Bài tập file word vật lí 11 chân trời sáng tạo Bài 9: Sóng dừng

Bài 9: SÓNG DỪNG

1. NHẬN BIẾT 

Câu 1: Một sợi dây dài 2L được kéo căng hai đầu cố định A và B. Kích thích để trên dây có sóng dừng ngoài hai đầu là hai nút chỉ còn điểm chính giữa C của sợi dây là nút. M và N là hai điểm trên dây đối xứng nhau qua C. Dao động tại các điểm M và N sẽ có biên độ:

Giải: 

- Vì trên dây chỉ có 3 nút → có 2 bụng.

- Điểm M, N đối xứng qua C → M, N sẽ có biên độ như nhau và ngược pha nhau.

Câu 2: Trên một sợi dây đàn hồi căng ngang, đang có sóng dừng ổn định. Trên dây, A là một điểm nút, B là điểm bụng gần A nhất với AB = 18 cm, M là một điểm trên dây cách B một khoảng 12 cm. Biết rằng trong một chu kỳ sóng, khoảng thời gian mà độ lớn vận tốc dao động của phần tử B nhỏ hơn vận tốc cực đại của phần tử M là 0,1s. Tốc độ truyền sóng trên dây là:

Giải:

- Khoảng cách từ A là nút đến B là bụng gần nhất là:

- Vì M cách B 12 cm nên MA = 6 cm.

   → Độ lệch pha của A và M là :

- Khoảng thời gian để độ lớn vận tốc của B nhỏ hơn vận tốc cực đại của M tương ứng với góc quét 120°

- Tốc độ truyền sóng là:

Câu 3: Người ta tạo sóng dừng trên một sợi dây căng giữa 2 điểm cố định. Hai tần số gần nhau nhất cùng tạo ra sóng dừng trên dây là 525 Hz và 600 Hz. Tần số nhỏ nhất tạo ra sóng dừng trên dây đó là:

Giải:

- Ta có:

Câu Các tần số có thể tạo sóng dừng trên sợi dây hai đầu cố định theo thứ tự tăng dần là f1, f2, f3, f4,…Tỉ số hai tần số liên tiếp bằng tỉ số:

Giải:

- Ta có:

→ Tỉ số 2 tần số liên tiếp chính bằng tỉ số hai số nguyên liên tiếp.

Câu 5: Sóng truyền trên một sợi dây hai đầu cố định có bước sóng λ. Để có sóng dừng trên dây thì chiều dài L của dây phải thỏa mãn điều kiện là (với k = 1, 2, 3, ...)

Giải:

- Điều kiện để có sóng dừng trên dây 2 đầu cố định là: L = kλ/2.

Câu 6: Trên một sợi dây dài 30 cm, hai đầu cố định đang có sóng dừng. Trên dây có tất cả 2 điêm M, N luôn dao động với biên độ cực đại là 2 cm. Chọn phương án chính xác nhất.

Giải:

- Trên dây chỉ có 2 điểm M với N dao động cực đại nên có 2 bụng sóng → k = 2

- M và N dao động ngược pha nhau nên:

* MN ngắn nhất khi chúng ở vị trí cân bằng:

* MN dài nhất khi M, N ở vị trí bụng:

⇒ 15 ≤ MN > 15,6 cm là chính xác nhất.

Câu 7: 

Khi có sóng dừng trên dây khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp là:

Giải:

- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp trên sóng dừng bằng λ/2

2. THÔNG HIỂU 

Câu 1: Trên một sợi dây đàn hồi dài có sóng dừng với bước sóng 0,6 cm. Trên dây có hai điểm A và B cách nhau 2,05 cm, tại A là một bụng sóng. Số nút sóng trên đoạn dây AB là:

Giải: 

AB = 2,05 cm = 3λ + 0,25 cm

- Vì tại A là bụng sóng nên trong khoảng cách 3λ ta có được 6 nút sóng.

- Khoảng cách từ bụng đến nút gần nhất là: λ/4.

- Mà 0,25 > λ/4 → trong khoảng 0,25 cm có thêm 1 nút sóng nữa.

→ Số nút sóng trên đoạn AB là 7 nút.

Câu 2: Sóng dừng trên dây thép dài 1,2 m hai đầu P, Q cố định, được kích thích bởi nam châm điện. Nút A cách bụng B liền kề là 10 cm và I là trung điểm của AB. Biết khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp I và B có cùng li độ là 0,01 (s). Tính tần số của dòng điện và tốc độ truyền sóng trên dây.

