Đáp án vật lí 11 chân trời sáng tạo Bài 5. Sóng và sự truyền sóng

BÀI 5. SÓNG VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG

I. QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG

Thảo luận 1 trang 34 sgk vật lý 11 ctst

Dự đoán trạng thái của mặt nước trong cốc nước khi ta gõ lên mặt bản một cách liên tục và đủ mạnh tại một vị trí gần cốc nước. Giải thích hiện tượng và tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng.

Đáp án:

Trong Hình 5.1, khi ta gõ tay lên bàn liên tục và đủ mạnh, cốc nước sẽ thực hiện dao động, điều này có thể dễ dàng quan sát thông qua bề mặt của nước trong cốc. Nghĩa là, dao động do việc gõ lên bản của tay đã lan truyền trong không gian (mặt bàn) đến cốc nước làm cốc nước cũng dao động.

Thảo luận 2 trang 35 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 5.3 và dự đoán phương chuyển động của quả bóng khi có sóng trên mặt nước trong điều kiện lặng gió.

Đáp án:

Qủa bóng chỉ dao động lên xuống, nhấp nhô tại vị trí đó vì các phần tử môi trường chỉ dao động trong một phạm vi không gian rất hẹp, trong khi sóng truyền đi rất xa.

Thảo luận 3 trang 35 sgk vật lý 11 ctst

Em hãy cho biết những tác hại của sóng địa chấn (động đất).

Đáp án:

Tác động trực tiếp của các trận động đất là rung cuộn mặt đất, gây ra hiện tượng nứt vỡ, làm sụp đổ các công trình xây dựng, gây sạt lở đất, lở tuyết. Mức độ nghiêm trọng của nó dựa trên cường độ, khoảng cách tính từ chấn tâm, và các điều kiện về địa chất, địa mạo tại nơi bị ảnh hưởng

Động đất cũng thường gây ra hỏa hoạn khi chúng phá hủy các đường dây điện và các đường ống khí

Các trận động đất xảy ra dưới đáy biển có thể gây ra lở đất hay biến dạng đáy biển, làm phát sinh sóng thần (những đợt sóng lớn tràn qua các đại dương rồi đổ bộ vào đất liền). Đôi khi động đất còn khiến núi lửa hoạt động, thậm chí là những núi lửa đã tắt từ lâu…

Khi sóng địa chấn truyền đến, mặt đất thực hiện các đạo động và bị sạt lở; gây nứt vỡ, sụp đổ các công trình xây dựng. Một trận động đất cường độ lớn có thể gây ra những thiệt hại đáng kể về sinh mạng, của cải vật chất. Ví dụ như trận động đất gần đây nhất tại Thổ Nhĩ Kỳ và Syria vào tháng 2 năm 2023 đã tàn phá rất nhiều toà nhà và cướp đi hơn 45 000 sinh mạng (Nguồn: Báo Dân trí).

II. SÓNG VÀ SÓNG NGANG

Thảo luận 4 trang 35 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 5.5, hãy so sánh phương truyền sóng và phương dao động của từng điểm trên lò xo trong hai trường hợp.

Đáp án:

Phương truyền sóng của Hình 5.5a là dọc theo trục lò xo

Phương truyền sóng của Hình 5.5b vuông góc với trục lò xo

Các điểm trên lò xo sẽ dao động theo phương truyền sóng.

Luyện tập trang 36 sgk vật lý 11 ctst

Lấy một số ví dụ về sóng dọc và sóng ngang trong thực tế.

Đáp án:

Sóng âm khi truyền trong không khí hay trong chất lỏng là sóng dọc

Sóng truyền trên mặt nước là sóng ngang.

III. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA SÓNG

Thảo luận 5 trang 36 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 5.7, xét trên phương vuông góc với bức tường, nhận xét về chiều truyền của sóng âm trước và sau khi gặp bức tường.

Đáp án:

Phương truyền của sóng âm là tới hướng vuông góc về phía mặt tường, khi gặp mặt tường sẽ phản xạ lại về hướng phát ra âm thanh.

Thảo luận 6 trang 37 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 5.9, nhận xét về hình dạng của chiếc thìa. Thực hiện thí nghiệm kiểm chứng và giải thích.

