LÊ VĂN THÀNH HưdNB DẳN ÔN UIYỈN THI THPT QUỈC G ll H a MỘI NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LÊ VĂN THÀNH tÌLTỚNC DẪN ÔN L U Y Ệ N THI THPT QUỐC C IA M ÔN V Ậ T LÍ T H E O CHỦ Đ Ể TẬP1 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LỜI N ÓI Đ Ầ U Nhằm giúp em học sinh THPT, đặc biệt em học sinh lớp 12 chủ động thuận lợi việc ôn tập môn Vật lí, chuẩn bị tốt cho kì thi TH PT Quốc gia, tác giả biên soạn sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật lí theo chủ đề Bộ sách gồm tập có nội dung bám sát chương trình sách giáo khoa Vật lí 12 Bộ Giáo dục Dào tạo ban hành Tập 1: gồm chương: Chương I: Dao động Chương II: Sóng Chương III: Dao dộng sóng diện từ Tập 2: gồm chương: Chương IV: Dòng điện xoay chiều Chương V: Tính chât sóng ánh sáng Chương VI: Quang học lượng tử Chương VII: Vật lí hạt nhân Chương VIII: Giới thiệu số đề ôn luyện Mỗi chương sách có chung câu trúc sau: Phần Lí thuyết Hệ thống chi tiết toàn lí thuyết chương theo chủ đề, đưa nhận xét, kết luận quan trọng giúp học sinh hệ thống nắm bắt châ"t tượng vật lí nhằm dễ dàng chọn đáp án câu hỏi trắc nghiệm lí thuyết Phần Phân chủ dề tập phương pháp giải Hệ thống tập chương phân loại theo chủ đề, chủ đề dều có ví dụ từ dễ đến khó hướng dẫn giải cách chi tiết Ngoài ra, với có cách giải nhanh, tác giả trình bày mẹo, thủ thuật để học sinh nhanh chóng đưa đáp số Phần Tóm tắt công thức giải nhanh tập trắc nghiệm Các công thức giải nhanh nhằm giúp học sinh dễ nhớ áp dụng cách thuận lợi giải tập trắc nghiệm Phần Các tập tổng hợp chọn lọc Các tập chọn lọc phân dạng cách có hệ thống, bao gồm câu hỏi lí thuyết tập trọng tâm Các tập chọn lọc giúp em thực hành phương pháp giải học, đồng thời tổng quát lại toàn kiến thức chủ đề Tác giả hi vọng sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật lí theo chủ đề sê tài liệu bổ ích giúp em học sinh ôn luyện đạt kết tốt nhát kì thi TH PT Quốc gia tới Mặc dù râT cô gắng biên soạn, sai sót điều khó tránh khỏi Tác giả rât mong nhận ý kiến đóng góp, xây dựng quý bạn đọc dể lần tái sau sách hoàn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Email: levanthanhlvt@yahoo.com.vn Điện thoại: 0989.345.975 Xin trân trọng cảm ơn! TÁC GIẢ HỌC PHẨN 1; LÝ THUYẾT BẢN CHƯƠNG I: DAO Đ Ộ N G Bài Dao động c c đ ặc trưng Khái niệm Dao động: Là chuyển động có giới hạn không gian, lặp lặp lại nhiều lần xung quanh vị trí cân - Dao động tuần hoàn: Là dao động mà vật lặp lặp lại nhiều lần chiều dài quỹ đạo khoảng thời gian - Dao động điển hoà: dao động mà phương trình chuyên động vật thời diêm bât kì mô tá bàng biểu thức dạng cos dạng sin theo thời gian Phưong trình dao động điều hoà Phương trình dao động dạng sin Phương trình dao động dạng cos Dạng 1: x = Acos(cot + (p) (la) Dạng 1: Dạng 2: X = Acos — t+cp VT J (2a) ( 27C ^ Dang 2: x = Asin — t + cp V T y (2b) Dạng 3: X = Acos(27ĩft + (p) (3a) Dạng 3: X- Asin(2Trft+ cp) (3b) X = Asin(0)t+ (p) (Ib) Các đặc trưng dao động điều hoà x: li độ khoáng cách đại số từ vị trí vật tới vị trí cần bàng chọn trùng với gốc tọa độ A: biên độ dao động (A > 0), giá trị cực đại li độ m kW\AA/)wWVVÌ‘ẴL _ A qM ,| H A (Ot + (p; pha dao động, đại lượng cho phép ta xác dinh trạng thái vật (gồm gia tốc, vận tốc, li độ) thời điểm t (p : pha ban đầu dao động, cho phép ta xác định trạng thái vật thời điếm t = , , 2Tt Cù: tân sô góc dao