Giải:

- Vì A là nút còn B là bụng liền kề nên:

- Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp I và B có cùng li độ là:

- Tần số của dòng điện là:

Câu 3: Trên sợi dây căng theo phương thẳng đứng hai đầu cố định, sau đó kích thích để có sóng dừng thì:

Giải:

Trên sợi dây 2 đầu cố định đang có sóng dừng nếu thả tự do đầu dưới thì sóng dừng không ổn định.

Câu 4: Trên một dây có sóng dừng mà các tần số trên dây theo quy luật: f1:f2:f3:........:fn = 1:2:3:.........:n. Số nút và số bụng trên dây là:.

Giải:

- Với quy luật: f1 = n1f0, f2 = n2f0, …, fn = nnf0 → sóng dừng trên dây có 2 đầu cố định.

→ Số nút bằng số bụng cộng 1.

Câu 5: Sóng dừng trên một sợi dây dài, hai điểm A và B cách nhau 10 cm với A là nút và B là bụng đồng thời giữa A và B không còn nút và bụng nào khác. Gọi I là trung điểm của AB. Biết khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp I và B có cùng li độ là 0,1 (s). Tốc độ truyền sóng trên dây là:

Giải:

- Vì giữa AB không có bụng và nút nào nữa nên khoảng cách AB tương ứng là:

- Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp I và B có cùng li độ là:

3. VẬN DỤNG 

Câu 1:  Một sợi dây căng ngang với hai đầu cố định, đang có sóng dừng. Biết khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử đây dao động với cùng biên độ 5 mm là 80 cm, còn khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng pha với cùng biên độ 5 mm là 65 cm. Tỉ số giữa tốc độ cực đại của một phần tử dây tại bụng sóng và tốc độ truyền sóng trên dây là:

Giải:

- Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng biên độ 5 mm ở hai bó sóng ngoài cùng (cùng cách đầu cố định một đoạn x) là 80 cm lớn hơn 65 cm là khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng pha cùng biên độ 5 mm. Mà các phần tử ở 2 bó sóng liền kề dao động ngược pha nhau, hai phần tử dao động cùng biên độ 5 mm ở 2 bó sóng liền kề xa nhất là: λ/2

- Khoảng cách 80 cm < 3λ → trên dây có 6 bó sóng.

→ Chiều dài sợi dây là:

- Biên độ sóng dừng tại điểm cách nút một khoảng x là:

- Tốc độ cực đại của phần tử tại bụng sóng là:

- Tốc độ truyền sóng trên dây là:

Câu 2: Trên một sợi dây đàn hồi dài 1,6 m hai đầu cố định, đang có sóng dừng. Biết tần số của sóng là 20 Hz, tốc độ truyền sóng trên dây là 4 m/s. Số bụng sóng trên dây là:

Giải:

- Điều kiện có sóng dừng trên dây hai đầu cố định là:

- Ta có:

→ Có 16 bụng sóng

Câu 3:  Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ:

Giải:

Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ ngược pha với sóng tới nếu vật cản là cố định.

4. VẬN DỤNG CAO 

Câu 1: . Một sợi dây căng ngang với hai đầu cố định, đang có sóng dừng. Biết khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử đây dao động với cùng biên độ 5 mm là 80 cm, còn khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng pha với cùng biên độ 5 mm là 65 cm. Tỉ số giữa tốc độ cực đại của một phần tử dây tại bụng sóng và tốc độ truyền sóng trên dây là:

Giải:

- Khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng biên độ 5 mm ở hai bó sóng ngoài cùng (cùng cách đầu cố định một đoạn x) là 80 cm lớn hơn 65 cm là khoảng cách xa nhất giữa hai phần tử dây dao động cùng pha cùng biên độ 5 mm. Mà các phần tử ở 2 bó sóng liền kề dao động ngược pha nhau, hai phần tử dao động cùng biên độ 5 mm ở 2 bó sóng liền kề xa nhất là: λ/2

- Khoảng cách 80 cm < 3λ → trên dây có 6 bó sóng.

→ Chiều dài sợi dây là:

- Biên độ sóng dừng tại điểm cách nút một khoảng x là:

- Tốc độ cực đại của phần tử tại bụng sóng là:

- Tốc độ truyền sóng trên dây là:

Câu 2: Sóng dừng trên dây thép dài 1,2 m hai đầu P, Q cố định, được kích thích bởi nam châm điện. Nút A cách bụng B liền kề là 10 cm và I là trung điểm của AB. Biết khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp I và B có cùng li độ là 0,01 (s). Tính tần số của dòng điện và tốc độ truyền sóng trên dây.

Giải:

- Vì A là nút còn B là bụng liền kề nên:

- Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp I và B có cùng li độ là:

- Tần số của dòng điện là: