Bài tập file word vật lí 11 chân trời sáng tạo Bài 6: Các đặc trưng vật lí của sóng

BÀI 6: CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA SÓNG

1. NHẬN BIẾT 

Câu 1: Sóng âm nghe được là?

Giải: 

Sóng âm nghe được có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20 000 Hz.

Câu 2: sóng hạ âm là?

Giải:

Sóng hạ âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz.

Câu 3: sóng siêu âm là?

Giải:

Sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20 000 Hz

Câu 4:  bước sóng là gì?

Giải:

Là quãng đường sóng truyền đi được trong 1 chu kì dao động

Câu 5: Hai họa âm liên tiếp do một dây đàn phát ra có tần số hơn kém nhau 56 Hz, họa âm thứ ba và họa âm thứ năm có tần số bằng bao nhiêu?

Giải:

Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 56 Hz nên ta có:

Từ đó ta có tần số của họa âm thứ ba và thứ năm là:

Câu 6: Một dây đàn phát ra âm cơ bản có tần số f1 = 420 Hz. Một người chỉ nghe được âm cao nhất có tần số là 18000 Hz, tìm tần số lớn nhất mà nhạc cụ này có thể phát ra để người đó nghe được.

Giải:

Gọi fn là âm mà người đó nghe được, ta có: fn = n. f1 = 420n

Theo bài

fn < 18000 ⇔ 420n < 18000 ⇒ n < 42,8 (1)

Từ đó giá trị lớn nhất của âm mà người đó nghe được ứng với giá trị nguyên lớn nhất thỏa mãn (1) là n = 42

Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 (Hz).

Câu 7: Mức cường độ âm tại một điểm cách một nguồn phát âm 1 m có giá trị là 50 dB. Một người xuất phát từ nguồn âm, đi ra xa nguồn âm thêm 100 m thì không còn nghe được âm do nguồn đó phát ra. Lấy cường độ âm chuẩn là Io = 10-12(W/m2) , sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng nghe của tai người này là bao nhiêu?

Giải:

Cường độ âm được tính bởi I = P/S

Do âm phát ra dạng sóng cầu nên: 

Do đó

Mức cường độ âm gây ra tại điểm cách nguồn âm 100 m là:

Vậy ngưỡng nghe của tai người này là 10 (dB).

Câu 8: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường độ âm của chúng là bao nhiêu?

Giải:

Áp dụng công thức tính mức cường độ âm ta có:

Vậy tỉ số cường độ âm của hai âm đó là 100 lần.

2. THÔNG HIỂU 

Câu 1: Một người đứng cách nguồn âm một khoảng d thì cường độ âm là I. Khi người đó tiến ra xa nguồn âm một đoạn 40m thì cường độ âm giảm chỉ còn I/9 . Tính khoảng cách d.

Giải:

Ta có:

Câu 2: Một sóng truyền trong một môi trường làm cho các điểm của môi trường dao động. Biết phương trình dao động của các điểm trong môi trường có dạng: u = 4cos(πt/3 + φ) cm. Bước sóng bằng 240cm.

1. Tìm độ lệch pha dao động của hai điểm cách nhau 210cm theo phương truyền vào cùng một thời điểm.
2. Một điểm M ở thời điểm t có ly độ là 3cm. Tìm ly độ của nó sau đó 12s.
3. Điểm N cách O 72,5m. Trong đoạn NO có bao nhiêu điểm dao động cùng pha với nguồn

Giải:

Câu 3: M và N là hai điểm trên một mặt nước phẳng lặng cách nhau một khoảng 12 cm. Tại một 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 = 2,5√2 cos(20πt) , tạo ra sóng trên mặt nước với tốc độ truyền sóng v = 1,6m/s. Coi biên độ sóng trên môi trường không thay đổi theo khoảng cách tới nguồn sóng, khoảng cách xa nhất giữa 2 phần tử môi trường tại M và N khi có sóng truyền qua là:

Giải:

ước sóng: λ = v/f = 160/10 = 16cm.

Độ lệch pha giữa hai điểm M, N: Δφ = 2πd/λ = 3π/2 .

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

Δu = uN - uM = 2,5√2cos(20πt) - 2,5√2 cos(20πt + 3π/2) = 5 cos (20πt + π/4) cm

=> Δφu = 4√3

→ ∆umax = 5cm.

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

Câu 4: một vật dao động điều hòa có gia tốc cực đại là 314 cm/s2 và tốc độ trung bình trong một chu kỳ là 20 cm/s. Biên độ dao động của vật bằng?

Giải:

Trong một chu kỳ

Câu 5: Một nguồn phát sóng dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với tần số f = 4Hz tạo ra sóng tròn đồng tâm tại O truyền trên mặt chất lỏng có tốc độ 0,2 m/s. Hai điểm M và N thuộc mặt chất lỏng mà phần tử tại N dao động cùng pha với phần tử chất lỏng tại O còn phần tử M dao động ngược pha với phần tử dao động tại O. Không kể phần tử chất lỏng tại O, số phần tử chất lỏng dao động cùng pha với phần tử chất lỏng tại O trên đoạn MO là 8, trên đoạn NO là 5 và trên MN là 4. Khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm M và N có giá trị gần giá trị nào nhất sau đây?

Giải:

Các đường tròn biểu diễn các điểm cùng pha với nguồn.

M nằm trên đỉnh sóng thứ 6 kể từ nguồn sóng O, N nằm trên điểm ngược pha gần nhất so với đỉnh sóng thứ 9 kể từ O, vậy ON = 8,5λ; ON = 5λ

Từ hình vẽ ta thấy rằng, với điều kiện để trên MN có 4 điểm cùng pha với O thì rõ ràng MN lớn nhất khi MN vuông góc với OM

3. VẬN DỤNG 

Câu 1: Một sóng ngang truyền trên sợi dây với tốc độ và biên độ không đổi, bước sóng 60 cm. Hai phần tử sóng M, N có vị trí cân bằng cách nhau 10 cm. Tại một thời điểm ly độ của M, N đối nhau và chúng cách nhau 12,5 cm. Biên độ sóng là

Giải:

+ Ta có: d2 = ∆x2 + (2x)2 ↔ 12,52 = 102 + (2x)2 → x = 3,75cm

+ Độ lệch pha giữa hai phần tử: Δφ = 2πd/λ = 2π10/60 = π/3

Từ hình vẽ ta thấy rằng A = 2uM = 2.3,75 = 7,5cm

Câu 2: Biết cường độ âm chuẩn là 1012W/m2. Khi cường độ âm tại một điểm là 10-5 W/ m2. thì mức cường độ âm tại điếm đó là

Giải:

L = lg.I/I0 = 7B

Câu 3: Biết cường độ âm chuẩn là 1012 W/m2.. Khi cường độ âm tại một điểm là 10-4 W/ m2. thì mức cường độ âm tại điểm đó bằng

Giải:

4. VẬN DỤNG CAO 

Câu 1: Cho 4 điểm O, M, N và P nằm trong một môi trường truyền âm. Trong đó, M và N nằm trên nửa đường thẳng xuất phát từ O, tam giác MNP là tam giác đều. Tại O, đặt một nguồn âm điểm có công suất không đổi, phát âm đẳng hướng ra môi trường. Coi môi trường không hấp thụ âm. Biết mức cường độ âm tại M và N lần lượt là 50 dB và 40 dB. Mức cường độ âm tại P là

Giải:

Câu 2: Sóng ngang có tần số f truyền trên một sợi dây đàn hồi rất dài, với tốc độ 3 m/s. Xét hai điểm M và N trên cùng một phương truyền sóng, cách nhau một khoảng x nhỏ hơn một bước sóng, sóng truyền từ N đến M. Đồ thị biểu diễn li độ sóng của M và N cùng theo thời gian t như hình vẽ. Biết t1 = 0,05 s. Tại thời điểm t2 , khoảng cách giữa hai phần tử chất lỏng tại M và N có giá trị gần giá trị nào nhất sau đây?

Giải:

Từ đồ thị ta tìm được phương trình dao động của hai phần tử M, N là: 

Ta thấy rằng một chu kỳ T chiếm 4 ô đơn vị trên đồ thị, khoảng thời gian t1 = 0,05s chiếm 3 ô đơn vị, do đó ta có: 3/4T = 0,05 => T = 1/15s => ω = 30π rad/s

Độ lệch pha giữa hai dao động sóng tại M và N là:

Δφ = π/3 = 2πx/λ

=> x = xM - xN = λ/6 = v.T/6 = 10/3 cm

Thời điểm t2 = T + 5/12T = 17/180s khi đó điểm M đang có li độ uM = 0 và li độ của điểm N là:

uN = 4 cos (ωt) = 4 cos (30π.17/180) = -2√3 cm

Khoảng cách giữa hai phần tử MN: