Title CHỦ ĐỀ 7 . MÔ TẢ SÓNG - GV.docx ✅

CHƯƠNG II – SÓNG CƠ HỌC Chủ đề 7 : MÔ TẢ SÓNG I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT – PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP 1. Khái niệm sóng cơ học - Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động cơ học trong môi trường vật chất đàn hồi. - Mỗi phần tử vật chất trong môi trường có sóng truyền qua sẽ dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng của phần tử vật chất đó. - Quá trình trình truyền sóng có là quá trình truyền năng lượng, truyền pha dao động,… nhưng không lan truyền các phần từ vật chất. 2. Các đại lượng sóng 2.1. Biên độ sóng: - Biên độ sóng là biên độ dao động của phần tử vật chất môi trường có sóng truyền qua. - Biên độ sóng là độ cao hay độ sâu của một ngọn sóng so với mức cân bằng. 2.2. Bước sóng: Chúng ta có thể nêu ra 2 khái niệm cơ bản về bước sóng: - Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha. - Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong mỗi chu kỳ. 2.3. Chu kỳ sóng: Chúng ta có thể nêu ra 3 khái niệm chu kỳ sóng: - Chu kỳ là thời gian sóng truyền được quãng đường dài một bước sóng trên cùng một phương truyền sóng. - Chu kỳ là khoảng thời gian để hai ngọn sóng liên tiếp chạy qua một điểm đang xét trên cùng một phương truyền sóng. - Chu kỳ sóng bằng với chu kỳ dao động của các phần tử vật chất nơi có sóng truyền qua. 2.4. Tần số sóng: Tần số sóng bằng với tần số dao động của các phần tử vật chất có sóng truyền qua. Chú ý: Chu kỳ và tần số không đổi khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác. 2.5. Tốc độ truyền sóng Tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền các dao động cơ học. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất môi trường truyền sóng. - Với sóng cơ học, tốc độ truyền sóng tăng dần khi đi từ môi trường khí, lỏng và rắn.
- Với sóng điện từ, tốc độ truyền sóng điện từ giảm dần khi đi từ môi trường chân không, khí, lỏng và rắn. 2.6. Cường độ sóng Cường độ sóng được xác định là năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị cường độ sóng là (W/m 2 ). P I S (W/m 2 ) 2.7. Các công thức liên hệ giữa tốc độ sóng v , bước sóng  , chu kỳ sóng T và tần số sóng f : Liên hệ giữa bước sóng và chu kỳ .vT Liên hệ giữa bước sóng và tần số v f 3. Sự lệch pha các phần tử môi trường trên phương truyền sóng 3.1. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động Một sóng cơ học có nguồn sóng tại O, sau mỗi một phần tư chu kỳ, sóng lần lượt truyền qua các điềm M, N, P. Sự truyền sóng và độ lệch pha các phần tử môi trường trên phương truyền sóng được minh họa qua hình 1.1a đến hình 1.1d. Trong hình 1a, sóng truyền từ ngồn O qua M. Pha dao động của nguồn O là 0()rad , pha dao động của M là 2   (rad). Nguồn sóng O sớm pha hơn điểm M một góc 2  . Trong hình 1b, pha dao động của nguồn O là 2  , pha dao động của M là 0()rad và của N là 2   (rad). Như vậy pha dao động của nguồn sóng O đã truyền qua M rời đến N. 0()rad O 2   M 2  0()rad M O N 2    2   0()rad N 2   O M P Hình 1.1a Hình 1.1b
Tương tự như hình 1a và hình 1b. Có thể đưa ra kết luận quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động. Nguồn sóng dao động sớm pha hơn điểm M góc 2  , sóng tại M sớm pha hơn sóng tại N góc 2  và sóng tại N sớm pha hơn sóng tại P góc 2  . 3.2. Độ lệch pha giữa hai điểm trên cùng một phương truyền sóng Hai điểm nằm trên cùng một phương truyền sóng cách nhau một khoảng x. Độ lệch pha giữa hai điểm được xác định theo công thức 2.x   - Hai dao động cùng pha khi: .2k hay .xk - Hai dao động ngược pha khi: 21k hay 1 . 2xk    - Hai dao động vuông pha khi: 21 2k  hay 1 . 22xk    Có thể rút ra được kết luận sau: Độ lệch pha giữa hai điểm liên tiếp Khoảng cách Cùng pha Ngược pha Vuông pha: Lệch pha 2   0()rad P 2   M N O Hình 1.1c Hình 1.1d
Lệch pha 4. Phương trình sóng Một nguồn sóng tại O dao động điều hòa theo phương trình: .cosOuat . trong đó: a là biên độ sóng u là li độ sóng  là pha ban đầu Sóng tại O truyền đến điểm M cách nguồn O một khoảng x. Khi đó phương trình sóng tại M có dạng: 2. .cos M x uat       Trong phương trình sóng ta dễ dàng chứng minh được: - Tốc độ truyền sóng: - Bước sóng: 5. Phương pháp giải các dạng bài tập Dạng 1: Vận dụng được công thức để giải các bài toán liên quan giữa các đại lượng sóng vào các bài toán quan sát các ngọn sóng truyền qua một vị trí. Dạng 2: Quan sát đồ thị sóng, từ đó xác định được chu kỳ, tần số và biên độ sóng. Qua đó xác định được tốc độ truyền sóng. Ví dụ 1 (Sách KNTT): Trên mặt hồ yên lặng, một người làm cho con thuyền dao động tạo ra sóng trên mặt nước. Thuyền thực hiện 24 dao động trong thời gian 40 s, mỗi dao động tạo ra ngọn sóng cao 12 cm so với mặt hồ yên lặng và ngọn sóng tới bờ cách thuyền 10 m sau 5 s. Với số liệu này hãy xác định: a) Chu kỳ dao động của thuyền. b) Tốc độ lan truyền của sóng. c) Bước sóng. d) Biên độ sóng. Hướng dẫn a) Tính chu kỳ dao động Thuyền thực hiện 24 dao động, tương ứng 24 chu kỳ trong thời gian 40 s.