CHƯƠNG 2:SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM I) 1 SÓNG TRUYỀN TRONG 1 MT 1)Các đ/n: a)Sóng cơ học:Là những dao động lan truyền theo thời gian trong 1 môi trường b)Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động ,các phần tử vật chất không được truyền đi mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng c)Sóng cơ học không truyền được trong chân không chỉ truyền được trong môi trường rắn ,lỏng,khí 2)Phân loại sóng:Có 2 loại a)Sóng dọc: -K/n:Có phương dao động của các phần tử của môi trường trùng với phương truyền sóng -VD: sóng âm -Môi trường truyền sóng dọc: Trừ chân không b)Sóng ngang: -K/n:Có phương dao động của các phần tử của MT vuông góc với phương truyền sóng -Như sóng điện từ,sóng truyền trên mặt nước -MT truyền sóng ngang: chỉ truyền trong chất rắn trừ sóng truyền trên mặt nước 3)Các đại lượng đặc trưng của sóng: 5đại lượng a)Biên độ ,chu kì(tần số), năng lượng của sóng :là của phần tử dao động của MT khi có sóng truyền qua -Năng lượng sóng : Tỉ lệ thuận với A 2 và f 2 - Chu kì T: bằng chu kì dao động của nguồn b)Tốc độ lan truyền sóng: -K/n:Là tốc độ lan truyền dao động -Tốc độ truyền sóng +trong 1 MT: là không đổi +Khi sóng truyền từ MT này sang MT khác thì tần số(chu kì sóng) không đổi nhưng tốc độ lan truyền( và bước sóng) thay đổi +Tốc độ lan truyền sóng phụ thuộc vào tính chất của môi trường,nhiệt độ c)Các cách đ/n bước sóng: λ -Khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha -Quãng đường sóng truyền được trong 1 chu kì -Khoảng cách giữa 2 đỉnh hoặc 2 hõm sóng liền nhau * Hệ quả: -Những điểm cách nhau một số nguyên lần bước sóng trên phương truyền sóng thì dao động cùng pha -Những điểm cách nhau số lẻ lần nửa bước sóng trên phương truyền sóng thì dao động ngược pha -K/c:giữa 2 điểm gần nhau nhất dao động ngược pha là λ/2 4)Các công thức: a) Mối liên hệ giữa ω ,T ,f ω =2π f= 2π /T (1) b) Khi sóng truyền trong 1 MT 1 λ =v.T=v/f (2) c)Phương trình sóng tại điểm M cách nguồn sóng 1 khoảng x -Khi PT sóng tại nguồn có phương trình là u 0 (x,t)= Acos (ω t +φ ) u M (x,t)= Acos( ω (t- v x )+φ ) = Acos ( ωt –ω x/v +φ )= Acos(2π ( t/T – x/λ)+ φ ) (3) x,λ : cùng đơn vị: cm,m t,T: cùng đv :s u,A: cùng đv: mm,cm,m d) Độ lệch pha giữa 2 điểm trên phương truyền sóng cách nhau khoảng d ∆ φ = 2π d/λ d=M0-N0 (0 là nguồn phát sóng) 5)Sóng âm-cảm giác âm a)Sóng âm:Là những sóng cơ (dọc) truyền trong MT khí,lỏng ,rắn -tần số của sóng âm :là tần số của âm b)Nguồn âm: Là các vật phát ra âm c)Sóng âm gồm 3 loại -Âm nghe được(âm thanh): +Những sóng âm mà tai con người có thể cảm nhận được +Tần số : f từ 16Hz đến 20000Hz -Sóng siêu âm:Sóng cơ học có tần số lớn hơn 20000Hz.Tai người không cảm thụ được.Dơi dơi, voi ,chó…có thể phát ra và cảm thụ sóng siêu âm -Sóng hạ âm:là những dao động cơ họccó tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm.Tai người không cảm thụ được d)Sóng siêu âm ,hạ âm ,âm thanh có bản chất vật lí giống nhau chỉ khác tai người không cảm thụ được sóng siêu âm và hạ âm 6)Sự truyền âm -Vận tốc âm a)Sóng âm truyền được trong các môi trường rắn lỏng khí.Không truyền được trong chân không b)Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi của MT mật độ môi trường và cả nhiệt độ môi trường 7)Nhạc âm -tạp âm a)Nhạc âm: Âm có tần số xác định b)Tạp âm: Âm có tần số không xác định 8)Những đặc tính vật lí và sinh lí của nhạc âm: 3 a)Những đặc tính vật lí của âm:tần số(chu kì) ,cường độ hoặc mức cường độ âm, đồ thị dao động của âm -Cường độ âm: +Là đại lượng đo bằng NL mà sóng âm tải qua 1 đv diện tích đặt tại điểm đó vuông góc với phương truyền sóng trong 1 đv thời gian + I=P/S Với I là cường độ âm tại điểm đang xét: W/m 2 P là công suất của nguồn âm : W S:Diện tích :m 2 *Khi nguồn âm là nguồn điểm thì sóng phát ra có dạng hình cầu với tâm là nguồn âm và R là khoảng cách từ nguồn âm đến điểm đang xét 2 S=4π R 2 +Đv: W/m 2 -Mức cường độ âm: +BT: 0 lg10)( I I dBL = Với I 0 =10 -12 W/m 2 ứng với âm có tần số 1000Hz +Đv :B(Ben) -Đồ thị dao động của âm:Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các hoạ âm +Âm cơ bản: f 0 : hoạ âm thứ nhất +Hoạ âm: Khi 1 nhạc âm phát ra âm cơ bản f 0 thì đồng thời cũng phát ra các hoạ âm 2f 0 ;3f 0 . +Các nguồn âm khác nhau cho số lượng và biên độ của các hoạ âm khác nhau →đồ thị dao động âm của các nguồn âm khác nhau (kể cả khi có cùng tần số) b)Những đặc tính sinh lí của âm: Độ cao, độ to, âm sắc -Độ cao âm: +là 1 đặc tính sinh lí của âm gắn liền với tần số: + âm có tần số lớn là âm cao, âm có tần số thấp là âm trầm -Độ to âm :Là 1 đặc trưng sinh lí của âm dựa trên mức cường độ âm +Ngưỡng nghe:Là giá trị cường độ âm nhỏ nhất mà tai ta có thể cảm thụ được.Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số +Ngưỡng đau:Là giá trị của cường độ âm I=10W/m 2 (L=130dB)gây ra cảm giác nhức nhối đau đớn trong tai +Miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau:Miền nghe được -Âm sắc:Là 1 đặc tính sinh lí của âm giúp ta phân biệt âm do các nguồn phát ra. dựa trên đồ thị dao động âm Can cứ và âm sắc xác định được âm do 2 nhạc cụ phát ra cả khi 2 nhạc cụ có cùng tần số 9)Cường độ âm:Là NL được sóng âm truyền trong 1 đv thời gian qua 1 đv diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm 10)Nguồn âm-Hộp cộng hưởng a)Nguồn âm:nguồn phát ra âm thanh -Có 2 nguồn nhạc âm chính: dây đàn và các cột khí của ống sáo b)Hộp cộng hưởng:Là 1 hộp rỗng có khả năng cộng hưởng với nhiều tần số khác nhau và tăng cường những âm có tần số đó II)HIỆN TƯỢNG GIAO THOA SÓNG 11)Nguồn kết hợp-sóng kết hợp a) Hai nguồn kết hợp :cùng tần số và cùng phương hoặc có độ lệch pha không đổi theo tg -Hai sóng kết hợp : Do 