BÀI 5: SÓNG VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG

1. NHẬN BIẾT 

Câu 1: Sóng là gì?

Giải:

Sóng là dao động lan truyền trong không gian theo thời gian. Khi sóng truyền đi, phần tử môi trường không truyền theo phương truyền sóng mà chỉ dao động tại chỗ

Câu 2: quá trình truyền năng lượng là gì?

Giải:

Năng lượng sóng được truyền đi theo phương truyền sóng. Do đó, quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng

Câu 3: sóng dọc là gì?

Giải:

Là sóng mà phương dao động của mỗi phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng

Câu 4: sóng ngang là gì?

Giải:

Là sóng mà phương dao động của mỗi phần tử môi trường vuông góc với phương truyền sóng

Câu 5: Hiện tượng phản xạ sóng là?

Giải:

Khi sóng truyền từ môi trường đến mặt phân cách với một môi trường khác, một phần của sóng tới được truyền ngược lại vào môi trường ban đầu.

Câu 6: hiện tượng khúc xạ là gì?

Giải:

Hiện tượng sóng đổi phương truyền khi đi từ một môi trường này sang một môi trường khác.

Câu 7: Một người ngồi ở bờ biển trông thấy có 10 ngọn sóng qua mặt trong 36 giây, khoảng cách giữa hai ngọn sóng là 10m. Tính tần số sóng biển và vận tốc truyền sóng biển.

Giải:

Xét tại một điểm có 10 ngọn sóng truyền qua ứng với 9 chu kì. T= 36/9 = 4s. Xác định tần số dao động. f = 1/T = 1/4 = 0,25 Hz. Vận tốc truyền sóng: v = λ/T = 10/4 = 2,5(m/s) .

Câu 8: Dao động âm có tần số f=500Hz, biên độ A=0,25mm, được truyền trong không khí với bước sóng λ = 70cm. Tìm:

1. Vận tốc truyền sóng âm.
2. Vận tốc dao động cực đại của các phân tử không khí.

Giải:

f = 500 Hz, A = 0,25mm = 0,25.10-3, λ = 70cm = 0,7 m, v = ?, vmax = ?

7. a) λ = v/f ⇒ v = λ.f = 0,7.500 = 350 m/s
8. b) vmax= ωA = 2πf.A = 0,785 m/s

2. THÔNG HIỂU 

Câu 1: Một sóng cơ truyền trên một sợi dây đàn hồi rất dài. Phương trình sóng tại một điểm trên dây: u = 4cos(20πt - πx/3)(mm).Với x: đo bằng met, t: đo bằng giây. Tốc độ truyền sóng trên sợi dây có giá trị bằng bao nhiêu?

Giải:

Câu 2: Một nguồn dao động điều hoà với chu kỳ 0,04s. Vận tốc truyền sóng bằng 200cm/s. Hai điểm nằm trên cùng một phương truyền sóng và cách nhau 6 cm, thì có độ lệch pha:

Giải:

Độ lệch pha: 

Câu 3: Một nguồn O phát sóng cơ có tần số 10hz truyền theo mặt nước theo đường thẳng với V = 60 cm/s. Gọi M và N là điểm trên phương truyền sóng cách 0 lần lượt 20 cm và 45cm. Trên đoạn MN có bao nhiêu điểm dao động lệch pha với nguồn 0 góc π/3.

Giải:

-Độ lệch pha của nguồn 0 và điểm cách nó một khoảng d là : Δφ = 2πd/λ

Để lệch pha thì

Vì có 4 điểm

Câu 4: M và N là hai điểm trên một mặt nước phẳng lặng cách nhau 1 khoảng 20 cm. Tại 1 điểm O trên đường thẳng MN và nằm ngoài đoạn MN, người ta đặt nguồn dao động theo phương vuông góc với mặt nước với phương trình u = 4cosωt (cm), tạo ra sóng trên mặt nước với bước sóng λ = 15cm. Khoảng cách xa nhất giữa 2 phần tử môi trường tại M và N khi có sóng truyền qua là bao nhiêu?

Giải:

Khoảng cách cực tiểu giữa M và N là: lmin = MN = 20cm.

Giả sử sóng truyền qua M rồi đến N thì dao động tại M sớm pha hơn dao động tại N: Δφ = 2πd/λ = 8π/3.

Chọn gốc thời gian để phương trình dao động tại M là: u1 = 5cosωt cm thì phương trình dao động tại N là: u2 = 4cos(ωt - 8π/3 ) cm.

Độ lệch li độ của hai phần tử tại M và tại N:

Δu = u2 - u1 = 4cos(ωt - 8π/3 ) - 4cos(ωt) = 4√3 cos (ωt - 5π/6) cm

=> Δφu = 4√3

Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử tại M và N:

3. VẬN DỤNG 

Câu 1: Sóng dọc lan truyền trong một môi trường với bước sóng 15 cm với biên độ không đổi A = 5√3 cm . Gọi M và N là hai điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng mà khi chưa có sóng truyền đến lần lượt cách nguồn các khoảng 20 cm và 30 cm. Khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa 2 phần tử môi trường tại M và N khi có sóng truyền qua là bao nhiêu?