động: (0 = 2Ttf = — (rad/s), cho ta biêt biên đôi nhanh hay chậm cúa trạng thái dao động 0) lớn, trạng thái biến đổi nhanh ngược lại T: chu kì dao động (đơn vị s) khoảng thời gian ngắn trạng thái dao động lặp lại cũ, thời gian để thực lần dao động f: tần số dao động, cho ta biết số dao động toàn phần thực đơn vị thời gian: f = - = — (Hz) T 271 Vận tốc gia tốc dao động điều hoà Giả sử vật dao động với phương trình dạng cos: X= A cos(o)t + (p) Vận tốc: V= — = X '(t) = -Arosin((0t + (p) At (4) Av Gia tốc: a = limA,^o , = v'(t) = x"(t) = -A(0-cos(oư+(p) At Từ biểu thức (la) (5) ta có: cos'(cot + 9) = Từ biểu thức (4) ta có: sin^(cot + 9) = rx ^ (5) í ^ ì l Aw- j / V vAcoy Ta có: cos^(ci)t + 9) + sin^(cot + ) = l = ' Nhân hai vê với A , ta đươc: A = X +í V ^ 1A j IA coj — — í ^ ^ +í V ^ l Ao)- j lAcoj — V2 2a 2V = — + —7- or 03" co- Li độ, vận tốc, gia tốc biến thiên điều hoà tần số có tính chất sau: - Theo thứ tự gia tốc - vận tốc - li độ, đại lượng trước nhanh pha đại lượng sau góc - Gia tốc a lệch pha với li độ X góc n, hay a X dao động ngược pha -A Vm i n =0 Ịa,„„, = A c o ^ I - Tốc độ cực đại = Aw vật A I v „ a x = AÒ 5' I Vm i n =0 [a,„,„ =0 qua vị trí cân bàng - Gia tốc đat đô lớn cực đại a,^ = Aco" vật qua vị trí biên (x = ± A) Bài Con lắc lò xo Thiết lập phương trình dao động điều hoà ciia lắc lò xo Xét lắc gồm lò xo có độ cứng k, gán vào vật có m _ khối lượng m Kích thích cho lắc dao động với biên HẠẠẠẠẠẠẠẠẠẠẠẠẠ/^ ^mi độ A, thời điểm t vật vị trí có li độ hình vỗ ^ v v v v v v v v v v v v v v ^ VV Theo định luật II Niuton hợp lực tác dụng làm vật chuyển động với gia tốc a = x”, nên ta có; F = -kx = ma = mx" X" = A X A -X m k k Đặt 00" = — , ta được: x" = - —X = -(0'X m m ( 1) Nghiệm phưong trình (1) có dạng x = Acos(0)t + (p) X = Asin(cot + (p) nên dao ík” động lẳc lò xo dao động điều hoà với tần số góc (0 = 1— Vm Thật vậy, giả sử X = A cos((0t + (p) X = A sin(wt + (p) nghiệm (1) từ hai phưong trinh trên, ta biến đổi để phưotig trình ( 1) sau; Giả sử X = A cos(wt + (p) nghiệm (1), ta có: x' = -A(0sin((0t + (p) x" = -A(o"cos(tot + (p) = -ío\Acos(cot + (p) = -o)’x => ĐPCM (Chứng minh X = A sin(cot + (p) nghiệm (1) tưmig tự) Khảo sát lượng a Khảo sát định tính Dao động điều hoà lấc lò xo tồn hai dạng lượng: + Động vật chuyển động = —mv" + Thế đàn hồi lò xo W| = —kx^ Quá trình biến đổi động vật dao động quanh vị trí cân bàng - Khi động tăng giảm, động cực đại bàng ngược lại - Khi vật chuyển động từ biên vị trí cân bàng, vật chuyển động nhanh dần, động tăng dần, giảm dần Khi vật chuyến động từ vị trí cân bàng biên, vật chuyên động chậm dần nên động giảm dần, tăng dần - Tại vị trí biên, động vật bàng 0, cực đại Tại vị trí cân bàng động vật cực đại b Khảo sát định lượng: Xét lắc lò xo dao động với phương trinh X = Acos(cot + (p) Phương trình vận tốc: v = x'(t) = -Ao)sin(cot+ (p) Khi đó: Thê năng: w, = ^ k x = —kA cos ((Ot + cp) = —kA -^ ^ —— '2 2 w, = —kA" + —kA^ cos(2cot + 2(p) ' 4 Đông năng: ( 2) ' 2.,2 • a2 k l- c o s 2(a)t + (p) = —m v = —mA 0)’ sin‘(wt + (p) = —mA —. ^ 2 m a = —kA“ — kA" cos(2o)t + 2(p) Cơ năng: w = w, + w, = —mv"+ —kx^ = —k A '= —mvf d t 2 2 (3) = —mA^(0“ Kết luận: - Cơ không đôi ti lệ với binh phương biên độ dao động - Động năng, biến thiên tuần hoàn với: a)' = 2w; f '= f;T ' = — (4) Tống họp hai dao động phưong tần số a Mối Hên hệ (lao động điều Itoà chuyến động tròn Xét chất điểm quay theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ) đường tròn theo bán kính R = A với tốc độ góc không đối 0) Khi chất điếm quay đường tròn hình chiến cúa (gióng vuông góc lên trục tọa độ) chi dao động qua lại hai điểm từ A đến -A Giả sử thời điểm ban đầu chất điểm vị trí Mo có tọa độ góc ọ tới thời điểm t bất kỳ, chất điểm quay tới vị trí Mi có tọa độ góc 0Jt + (p Khi tọa độ điếm hình chiếu là: X = OM| = OM, cos(o)t +(p) = Acos(03t + cp) Kết luận: Khi chất điểm quay đường tròn thi hình chiếu lên trục tọa độ dao động điều hoà hai diểm từ A đến -A Dao động có biên độ bán kính đường tròn tần số góc dũng tốc độ góc chất điếm quay đường tròn Như dao động điều hoà với phương trình X = Acos(o)t + (p) biếu diễn véc tơ quay sau: Vẽ véc tơ có chiều dài tỉ lệ với biên độ A, gốc xuất phát từ điểm o thời điểm ban đầu véc tơ họp với trục tọa độ góc pha ban đầu ọ Quay véc tơ quanh gốc theo chiều dương (ngược kim đồng hồ) với tốc độ góc đủng tần số góc 0) b Tổng hợp hai dao động diều líoà phương tần số phương pháp véctơ quay X| = A | c o s ( o ) t - I - ( P | ) Xét hai dao động điều hoà phương tần số có phương trình: Khi phương trình dao động tống họp là: trục tọa độ góc (pi 92- X, = A, cos(cot + (pQ - Vẽ véc tơ dao động tổng họp A = Ai + A2 Tại thời điểm ban đầu véc tơ tổng hợp họp với trục tọa độ góc bàng pha ban đầu (p - Sau cho véc tơ A| A: quay với vận tôc góc 0) theo chiêu dương (ngược chiêu kim đồng hồ) K.hi hình bình hành OA1AA2 không bị biến dạng, véc tơ A có độ lớn không đổi quay theo với vận tốc góc co Vậy tần số góc dao động tống họp co’ = co Từ hình vẽ, suy biên độ dao động tong họp là: A" = A| + A j+ 2A|A2cosAcp (5) Pha ban đầu xác định từ công thức: tanẹ = AN PQ + QO A, sincp, + A , sincp, == - - - - - = — ! n_LA J ON OM -t-M N A, coscpi-t-A, COSCP2 ( 6) Độ lệch pha hai dao động Xét hai dao động điều hoà có phưcmg trình: [x, = A, cos(cot-I-cpi) [xj = A, cos(cot -i-cp,) Độ lệch pha hai dao động là: Acp = (cot -I- cp,) - (cot -f CP2) = cpi - cp, - Neu: Acp > => CP| > CP2 , dao động sớm (nhanh) pha dao động - Neu: Acp < =5>CP| < cp^ dao động trễ (chậm) pha dao động - Neu Acp = 2k7i, hai dao động đồng pha, biên độ dao động tống họp đạt giá trị cực đại: A„,ax = A ,+ A , - Neu Acp = (2k + 1)71, hai dao động ngược pha, biên độ dao động tổng hợp đạt giá trị cực tiểu: A„„„ = |A ,- A 2| - Nếu Acp = (2k 4-1) —, hai dao động vuông pha, biên độ dao động tổng họp: a 10 = ÃỊTÃ Ị Chú ý: + Xét sóng cầu truyền từ nguồn điểm, lượng sóng truyền phân bố cho phần tứ nằm diện tích cúa mặt cầu, lượng sóng điểm cách nguồn khoảng R thoả mãn; * A2 = —p A 0) Er = — 4tĩR- ER ~ J^2 An R + Xét sóng phăng truyền từ nguồn điểm, lượng sóng truyền phân bố cho phần tử nằm chu vi đường tròn, lượng sóng điếm cách nguồn khoáng R thoá mãn: =■ ^ D E , 2txR R PA’m\ + Nếu sóng có dạng nguồn điếm, lan truyền đường thẳng theo phương, trưòng hợp lí tưởng, lượng biên độ sóng không đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sóng Bài 2: Phương trình sóng giao thoa sóng Phương trình sóng a Phương trình sóng Phương trình nguồn sóng thường viết dạng: Up - p acoscot 2n acos— T— t = acos27ĩit Phương trình sóng M cách nguồn p khoảng d: Sóng M nhận thời điểm t phát từ nguồn p thời điểm t - At u‘^’ =Up'''* = acos2Kf(t - At) = acos27if(t- —) V = acos27i(ft - f — ) = acos2Ti(ft - —) A Í X b Tính chất sóng - Tính tuần hoàn theo thời gian: Sau khoảng thời gian bàng chu kì T, tất điếm sóng lặp lại trạng thái dao động ban đầu nghĩa toàn sóng có hình dạng cũ - Tính tuần hoàn theo không gian: Những điếm phương truyền sóng cách khoảng bàng số nguyên lần bước sóng dao động pha 196 Giao thoa sóng học a Thí nghiệm Sơ đồ hình vẽ hai bi |, O2 gắn cần rung đàn hồi với tần số f Mỗi lần dao động, hai bi chạm nhẹ vào bề mặt chất lỏng trở thành hai nguồn tạo gọn sóng đồng tâm lan toả vào Khi ổn định, bề mặt chất lỏng xuất nhũng vân dao động với biên độ lớn gọi vân cực đại nhũng vân dao động với biên độ nhỏ gọi vân cực tiểu, vân tạo họ đường cong hypebol nhận hai nguồn Oi, O2 tiêu điểm b Giải thích - Hiện tượng xuất cực đại, cực tiếu giao thoa sóng kết họp không gian, chỗ sóng tới gặp nhau, đồng pha, tăng cường lẫn nhau, dao động với biên độ lớn (điếm cực đại), chỗ gặp ngược pha triệt tiêu lẫn dao động với biên độ nhỏ (điếm cực tiếu) Tập họp điểm cực đại cho ta vân cực đại, tập họp điếm cực tiếu cho ta vân cực tiểu - Điều kiện để có tượng giao thoa hai nguồn phát sóng phải hai nguồn sóng kết họp dao động phương + Hai nguồn dao động kết họp: hai nguồn có tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian + Sóng kết họp; sóng hai nguồn kết họp phát ra, hai sóng kết họp có tần số điếm hai sóng gặp có độ lệch pha không đổi theo thời gian c Thiết lập phương trình sóng tong hợp hai nguồn đồng pha Phương trinh sóng hai nguồn kết họp Oi; O2 có dạng: \ k=0 u = U qi = u„2 = a cos 27rft Phương trinh sóng M nguồn U2 Ui; truyền tới: ^ d ^ ' U|^I = acos27ĩ ft V ^ d ^ u ^^2 = acos27ĩ f t - ^ 197 Sóng tồng hợp M: f d ^ acos27i f t - ^ + acos27t U - i ì l Ằ, j l Ằ J í d ^ 2ttU 2n f t - ^ +271Í r - i V ^ J cos= 2acos- - i ì -2n f , - i V d, -d | p d|+d_, COS7T = 2acos27x ft 2Ầ V 2acos 7t V Ầ J COs 27T l 2X J = Acos(2:rft + cp) Trong đó: Biên độ dao động tổng họp: d, - d A = 2acos7ĩ- Tại M có dao động với biên độ cực đại khi: ^ d —d-j , d, d-j , 1 A = A,„ = 2a COS7T—! ^ = ±1 => TI - ^ = k7T = > d |-d , =kX „,ax X ■ x Những điểm có dao động cực đại điếm hai sóng kết họp gặp nhau, đồng pha tăng cường lẫn Những điểm có hiệu khoảng cách tới hai nguồn bàng số nguyên lần bước sóng - Tại M có dao động với biên độ cực tiểu khi: A = COS7Ĩ■ X ^ X = (2k + 1) - => d, - d , = (2k + 1) ' ' Những điểm có dao động cực tiểu điếm hai sóng kết hợp gặp nhau, ngược pha triệt tiêu lẫn Những điểm có hiệu khoảng cách tới hai nguồn bàng số nguyên lẻ lần nửa bước sóng Chú ý: Hệ thống vân cực đại cực tiểu cho ta họ đường cong hypebol làm tiêu điểm nên vân cực đại cực tiếu qua tiêu điểm trên, hai nguồn không xuất vân giao thoa 198 Bài 3: Hiện tipợng sóng dừng Thí nghiệm S đ n h h ìn h v ẽ , s ợ i d â y n h ẹ c ó k h ố i lư ợ n g k h ô n g đ n g k ể , k h ô n g c o g iã n c ó c h iề u d ài c, m ộ t đ ầ u d â y đ ợ c g a n v i â m t h o a d a o đ ộ n g , đ ầ u c ò n lại vắt qua ròn g rọc, b ên d i c ó gan c c cân nhàm th a y đ ố i lự c c ă n g c ủ a d â y K íc h th íc h đ ể â m th o a d a o đ ộ n g , k h i đ ó d â y h ìn h th n h n h ữ n g đ iể m d a o đ ộ n g v i b iê n đ ộ lớ n n h ất g ọ i đ iế m b ụ n g , n h ữ n g đ iể m đ ứ n g y ê n k h ô n g d a o đ ộ n g g ọ i đ iế m nút S ó n g c ó n h ữ n g n ú t v b ụ n g c ố đ ịn h tr o n g k h ô n g g ia n g ọ i s ó n g d n g