2 nguồn kết hợp sinh ra ( 2 sóng có cùng tần số ,cùng phương hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian) -Khi cho từ 2 hay nhiều sóng kết hợp gặp nhau sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa 12) Hiện tượng giao thoa sóng :là hiện tượng 2 sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn tăng cường ,có những điểm ở đó chúng luôn triệt tiêu nhau -Các điểm dao động với biên độ cực đại (cực tiểu) họp thành các hypebol với tiêu điểm S 1 S 2 : vân giao thoa→Vân gt cực đại →Vân giao thoa cực tiểu 13)Các công thức trong quá trình giao thoa: cho th 2 sóng phát ra từ 2 nguồn đồng bộ 3 1)Phương trình sóng tại điểm M(bất kì) trong vùng giao thoa cách 2 nguồn những khoảng d 1 ,d 2 u=2A λ π 12 cos dd − cos2π ( λ 2 21 dd T t + − ) (5) 2) Biên độ sóng tại M a=2A λ π 12 cos dd − (6) 3) Độ lệch pha giữa 2 sóng tại M cách 2 nguồn lần lượt là d 1 ,d 2 ∆ φ =2π (d 2 -d 1 )/λ (7) 4)Vị trí của cực đại giao thoa( Vân giao thoa cực đại) -Biên độ của điểm dao động với biên độ cực đại: a=2A -Đk để điểm M dao động với biên độ cực đại d 2 –d 1 =kλ =2k λ /2 (k thuộc Z) (8) hoặc ∆ φ =2k π -Bậc của vân giao thoa cực đại: + k=0:Vân trung tâm(vân chính giữa) :là đường thẳng trung trực của AB + k : Là bậc của vân 5) Vị trí của cực tiểu giao thoa -Biên độ của những điểm dao động với biên độ cực tiểu :a=0 -Đk để điểm M trong vùng giao thoa dao động với biên độcực tiểu: d 2 -d 1 =(2k+1)λ/2 (9) hoặc ∆ φ =(2k+1) π -Bậc của vân giao thoa cực tiểu: +Miền dương: Bậc của vân= k+1 +Miền âm : k : là bậc của vân -Quỹ tích các điểm dao động với biên độ cực đại ,bằng 0 tạo thành họ các hypebol xen kẽ với nhau 14)Trên S 1 S 2 : -Khoảng cách giữa 2 điểm gần nhất dao động với biên độ cực đại(cực tiểu): λ /2 -Khoảng cách gần nhất giữa 1 điểm dao động với biên độ cực đại và 1 điểm dao động với biên độ cực tiểu là :λ /4 15)Cách xđ số điểm dao động với biên độ cực đại trên S 1 S 2 =L -Số điểm dao động với biên độ cực đại : là số lẻ, là số giá trị của k(nguyên) thoả mãn -Tính cả 2 nguồn phát sóng -S 1 S 2 /λ ≤k≤ S 1 S 2 /λ -Số điểm dao động với biên độ cực tiểu(không tính với S 1 ,S 2 :Số giá trị của k thoả mãn bất phương trình -S 1 S 2 /λ -1/2 <k< S 1 S 2 /λ -1/2 k là số nguyên III)SÓNG DỪNG 16)Sóng dừng a)Sóng có những nút và bụng cố định trong không gian gọi là sóng dừng b)Sóng dừng được tạo thành do sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ cùng truyền theo 1 phương c)Nút sóng:Những điểm đứng yên trong vùng giao thoa 4 d)Bụng sóng:Là những điểm dao động với biên độ cực đại e)Pha của sóng tới và sóng phản xạ -Ngược pha tại điểm phản xạ:khi vật cản cố định -Cùng pha tại điểm phản xạ: khi vật cản tự do f)Khoảng cách giữa 2 nút và 2 bụng liền nhau bằng λ/2,khoảng cách giữa 1 nút và 1 bụng liền nhau trên phương truyền cách nhau khoảng λ/4 g)Sóng dừng được ứng dụng đế đo vận tốc sóng khi biết λ,f h)Khi tính chiều dài cuả sợi dây(Đk để có sóng dừng trên dây) khi có sóng dừng:Nên vẽ hình -2 đầu là nút: l=kλ/2 :k:Là số bụng; số nút= k+1 -1 đầu là nút và 1 đầu là bụng: l= (2k+1)λ/4 1+k= số nút=số bụng 17)Lưu ý 1 sóng truyền trong 1 môi trường Giao thoa sóng Sóng dừng Điểm dao động với biên độ cực đại -Gọi là đỉnh sóng hoặc là gợn sóng( sóng trên mặt nước) -Gọi là gợn hoặc điểm dao động với biên độ cực đại Gọi là bụng sóng hoặc điểm dao động với biên độ cực đại Khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng liên tiếp trên phương truyền là λ 2 gợn sóng liên tiếp trên S 1 S 2 là λ /2 Khoảng cách giữa 2 bụng sóng liên tiếp là λ /2 II) Bài tập Bài 1: Một sóng cơ học truyền trong 1 môi trường đàn hồi có phương trình là u=10cos(0,5πt –π x/600) ( mm) (x:cm,t:s) a)Tính biên độ b)bước sóng c)chu kì d)tần số của sóng e)Tính li độ sóng tại điểm A cách nguồn 60cm vào thời điểm t=1s Bài 2 Một người quan sát chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô cao 10 lần trong khoảng 36s. và đo được khoảng cách giữa 3 đỉnh sóng kề nhau bằng 20m a)Chu kì ,vận tốc ,bước sóng b) Độ lệch pha giữa 2 điểm trên phương truyền sóng cách nhau khoảng 12,5m c)Tính khoảng cách gần nhất giữa 2 điểm M,N trên phương truyền sóng .Biết sóng tại N sớm pha hơn sóng tại N góc π /6 d)Khoảng cách gần nhất trên phương truyền sóng giữa 2 điểm tại đó sóng vuông pha Bài 3: Trên sợi dây OA rất dài đầu A cố định đầu O dao động điều hoà theo phương trình 5 u=5 cos5π t (cm).Vận tốc truyền sóng trên dây là 24cm/s.GS trong quá trình truyền sóng biên độ sóng không đổi a)Tính khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động ngược pha b)Lập phương trình sóng tại điểm M cách O 1 khoảng là 2,4cm Bài 4 : Trên mặt thoáng của chất lỏng có 2 nguồn kết hợp A và B có phương trình dao động là u A =u B =2cos10π t (cm,s).Biết vận tốc truyền sóng là 3m/s. Tại điểm M cách A,B lần lượt là d 1 =15cm,d 2 =20cm.Tính a)Biên độ sóng tại M b) Độ lệch pha của 2 sóng tại M c)PT sóng tại M d)Tại điểm N cách 2 nguồn lần lượt là 10m và 7m là cực đại hay cực tiểu bậc mấy e)Tại điểm E cách 2 nguồn lần lượt là 3m và 0,9m là cực đại hay cực tiểu bậc mấy f)Tại điểm F cách 2 nguồn lần lượt là 3m và 2,1m Bài 5: Trong tn tạo vân giao thoa trên mặt nước người ta dùng nguồn dao động A,Bcó tần số f=40Hz.Tính vận tốc truyền sóng trên mặt nước trong các trường hợp sau a)Khoảng cách giữa 2 gợn sóng liên tiếp trên đường nối 2 tâm sóng là 10mm b)Tại điểm M thuộc 1 đường cực đại và cách A và B lần lượt là 12cm và 16cm .Giữa M và đường trung trực của AB -Không có cực đại nào khác -Có 2 đường dao động với biên độ cực tiểu -Có 3 cực đại c)Tính lại câu b nếu M ở trên thuộc 1 đường dao động với biên độ cực tiểu Bài 6: Một sóng âm có dạng hình cầu được phát ra từ 1 nguồn có công suất P=1W.Giả sử năng lượng phát ra được bảo toàn a)Tính cường độ âm và mức cường độ âm tại điểm cách nguồn âm 1 khoảng 1m b) Để mức cường độ âm tăng lên 2 lần phải tăng hay giảm khoảng cách từ nguồn âm đến điểm đang xét 1 đoạn bằng bao nhiêu? Tính cường độ âm khi ấy Bài 7: Trong tn về giao thoa sóng trên mặt chất lỏng 2 nguồn kết hợp S 1 ,S 2 cách nhau 10cm ,dao động với bước sóng 2cm. a)Tính số dao động cực đại và cực tiểu trên S 1 S 2 ?(Không tính 2 nguồn phát sóng) b)Phải tăng hay giảm S 1 S 2 1 đoạn ít nhất băng bao nhiêu để được hệ vân giao thoa ổn định.Tính số gợn hình hypebol dao động với biên độ cực đại ,cực tiểu khi ấy Bài 8: Một sợi dây dài 120cm đầu B cố định đầu A gắn với 1 nhánh của âm thoa dao động với tần số 40Hz . a)Biết đầu A nằm tại 1 nút .Vận tốc sóng truyền trên sợi dây là 32m/s.Tính số nút và số bụng sóng trên dây? b)Nếu tại A là 1 bụng sóng.Người ta đếm được trên dây còn 7 bụng sóng khác.Tính vận tốc sóng truyền khi ấy c)Nếu đầu A là 1 nút .ngoài ra trên AB còn 10 nút sóng khác.Xđ vận tốc tryền sóng khi ấy 6 Bài 9: Một người quan sát áp tai vào đường ray xe lửa . ở khoảng cách l=1235m ,một người dùng búa gõ mạnh lên đường ray .Người quan sát nghe được tiếng gõ trong đường ray trước khi nghe thấy tiếng gõ truyền trong không khí 3,5s Tính vận tốc truyền âm trong thép đường ray .Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330m/s Bài 10: Một sợi dây đàn có 1 đầu cố định 1 đầu nối vào nhánh của âm thoa .Khi âm thoa dao động với tần số 600Hz thì tạo ra sóng dừng trên dây có 4 điểm bụng và có biên độ 2mm,tốc độ truyền sóng trên dây là 400m/s a)Tính chiều dài của sợi dây ,coi đầu nhánh âm thoa là cố định b)Viết phương trình độ dời của dây theo toạ độ x và thời gian t Bài 11:Một người ngồi trên thuyền thấy thuyền dập dềnh lên xuống 15 lần trong vòng 28s. a)Tính chu kì của sóng b)Biết vận tốc lan truyền sóng là 3m/s.Tính bước sóng Bài 12:Người ta gây dao động ở đầu 0 của 1 sợi dây cao su căng thẳng theo phương vuông góc với sợi dây ,biên độ 2cm,chu kì 1,2s,sau 3s dao động truyền được 15m dọc theo dây a)Tính bước sóng b)Chọn gốc thời gian là lúc đầu 0 bắt đầu dao động theo chiều dương từ VTCB .Lập phương trình sóng tại M cách nguồn 1 khoảng 2,5m? III)PHẦN TRẮC NGHIỆM Câu 1: Trên phương truyền sóng những điểm cách nhau 1 số bán nguyên lần bước sóng thì? A.Dao động cùng pha với nhau B.Dao động ngược pha với nhau C.Dao động vuông pha với nhau D.Lệch pha nhau 1 góc π /4 Câu 2:Trong 1 môi trường truyền âm thì A.Sóng siêu âm 7 . tại nguồn có phương trình là u 0 (x,t)= Acos (ω t +φ ) u M (x,t)= Acos( ω (t- v x )+φ ) = Acos ( ωt –ω x/v +φ )= Acos(2π ( t/T – x/λ)+ φ ) (3) x,λ : cùng. nguồn những khoảng d 1 ,d 2 u=2A λ π 12 cos dd − cos2π ( λ 2 21 dd T t + − ) (5) 2) Biên độ sóng tại M a=2A λ π 12 cos dd − (6) 3) Độ lệch pha giữa 2 sóng