Đáp án:

Hình ảnh của chiếc thìa bị gãy ở mặt phân cách giữa nước và không khí vì các tia sáng khi truyền từ nước ra không khí bị đổi phương truyền do đó ta thấy chiếc thìa bị gãy.

Luyện tập 1 trang 37 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao vào những đêm mùa lạnh, ta có thể nghe được âm thanh từ xa trong khi vào mùa nóng ta lại không thể nghe được dù ở cùng khoảng cách.

Đáp án:

Vào mùa lạnh các phân tử khí trong không khí sẽ ít dao động nên ít gây cản trở cho việc truyền sóng âm thanh còn vào mùa nóng các phân tử khí sẽ dao động hỗn loạn hơn nên gây cản trở trong quá trình truyền sóng âm thanh nên ta có thể nghe được âm thanh từ xa vào mùa lạnh trong khi vào mùa nóng ta lại không thể nghe được dù ở cùng khoảng cách.

Luyện tập 2 trang 37 sgk vật lý 11 ctst

Khi mở hé cánh cửa để ánh sáng đi qua khe hẹp (Hình 5.11), ta quan sát thấy ánh sáng loang ra một khoảng lớn hơn kích thước khe hẹp. Hãy giải thích hiện tượng này.

Đáp án:

Hiện tượng này là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, khi phương truyền ánh sáng truyền qua khe cửa đã thay đổi làm cho sóng lan rộng ở phía bên kia của khe cửa.

Vận dụng trang 38 sgk vật lý 11 ctst

Vận dụng những kiến thức về sóng để giải thích vì sao dơi (Hình 5.13) có thể phát hiện ra chướng ngại vật bằng cơ chế phát sóng siêu âm (là sóng âm có tần số lớn hơn 20.000 Hz).

Đáp án:

Con dơi phát ra sóng siêu âm mà sóng thì phản xạ được khi gặp vật cản. Sóng siêu âm gặp vật cản thì ngay lập tức phản xạ lại và dơi nhận được tín hiệu (vì vận tốc sóng siêu âm quá lớn) và biết được phía trước nó có vật cản để nó xử lý.

Bài tập 1 trang 38 sgk vật lý 11 ctst

Xét sóng nước truyền qua vị trí của phao câu cá đang nổi trên mặt nước khi lặng gió như Hình 5.P.1. Phao có trôi đi theo phương truyền của sóng nước không? Vì sao?

Đáp án:    

Phao không trôi đi theo phương truyền sóng vì các phần tử môi trường chỉ dao động trong một phạm vi không gian rất hẹp, trong khi sóng truyền đi rất xa.

Bài tập 2 trang 38 sgk vật lý 11 ctst

Hình 5.P.2 mô tả hai loại sóng địa chấn truyền trong môi trường khi xảy ra động đất: sóng P (sóng sơ cấp) và sóng S (sóng thứ cấp). Hãy phân biệt hai sóng địa chấn này thuộc sóng dọc hay sóng ngang. Giải thích.

Đáp án:    

Sóng sơ cấp (Primary waves) hay sóng dọc, sóng P, là sóng có phương dao động của hạt môi trường xảy ra dọc theo phương truyền. Sóng P là sóng nén, sóng áp suất, truyền nhanh hơn sóng khác. Trong quan sát động đất nó đến trạm địa chấn đầu tiên, nên có tên là sơ cấp (Primary). Sóng này có thể đi qua loại vật liệu bất kỳ, gồm cả chất lỏng, khí, và có thể truyền nhanh gần gấp đôi so với tốc độ của sóng S. Trong địa vật lý thăm dò quen dùng thuật ngữ sóng dọc để chỉ sóng P.

Sóng thứ cấp (Secondary waves) hay sóng ngang (Shear waves), sóng S, là sóng có phương dao động của hạt môi trường ngang theo phương truyền. Sóng S truyền chậm hơn sóng P, giá trị thường cỡ 60% tốc độ sóng P ở cùng môi trường đó. Trong quan sát động đất nó đến trạm địa chấn sau sóng P, nên có tên là thứ cấp (Secondary). Sóng S chỉ truyền trong chất rắn hoặc thể vô định hình gần rắn, không truyền qua chất lỏng và khí. Trong địa vật lý thăm dò quen dùng thuật ngữ sóng ngang để chỉ sóng S.