Giải thích H iệ n tư ợ n g x u ấ t h iệ n n h ữ n g n ú t v b ụ n g d o s ự g ia o th o a c ủ a h s ó n g k ế t h ợ p K hi k íc h th íc h â m th o a d a o đ ộ n g , đ iể m | trở th n h n g u n p h t s ó n g tớ i tr u y ề n đ ế n đ ầ u c ố đ ịn h O T i O , s ó n g b ị p h ả n x n g ợ c trở lạ i, s ó n g tớ i v s ó n g p h n x th o ả m ã n h s ó n g k ết h ợ p n ê n c h ú n g g ia o th o a đ ợ c v i n h a u N h ữ n g c h s ó n g g ặ p n h a u , đ n g p h a , tă n g c n g lẫn n h a u đ ó d a o đ ộ n g v i b iê n đ ộ lớ n n h ấ t tạ o đ iể m b ụ n g N h ữ n g c h s ó n g g ặ p n h a u , n g ợ c p h a triệt tiê u lẫn n h a u , đ ó d a o đ ộ n g v i b iê n đ ộ n h ỏ n h ấ t, c h o ta đ iể m nút Thiết lập phiroìig trình sóng dừng P h n g trìn h s ó n g n g u n | : U(^,| = a c o s n f t P h n g trìn h s ó n g O d o n g u n ] tr u y ề n tớ i: U(J2| = a c o s n f ( t - A t) = a c o s 2n Ũ - - Đ iề m O trớ th n h n g u n p h t s ó n g p h ả n x , O n ú t s ó n g n ê n s ó n g p h ả n x n g ợ c p h a v i s ó n g tới: Uy, = -U q2| = -acos27i Ũ -L X X é t đ iể m M c c h O i m ộ t k h o ả n g d |, c c h O m ộ t [ khoảng d2 : S ó n g M d o n g u n | tr u y ề n đ ến : di p d2 A Ằ d ^ U mi = a c o s T t | S ó n g p h ả n x M d o n g u n O tr u y ề n đ ến : u ^,2 = - a c o s T V X X S ó n g t ổ n g h ợ p M : 199 acos27T Um =Umi+U m2 í d f t - ^ l 2ft = -2asin 271- í c X ( X f ^ d ^ d ^ Xỵ 2n í f - i ì - 271 l l "X) X X ) c -t-d, -d | d| + d2 + c -sin 2rt- 2í C+ d2 -t-d| - d | X sin27i- u,^ =-2asin27i f, £ sin 2tĩ X = 2asin 2n -acos2rc X) 2n ft - L + 2n ^V = - 2asiri' V 2ft = - 2asin 271- ^ \ 2f - 2d, 2X 2asin27r / sin 27ĩ í f t - - ì l x) c \' sin27ĩ í t - - Ầ 2, Đặt biên độ dao động tổng hợp: A = 2asin27i - Diều kiện có sóng dừng đầu sợi dây: Để có sóng dừng hai đầu sợi dây biên độ dao động tống hợp Oi phải bàng 0: Ani = =ỉ> sin 2ti = => — = kTT => t = k — - Khi có sóng dừng hai đầu dây: + Điều kiện để A có dao động với biên độ cực đại A = A,^^^ = 2a khi: sin 2ti-^—^ = ±1 Ầ =>d| = í - ( 2m -I- n - —^ X = (2m + l)— => f - d | = ( 2m-t-l)-^ ' ^ = k - ^ -( 2m-l-l)-^ = [2k - ( 2m = > d | u = (2n-i-l) — Điều kiện để A có dao động với biên độ cực tiểu A = A,^ị„ =0 khi: (-d| f-d| sin27i - ^ = => 2tĩ^— ^ = m7i X X =>d, = t - m —= k —- m —= k - m ) — 2 ^ ■'2 ^ - d| : d| = n Chủ ỷ: - Khi có sóng dìmg dây, khoảng cách hai điếm nút liên tiếp gọi bó sóng, khoảng cách bàng khoảng cách hai điểm bụng cạnh nứa bước sóng (—) 200 Các điểm nàm bó sóng dao động tần số đồng pha biên độ sóng điểm cách điểm nút đoạn X tính theo biểu thức A = 2asin27r- X - Khi có sóng dừng, ngoại trừ điểm nút đứng yên không dao động dây chi tồn hai loại điểm đồng pha với ngược pha với điểm lại Các điểm nằm bó sóng dao động đồng pha lại ngược pha với điểm nằm bó sóng liền kề với - Thời gian liên tiếp hai lần sợi dây duỗi thắng liên tiếp nửa chu kì dao động, mồi phần từ dây dao động từ vị trí cân bàng (ứng với thời điểm dây duỗi thăng lần thứ nhất) tới biên lại trở vị trí cân bàng (ứng với thời điếm dây duỗi thẳng lần thứ hai) - Khi thiết lập công thức sóng dừng trên, ta chi tống họp sóng tới sóng phán xạ lần biên độ bụng sóng A = 2a Tuy nhiên, thực tế có phản xạ sóng liên tiếp nhiều lần hai đầu dây nên qua điểm đồng pha biên độ lại tăng cưòng thêm, kết thí nghiệm cho biên độ sóng dừng thường lớn hon 2a nhiều - Có thể sử dụng hình vẽ để nhớ nhanh công thức sóng dừng sau: Trường hợp có sóng dừng hai đầu sợi dây nút sóng Trường hạp đầu sợi dây điểm nút, đầu lại bụng sóng - Điều kiện chiều dài sợi dây: - Điều kiện chiều dài sợi dây: ( = k - ( k e N) ( = (2k + l ) - ( k e N) - Điều kiện để điểm sợi dây - Điều kiện đe điểm sợi dây bụng sóng: bụng sóng: , d,=(2k + l ) ^ ( k e N ) d, = k - ( k e N) - Điều kiện để điếm sợi dây - Điều kiện để điểm sợi dây nút sóng: nút sóng: d, = k - ( k eN) d, =(2k + l ) - ( k e N) Trong đó: d| khoảng cách từ điểm Trong đó: d| khoảng cách từ điểm xét tới nguồn phát sóng tới xét tới nguồn phát sóng tới 201 Bài 4: Sóng âm Khái niệm Sóng âm sóng lan truyền môi trường rắn, lỏng khí Sóng âm truyền chất lỏng chất khí sóng dọc, truyền chất rắn tồn sóng dọc sóng ngang Sóng âm tai người bình thường nghe có tần số từ 16Hz đến 20 000Hz Những âm có tần số lớn 20 000Hz gọi sóng siêu âm có tần số nhỏ 16Hz gọi sóng hạ âm Những đặc trưng vật lí âm a Tần số âm thanh: Là dao động mà tai người bình thường nghe được, giới hạn từ 16 đến 20000Hz b Vận tốc âm: Vận tốc truyền âm phụ thuộc tính đàn hồi, mật độ phần tử nhiệt độ môi trường Khi sóng âm truyền môi trưòng, tốc độ truyền âm không phụ thuộc vào tần số Những môi trường có tính đàn hồi mật độ phần tử lớn tốc độ truyền âm lớn Tốc độ truyền giảm dần môi trường chất rán, chất lỏng chất khí Khi nhiệt độ tăng, tính đàn hồi mật độ phần tự giám thực tế tốc độ truyền âm môi trương lại tăng phần tử môi trương có dao động nhiệt Nhiệt độ lớn, tốc độ biên độ dao động cùa mồi phần tử tăng cho khả truyền âm phần tứ môi trường diễn tốt c Năng lượng âm - Cường độ âm Mức cường độ âm Năng lượng âm: Cũng giống sóng học khác, sóng âm mang theo lượng tí lệ với bình phương biên độ dao động Cường độ âm: Là lượng sóng âm truyền qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian Cường độ âm kí hiệu I, đơn vị J w s.m‘ m Mức cường độ âm: Là đại lượng đặc trưng cho độ to hay nhở âm đo biếu thức: L = Ig —(B) Trong I|) = 10 w /m “ cường độ âm chuẩn (có tần số f = 1000Hz) ^0 ngưỡng nghe Những đặc trưng sinh lí âm: a Độ cao âm: Là đặc tính sinh lí phụ thuộc vào tần số âm, âm có tần số lớn nghe cao, âm có tần số nhỏ nghe trầm b Độ to âm: Phụ thuộc vào mức cường độ âm tần số âm Âm có mức cường độ lớn nghe to ngược lại Chú ỷ: - Với âm có mức cường độ âm tần số lớn nghe to (càng rõ) - Với tai người thông thường cảm nhận thay đổi độ to âm có thay đổi mức cường độ 0,1B = lOdB 202 Ngưỡng nghe: Khi giảm dần mức cường độ âm tới giới hạn định, tai bẳt đâu không cảm nhận âm phát nữa, giới hạn bé gọi ngưỡng nghe Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm, với âm chuẩn có 1() =10“'"W /m", mức cường độ ngưỡng nghe OdB - Độ to âm ti lệ thuận với mức cường độ âm không tỉ lệ thuận mà phụ thuộc vào mức cường độ âm Âm có cưÒTig độ lớn mức cường độ lớn nghe to Chú ỷ: Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số, với âm có tần số từ lOOOll/ đến 1500Hz, ngưỡng nghe khoảng OdB, dao động âm có tần số giới hạn có ngưỡng nghe lớn OdB Tiếng nói người thông thường có tần số từ 200 đến 1000 Hz, tiếng nói chuyện bình thường có mức cường độ khoảng 40dB có giới hạn gây ngưỡng nghe thường lớn OdB Ngưỡng đau: Khi tăng dần mức cường độ âm tới giới hạn định, tai bắt đầu cảm thấy đau nhói, giới hạn lÓTi gọi ngưỡng đau Với âm chuẩn có Iq=10"'"W/m^, mức cường độ ngưởng đau 130dB, ngưỡng đau thường không phụ thuộc vào tần số âm Chủ ý: Điều kiện cần cúa dao động mà tai người nghe tần số phải có giới hạn từ 16Hz tới 20000Hz Điều kiện cần đủ để tai người nghe âm âm phải có mức cường độ nằm phạm vi từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau Với âm chuấn, tai người chi nghe âm có mức cường độ từ 10 '■w / m' -í-10w / m" tương ứng với mức cường độ từ OdB -r 130dB c Âm sắc: Là đặc tính sinh lí phụ thuộc vào biên độ, (hoặc li độ) tần số cấu tạo hoạ âm, nói cách khác âm sắc phụ thuộc vào dạng đồ thị dao động âm Khi nhạc cụ khác tấu lên nhạc với độ cao ta phân biệt tiếng nhạc cụ do: Mặc dù có tần số li độ biên độ dao động nhạc cụ lại khác nhau, làm cho màng nhĩ dao động với tính chất khác nhau, tai cảm nhận âm khác phân biệt âm nhạc cụ phát chúng có tần số (cùng độ cao) d Nhạc ăm, tạp âm Nhạc âm dao động âm phát có tính tuần hoàn với tần số xác định, làm người nghe có cảm giác êm dễ chịu Những dao động tính chất tuần hoàn gọi tạp âm Nguồn âm thường dùng thực tế dây đàn hai đầu cố định ống sáo đầu kín đầu hở Óng sáo loại kèn thực tế thường có đầu kín, đầu hở, thổi luồng khí vào đầu ống xảy tượng giao thoa sóng tới sóng phản xạ hai đầu ống tạo sóng dừng Khi chiều dài ống bàng số nguyên lẻ lần phần tư bước sóng đầu kín nút sóng, đầu hở bụng sóng, âm nghe to 203 Trong số trường hợp đặc biệt, nguồn âm sợi dây đầu cố định, đầu tự ống hai đầu hở So sánh tính chất sóng dừng mồi nguồn ta có bảng sau: Sợi dây hai đầu cố định ống sáo hai Sợi dây đầu cố định đầu tự ống sáo đầu tự đầu kín, đầu hở -X XỊ /= (2k + l ) | l= k ị 2f ( = (2k + l) ^ = (2k + l ) ^ : ^ f = (2k + l ) ^ 2í Với k = 1, nhạc cụ phát họa âm Với k = nhạc cụ phát họa âm có tần ' V có tân sô: f.ị, = f 1= — số f,|, cb = f|1= — 4^ k Họa âm cb n k 2fcb 3fcb nfcb Họa âm Ket luận: ống sáo hai đầu hở sợi dây hai đầu cố định phát âm bán họa âm bang số nguyên lần họa âm f =— 4( ■ n 3fcb 53feb (2n+l)f,h Kết luận: Ồng sáo đầu kín đầu hở sợi dây đầu cố định đầu tự phát âm họa âm số nguyên lé lần họa âm bán Chú ý: - Vận tốc truyền sóng dây phụ thuộc lực căng T khối lượng đơn vị độ dài soi dây p theo công thức: V= 1— Vì vây đê thay đôi tân sô âm dây, người ta thay đổi lực căng sợi dây Mỗi dây đàn lực căng xác định đồng thời phát âm họa âm bậc cao với tần số số nguyên lần âm bản, tổng hợp dao động ta dao động tuần hoàn phức tạp với tần số tần số âm Khi hai nhạc cụ phát âm họa âm khác âm tổng hợp nhạc cụ phát có tần số (cùng độ cao) li độ, biên độ đồ thị dao động khác nên đồ thị dao động khác nên âm sắc khác - Đe thay đối tần số âm ống sáo đầu kín đầu hớ người ta thay đối chiều dài ống, với ống sáo có chiều dài lớn tần số phát nhỏ, âm phát trầm ngược lại 204 e Hộp cộng hưởng Mồi nhạc cụ thường gắn với hộp rồng có kích thước hình dạng khác gọi hộp cộng hưỏng Hộp cộng hưởng vừa có tác dụng tăng cường cường độ âm bán họa âm khiến cho dao động âm tổng họp r a = 8cm Vỉ du 5: Một thuyền máy chuyển động mặt nước theo phương truyền sóng Khi thuyền chuyển động ngược chiều với sóng tần số đinh sóng đập vào mũi thuyền 8Hz Khi thuyền chuyển động chiều với sóng tần số đỉnh sóng đập vào mũi thuyền 5Hz Biết bước sóng X = 2m tốc độ thuyền lớn tốc độ sóng Tìm tốc độ thuyên sóng? ^ Ịv.r =13(m/s) ^ |v., = 12(m/s) Ịv5=3(m/s) ^ | v r =l Um/ s ) Ịv = (m/s) | v5=3(m/ s) D v.^ =9(m/s) v^ = 5(m/s) Huớng dẫn giải Gọi v.