mt âm thoa trên ming ng thy tinh, ng nó phát ra mn thì ta thy trong ct không khí có mt sóng dng  cao thích hp ca ct không khí có tr s nh nht 13cm thì i ta nghe thy âm to nht. Bit ru A h ca ct không khí là môt bu B kín là mt nút sóng, vn tc truyn âm là 340m/s. Tn s ca âm do âm thoa phát ra có th nhn giá tr trong các giá tr sau? A.563,8Hz B.658Hz C.653,8Hz D.365,8Hz Bài 14. Mt ng có mu bt kín, m h thì tn ca nt  có tn s 130,5Hz. Nu  h c n to ra có tn s bng bao nhiêu? A.522Hz B.491,5Hz C.261Hz D.195,25Hz . ca âm. III.Các đặc trưng sinh lí của âm (độ cao; độ to; âm sắc) 1.Độ cao của âm: ph thuc vào tn s ca âm. - m cao (thanh) là âm có tn s âm ln. - m thp (trm) là âm. cht rn, sóng âm bao gm c sóng dc và sóng ngang. -T truyn âm ph thuc vào bn cht và nhi cng. R L K v v v II .Đặc trưng vật lí của âm 1.Tần số âm -Tn s ng. là h âm và âm có tn s trên 20000 Hz gi là siêu âm. Nhc âm là âm có tn s nh. 2.Cường độ âm ()I - Mức cường độ âm ()L -  âm I ti mm ng mà sóng âm ti