Giải:

Giả sử sóng truyền qua M rồi đến N thì dao động tại M sớm pha hơn dao động tại N: Δφ = 2πMN/λ = 4π/3

Chọn lại gốc thời gian để phương trình dao động tại M là: u1 = 5√3 cos ωt (mm) thì phương trình dao động tại N là u2 = 5√3 cos (ωt - 4π/3) mm .

Độ lệch li độ của hai phần tử tại M và tại N:

Δu = u2 - u1 = 5√3cos(ωt - 4π/3) - 5√3 cos(ωt) = 15 cos (ωt + 5π/6) cm

→ ∆umax = 15mm = 1,5cm < MN.

Vì đây là sóng dọc nên khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa hai phần tử tại M và N:

Câu 2: Một sóng hình sin truyền theo phương Ox từ nguồn O với tần số 20 Hz, biên độ 4cm có tốc độ 12 m/s. Gọi A và B là hai điểm nằm trên Ox, ở cùng một phía so với O và cách nhau 15cm. Nếu là sóng ngang thì hai phần tử môi trường tại A và B cách nhau đoạn lớn nhất là

Giải:

Bước sóng: λ = v/f = 12/20 = 0,6m = 60cm.

Giả sử sóng truyền qua A rồi mới đến B thì dao động tại A sớm hơn dao động tại B: Δφ = 2πAB/λ = π/2

Độ lệch li độ của hai phần tử tại M và tại N:

Δu = uB - uA = 4cos(40πt) - 4cos(40πt + π/2) = 4√2 cos (20πt - π/4) cm

=> Δumax = 4√2 cm

Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử tại A và B:

Câu 3: Sóng dọc lan truyền trong một môi trường với tần sốf = 50Hz, tốc độ truyền sóng v = 200cm/s và biên độ không đổi A = 2cm. Gọi A và B là hai điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng mà khi chưa có sóng truyền đến lần lượt cách nguồn các khoảng 20 cm và 42 cm. Khi có sóng truyền qua khoảng cách cực đại giữa A và B là bao nhiêu?

Giải:

Bước sóng: λ = v/f = 4cm

Khoảng cách khi chưa dao động: ∆x = AB = 42 – 20 = 22cm

Dao động tại A sớm pha hơn dao động tại B: Δφ = 2πd/λ = 2π.22/4 = 11π (hai dao động này ngược pha nhau).

Độ lệch li độ của hai phần tử tại A và tại B:

Δu = uA - uB = 2cos(100πt) - 2cos(100πt - π) = 4 cos (100πt ) cm

→ ∆umax = 4cm.

Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử tại A và B:

lmax = ∆x + ∆umax = 22 + 4 = 26 cm

4. VẬN DỤNG CAO 

Câu 1: Sóng dọc lan truyền một môi trường với tần số f = 50Hz, tốc độ truyền sóng v = 200cm/s và biên độ không đổi A = 2cm. Gọi A và B là hai điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng mà khi chưa có sóng truyền đến lần lượt cách nguồn các khoảng 20 cm và 42 cm. Khi có sóng truyền qua khoảng cách cực tiểu giữa A và B là bao nhiêu?

Giải:

Bước sóng: λ = v/f = 4cm

Khoảng cách khi chưa dao động: ∆x = AB = 42 – 20 = 22cm.

Dao động tại A sớm pha hơn dao động tại B: Δφ = 2πd/λ = 2π.22/4 = 11π (hai dao động này ngược pha nhau).

Độ lệch li độ của hai phần tử tại A và tại B:

Δu = uA - uB = 2cos(100πt) - 2cos(100πt - π) = 4 cos (100πt ) cm

→ ∆umax = 4cm.

Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử tại A và tại B:

lmix = ∆x - ∆umax = 22 - 4 = 18 cm

Câu 2: Một sóng ngang lan truyền trong một môi trường đàn hồi với tần số 50 Hz, tốc độ truyền sóng là 2 m/s, biên độ sóng không đổi theo phương truyền sóng là 4 cm. Biết A và B là hai điểm trên cùng một phương truyền sóng. Khi chưa có sóng truyền khoảng cách từ nguồn phát sóng đến hai điểm A và B lần lượt là 20 cm và 42 cm. Khi có sóng truyền qua, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm này là

Giải:

ước sóng của sóng: λ = v/f = 4cm

Phương trình dao động tại hai điểm M và N là:

uM = 4cos(100πt - 10π) cm;

uN = 4cos(100πt - 21π) cm;

Khoảng cách giữa hai điểm M và N

khi . Vậy