Title CHỦ ĐỀ 13 - BÀI TẬP VỀ SÓNG - HS.docx ✅

BÀI 13 – BÀI TẬP VỀ SÓNG I . TÓM TẮT LÝ THUYẾT – PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1. SÓNG VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG - Sóng là dao động lan truyền trong không gian theo thời gian. Khi sóng cơ truyền đi, phần tử môi trường không truyền theo phương truyền sóng mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó. - Dựa vào mối liên hệ giữa phương truyền sóng và phương dao động, sóng được phân làm 2 loại: + Sóng dọc là sóng có các phần tử dao động theo phương truyền sóng. + Sóng ngang là sóng các phần tử dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. - Các hiện tượng đặc trưng của sóng : phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa. 2. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG - Bước sóng λ là quãng đường sóng truyền đi được trong 1 chu kì dao động T. .vT Trong đó v là tốc độ lan truyền sóng. Tốc độ truyền sóng trong không gian là hữu hạn và phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng như mật độ môi trường, tính đàn hồi, nhiệt độ, áp suất. - Trên cùng một phương truyền sóng, các điểm dao động cùng pha với nhau cách nhau: k λ và các điểm dao động ngược pha với nhau cách nhau 1 () 2k với k là một số nguyên (0,1,2,...)k - Cường độ sóng I là năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. . EP I StS  Với S là diện tích mà năng lượng sóng E truyền qua trong một thời gian t hay công suất sóng E P t  . Trong hệ SI, cường độ sóng có đơn vị W/m 2 . - Phương trình truyền sóng thep trục ox là 22 cos()uAtx T   3. SÓNG ĐIỆN TỪ - Sóng điện từ là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên lan truyền trong không gian dưới dạng sóng với tốc độ trong chân không bằng c=3.10 8 m/s. - Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ. Bước sóng của ánh sáng có tần số f trong chân không c f
- Thang sóng điện từ cho biết dãy bước sóng và dãy tần số ứng với các loại bức xạ khác nhau. 4. GIAO THOA SÓNG - Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp gặp nhau, tăng cường nhau hoặc làm suy yếu nhau tại một số ví trí trong môi trường. Điều kiện để có giao thoa là phải có sự kết hợp của hai nguồn sóng dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. - Trong môi trường truyền sóng, khi hai nguồn dao động cùng pha, những điểm có khoảng cách đến hai nguồn lần lượt là d 1 và d 2 sẽ dao động với biên độ cực đại khi: 21ddk và dao động với biên độ cực tiểu khi 21 1 () 2ddk với k là một số nguyên (0,1,2,...)k - Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng xuất hiện các vạch sáng (biên độ cực đại) xen kẽ những vạch tối ( biên độ cực tiểu) khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau. - Khoảng cách giữa hai vân sáng ( hoặc hai vân tối) liên tiếp được gọi là khoảng vân, kí hiệu là i D i a   Với λ là bước sóng của ánh sáng, a là khoảng cách giữa hai khe, D là khoảng cách từ 2 khe đến màn quan sát. Trên màn quan sát, vị trí vân sáng: sxki Vị trí vân tối: 1 2txki    với k là một số nguyên (0,1,2,...)k 5. SÓNG DỪNG - Sự giao thoa của hai sóng kết hợp truyền ngược chiều nhau trên cùng một phương, tạo thành các bụng sóng ( các điểm dao động với biên độ cực đại ) xen kẽ với các nút sóng ( các điểm đứng yên). Bụng sóng và nút sóng xen kẽ và cách đều nhau. Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp là 2  . - Vị trí các bụng sóng đối với một đầu cố định của dây: 1 ()(0,1,2,..) 22dkk  - Vị trí các nút sóng đối với 1 đầu cố định của dây: (0,1,2,..) 2dkk 
Phương pháp giải DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG CƠ - Chu kì (T), vận tốc (v), tần số (f), bước sóng (λ) liên hệ với nhau: 11 ;;.;vs fvTv fTft   với Δs là quãng đường sóng truyền trong thời gian Δt - Quan sát hình ảnh sóng có n ngọn sóng liên tiếp thì có n - 1 bước sóng. - Số lần nhô lên trên mặt nước là N trong khoảng thời gian t giây thì chu kì t T Nt  VÍ DỤ 1. Một vật dao động điều hòa với phương trình x2cos2t 6     (cm). Xác định biên độ, chu kì, tần số và pha ban đầu. Hướng dẫn giải: 2 2;2(/);1();() 226AcmradsfHzrad     VÍ DỤ 2: Một sóng cơ truyền trên một sợi dây đàn hồi rất dài. Phương trình sóng tại một điểm trên dây: u = 4cos(20t - .x 3  ) (m).Với x: đo bằng met, t: đo bằng giây. Tìm tốc độ truyền sóng trên sợi dây. Hướng dẫn giải: Từ phương trìn truyền sóng, ta xác định được:  2022 0,1() 202 6(m)3 Ts          Tốc độ truyền sóng trên dây là: 6 60/ 0,1vms T   VÍ DỤ 3: Tại một điểm trên mặt chất lỏng có một nguồn dao động với tần số 120 Hz, tạo ra sóng ổn định trên mặt chất lỏng. Xét 5 gợn lồi liên tiếp trên một phương truyền sóng, ở về một phía so với nguồn, gợn thứ nhất cách gợn thứ năm 0,5 m. Tốc độ truyền sóng là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: 5 gợn lồi liên tiếp: 0,5 (1)0,5(51)0,125 4Lnm Tốc độ truyền sóng: .0,125.12015(/)vfms
DẠNG 2: CƯỜNG ĐỘ SÓNG - Cường độ sóng I là năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. . EP I StS  Trong đó E P t  là công suất của sóng (W) S là diện tích mà năng lượng sóng truyền qua trong một khoảng thời gian Δt (m 2 ). Với sóng cầu thì S = 4πR 2 E là năng lượng sóng (J) - Đơn vị cường độ sóng: W/m 2 VÍ DỤ 1: Biết cường độ ánh sáng của Mặt Trời đo được tại Trái Đất là 1,37.10 3 W/m 2 và khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất là 1,50.10 11 m. Hãy tính công suất bức xạ sóng ánh sáng của Mặt Trời. Hướng dẫn giải: 326 1121,37.103,87162.10() 4(1,5.10) PP IPW S VÍ DỤ 2: Một còi báo động có kích thước nhỏ phát sóng âm trong môi trường đồng chất, đẳng hướng. Ở vị trí cách còi một đoạn 15m, cường độ sóng âm là 0,25 W/m 2 . Xem gần đúng sóng âm không bị môi trường hấp thụ. Ở khoảng cách nào từ vị trí của còi thì sóng âm có cường độ bằng 0,010 W/m 2 ? Hướng dẫn giải: Vì nguồn âm được xem như một điểm nên cường sộ sóng âm trên một mặt cầu có diện tích S = 4πr 2  là như nhau, r là bán kính mặt cầu (khoảng cách từ điểm đang xét đến còi). Tại vị trí r 1  = 15 m và r 2 , ta có 22 122 1222222 1221 0,25 ;75() 440,01015 IrrPP IIrm rrIr Vậy ở khoảng cách 75m tính từ vị trí của còi thì sóng âm có cường độ bằng 0,010 W/m 2