Tiêu đề Vật Lý 12 - CHỦ ĐỀ 8 ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ.docx ✅

CHỦ ĐỀ 8: ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Khái niệm về sóng cơ, sóng ngang, sóng dọc a. Sóng cơ: là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất → không truyền được trong chân không. - Khi sóng cơ lan truyền, các phân tử vật chất chỉ dao động tại chỗ, pha dao động và năng lượng sóng chuyển dời theo sóng. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. - Trong môi trường đồng tính và đẳng hướng, các phần tử gần nguồn sóng sẽ nhận được sóng sớm hơn (tức là dao động nhanh pha hơn) các phần tử ở xa nguồn. b. Sóng dọc: là sóng cơ có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được trong chất khí, lỏng, rắn. Ví dụ: Sóng âm khi truyền trong không khí hay trong chất lỏng. c. Sóng ngang: là sóng cơ có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang truyền được trong chất rắn và trên mặt chất lỏng. Ví dụ: Sóng trên mặt nước. 2. Các đặc trưng của sóng cơ a. Chu kì (tần số sóng): là đại lượng không thay đổi khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác. b. Tốc độ truyền sóng: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường; phụ thuộc bản chất môi trường (V R >V L >V K ) và nhiệt độ (nhiệt độ môi trường tăng thì tốc độ lan truyền càng nhanh). c. Bước sóng: λ = v.T = v f Với v(m/s); T(s); f(Hz)  λ(m) ⇒ Quãng đường truyền sóng: S = v.t - ĐN1: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng dao động cùng pha nhau. - ĐN2: Bước sóng là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kì. Chú ý: + Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là λ; Khoảng cách giữa n ngọn sóng (n – 1)λ. 3. Phương trình sóng a. Phương trình sóng u M = acos(ωt + φ + 2Mπd λ )  Tập hợp các điểm cách đều nguồn sóng đều dao động cùng pha! Phương truyền sóng u O = acos(t + ) d M = OM d N = ON uN = acos(t +  - (2d M)/) uM = acos(t +  + (2d M)/) O NM
b. Độ lệch pha của 2 dao động tại 2 điểm cách nguồn: Δφ = 2π 12 .dd   Nếu hai điểm đó nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng d thì: Δφ = 2π .d  + Cùng pha: Δφ=2kπ⇒d=kλ(k=1,2,3...). + Ngược pha: Δφ=(2k+1)π⇒d=(k+0,5)λ(k=0,1,2...). Bài toán 1: Cho khoảng cách, độ lệch pha của 2 điểm, v 1 ≤v≤v 2 hoặc f 1 ≤f≤f 2 . Tính v hoặc f: Dùng máy tính, bấm MODE 7 ; nhập hàm f(x) = v hoặc f theo ẩn x = k; cho chạy nghiệm (từ START 0 đến END 10; chọn STEP 1 (vì k nguyên), nhận nghiệm f(x) trong khoảng của v hoặc f. Bài toán 2: Đề bài nhắc đến chiều truyền sóng, biết li độ điểm này tìm li độ điểm kia: Dùng đường tròn để giải với lưu ý: chiều dao động của các phần tử vẫn là chiều dương lượng giác (ngược chiều kim đồng hồ) và chiều truyền sóng là chiều kim đồng hồ, góc quét = độ lệch pha: Δφ = ω.Δt = 2π, quy về cách thức giải bài toán dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. Chú ý: Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f. II. CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1: Một quan sát viên khí tượng quan sát mặt biển. Nếu trên mặt mặt biển người quan sát thấy được 10 ngọn sóng trước mắt và cách nhau 90m. Hãy xác định bước sóng của sóng trên mặt biển? A. 9m B. 10m C. 8m D. 11m Giải: Ta có: 10 ngọn sóng ⇒ có 9λ  9λ = 90 m  λ = 10m. Ví dụ 2: Quan sát sóng cơ trên mặt nước, ta thấy cứ 2 ngọn sóng liên tiếp cách nhau 40cm. Nguồn sóng dao động với tần số f = 20 Hz. Xác định vận tốc truyền sóng trên môi trường. A. 80 cm/s B. 80 m/s C. 4 m/s D. 8 m/s Giải: Ta có: v = λ.f. Trong đó: λ = 0,4 m và f = 20 Hz  v = 0,4.20 = 8 m/s Ví dụ 3: Một nguồn sóng cơ có phương trình u 0 =4cos(20πt) cm. Sóng truyền theo phương ON với vận tốc 20 cm/s. Hãy xác định phương trình sóng tại điểm N cách nguồn O 5cm? A. u N =4cos(20πt-5π) cm B. u N =4cos(20πt-π) cm ∆ Phương truyền sóng M N u M N t u M u N
C. u N =4cos(20πt-2,5π) cm D. u N =4cos(20πt-5,5π) cm Giải ▪Phương trình sóng tại N có dạng: u N = 4 2. cos20d t       ▪Với λ = 20 10 v f = 2 cm; d = 5 cm ⇒ Δφ = 2. 2 d  5π rad/s ⇒ Phương trình sóng có dạng: U N =4cos(20πt-5π) cm. Ví dụ 4: Một nguồn sóng cơ có phương trình U 0 =4cos(20πt) cm. Sóng truyền theo phương ONM với vận tốc 20 cm/s. Hãy xác định độ lệch pha giữa hai điểm MN, biết MN = 1cm. A. 2π rad B. π rad C. 2  rad D. 3  rad Giải ▪Ta có: Δφ = 2.d  ; Trong đó: d = 1cm; λ = 20 10 v f 2cm ⇒ Δφ = 2.1 2   π rad Ví dụ 5: Tại hai điểm AB trên phương truyền sóng cách nhau 4cm có phương trình lần lượt như sau: u M = 2cos(4πt+ 6  ) cm; u N = 2cos(4πt+ 3  ) cm. Hãy xác định sóng truyền như thế nào? A. Truyền từ N đến M với vận tốc 96m/s B. Truyền từ N đến M với vận tốc 0,96m/s C. Truyền từ M đến N với vận tốc 96m/s D. Truyền từ M đến N với vận tốc 0,96m/s Giải ▪Vì N nhanh pha hơn M nên sóng truyền từ N đến M. 2. 6 d   ⇒λ=12.d=12.4=48cm⇒v=λ.f=48.2=96m/s Ví dụ 6: Một sóng cơ truyền với phương trình u = 5cos(20πt- 2 x ) cm (trong đó x tính bằng m, t tính bằng giây). Xác định vận tốc truyền sóng trong môi trường A. 20 m/s B. 40 cm/s C. 20 cm/s D. 40 m/s Giải Ta có: 2.. 2 xx   ⇒ λ=4m⇒v=λf=4.10=40m/s
Ví dụ 7: Một sóng cơ truyền với phương trình u = 5cos(20πt- 2 x ) cm (trong đó x tính bằng m, t tính bằng giây). Tại t 1 thì u = 4cm. Hỏi tại t = (t 1 + 2)s thì độ dời của sóng là bao nhiêu? A. -4cm B. 2 cm C. 4 cm D. -2cm Giải ▪Tại t 1 thì u = 5cos(20πt- 2 x ) = 4cm ⇒ tại t=t 1 +2s thì u 2 = 5cos(20πt(t+2)- 2 x ) = 5cos(20πt- 2 x +40π) = 5cos(20πt- 2 x ) = 4cm Ví dụ 8: Một mũi nhọn S chạm nhẹ vào mặt nước dao động điều hòa với tần số 20 Hz thì thấy hai điểm A và B trên mặt nước cùng nằm trên một phương truyền sóng cách nhau một khoảng d = 10cm luôn luôn dao động ngược pha với nhau. Tốc độ truyền sóng có giá trị (0,8m/s≤v≤1m/s) là: A. v = 0,8 m/s B. v = 1 m/s C. v = 0,9 m/s D. 0,7 m/s Giải Δφ = 2.2.dfd v   = (2k+1)π ⇒ v = 2. 21 fd k (1) (theo đề thì 0,8m/s≤v≤1m/s) ⇒ 80 ≤ 2. 21 fd k ≤ 100 giải ra ta được 1,5≤k≤2  chọn k = 2 Thay k vào (1) ta có: v = 80 cm/s Ví dụ 9: Một nguồn sóng O dao động với phương trình x = Acos(ωt+ 2  ) cm. Tại điểm M cách O một khoảng 2  điểm 2 T dao động với li độ 2 3 cm. Hãy xác định biên độ sóng. A. 2 3 cm B. 4 cm C. 8 cm D. 4 3 cm Giải ▪Ta có: u M = A 2 cos 2 d t       cm ⇒ u M = A cos 2t     cm ▪Ở thời điểm t = 3 T ⇒ u M = A cos 6    = 2 3 ⇒ A=4cm III. BÀI TẬP A. KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT Bài 1: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm: A. trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó ngược pha.