^, V5 tốc độ cúa thuyền sóng, ta có: * Xét trườne hơp thuyền nsu'ffc chiều truyền són2: Chu kì đinh sóng đập vào mũi thuyền: T,, = —= —= 0,125(s) f Tốc độ tương đối sóng thuyền: + v,^ Quãng đường tương đối thuyền sóng tiến lại gần sau chu kì va chạm: s = Y^T^ = (v.^ + v^)0,125 = = 2m => V., + Vs = 16(m/ s) * Xét trườns hơp thuyền xuôi chiều truyền sóns: Chu kì đỉnh sóng đập vào mũi thuyền: T^ = —= = 0,5(s) Tốc độ tương đối sóng thuyền: = v.^ - Vj; Quãng đường tương đối thuyền sóng tiến lại gần sau mồi chu kì va chạm: s = V^T^ = (v^ - v^)0,2 = X = 2m => Vp - V5 = 10(m / s) j vp+Vj j =16 Ta hệ phương trinh: I - Vs v^ = 10 ^ ÍVp=13( m/ s) I v^ = (m / s) Ví du 6: Một thuyền máy chuyển động mặt nước theo phương truyền sóng Khi thuyền chuyển động ngược chiều với sóng giây đỉnh sóng đập vào mũi thuyền lần Khi thuyền chuyển động chiều với sóng giây đinh sóng đập vào mũi thuyền lần Biết bước sóng X = 2m tốc độ thuyền lớn tốc độ sóng Tìm tốc độ thuyền sóng? 'v.p =13(m/s) ÍVp=12(m/s) [ V-| = 11 (m / s) Ịv5=3(m/s) Ịv^=2(m/s) [v5=3(m/s) D V., = 9( m / s ) 1V = 5(m/s) Hướng dẫn giải Gọi V , Vj tốc độ thuyền sóng, ta có: * Xét trườn2 liơp thuyền n2ươc chiều truyền sóns: Trong giây đinh sóng đập vào mũi thuyền lần, lần có chu kì va chạm nên tần số va chạm f = 7Hz Chu kì đinh sóng đập vào mũi thuyền: T,J = —= —(s) 209 Tốc độ tương đối sóng thuyền: Quãng đường tương đối thuyền sóng tiến lại gần sau mồi chu kì va chạm: s= = (Vj + v^)—= X= 2m Vy + Vjị = 14(m /s) * Xét trưòm hffp thuyền xuôi chiều truyền sóns: Trong giây đỉnh sóng đập vào mũi thuyền lần lần dó có chu kì va chạm nên tần số va chạm í' = 4Hz Chu kì đinh sóng đập vào mũi thuyền: T.J = —= —= 0,25(s) Tốc độ tương đối sóng thuyền: = v^ - Vj Quãng đường tương đối thuyền sóng tiến lại gần sau mồi chu kì va chạm: s = V^T^ = (v^ - Vj;)0,25 = Ầ = 2m => v.| - Vj = 8(m /s) JV| +V^ = 14 ív-, =1 l (m/ s) Ta hệ phương trình: | v , | _ V s - ^ | v s = ( m / s ) Vỉ du 7: Một nguồn phát sóng học dao động với phương trình Uị, = Acos(—t+ (p)cm Coi biên độ sóng không đổi trình sóng truvền Xét thời điếm ti điếm M phương truyền sóng cách nguồn phát sóng khoáng d qua vị trí có li độ a V"' ĩ ' , L1= —“ Cm theo chiều âm Tim li độ chiều chuyến động cúa diêm M sau thời điểm 10,5s? A^/2 A Chất điểm qua vị trí có li độ u = —— cm theo chiều âm A B Chất điểm qua vị trí có li độ u = —cm theo chiều dương C Chất điểm qua vị trí có li độ u = —cm theo chiều âm A\/2 I) Chất điếm qua vị trí có li độ u = ■ em theo chiều dương Hưởng dẫn giải Giả sứ phương trình sóng diêm M là: Uj^ = Acos(—t + cp')cm 71 7T Ta có Acp = co.t = —.10,5 = 271 + 71+ -^ Từ vòng tròn suy thời điếm ti =t| +10.5s điểm M qua vị trí có li độ u = —cm theo chiều dương 210 ... động thuận lợi việc ôn tập môn Vật lí, chuẩn bị tốt cho kì thi TH PT Quốc gia, tác giả biên soạn sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật lí theo chủ đề Bộ sách gồm tập có nội dung bám... tÌLTỚNC DẪN ÔN L U Y Ệ N THI THPT QUỐC C IA M ÔN V Ậ T LÍ T H E O CHỦ Đ Ể TẬP1 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LỜI N ÓI Đ Ầ U Nhằm giúp em học sinh THPT, đặc biệt em học sinh lớp 12 chủ động... lí thuyết tập trọng tâm Các tập chọn lọc giúp em thực hành phương pháp giải học, đồng thời tổng quát lại toàn kiến thức chủ đề Tác giả hi vọng sách Hướng dẫn ôn luyện thi THPT Q uốc gia môn Vật