BÀI 6. CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA SÓNG  

I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

Thảo luận 1 trang 40 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 6.2, thực hiện các yêu cầu sau:

a) Cho biết sóng truyền trên dây là sóng dọc hay sóng ngang.

b) Mô tả chuyển động của từng điểm trên dây.

Giải nhanh:

a) Sóng truyền trên sợi dây là sóng ngang.

b) Các điểm  trên dây dao động lên xuống  với biên độ, tần số và vận tốc xác định. 

Thảo luận 2 trang 40 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 6.3, Hãy:

a) Chỉ ra những điểm trên dây đang có trạng thái dao động giống nhau tại thời điểm đang xét.

b) So sánh trạng thái dao động của điểm D với trạng thái dao động của nguồn 0 khi t≥T.

Giải nhanh:

a) Các điểm có trạng thái giống nhau:

t = T: O và D

t=5T/4: O và D, A và E

t=6T/4: O và D, A và E , B và G

t=7T/4: O và D, A và E, B và G, C và H.

t=2T: O, D và K, A và E, B và G, C và H.

b) Trạng thái dao động của điểm D luôn giống với trạng thái dao động của nguồn O khi t≥T với T là chu kì dao động của nguồn sóng.

Thảo luận 3 trang 41 sgk vật lý 11 ctst

Tốc độ truyền sóng trong môi trường nhanh hay chậm có phụ thuộc tốc độ dao động tại chỗ của các phần tử môi trường không?

Giải nhanh:

Tốc độ truyền sóng trong môi trường nhanh hay chậm không phụ thuộc tốc độ dao động tại chỗ của các phần tử môi trường

Thảo luận 4 trang 42 sgk vật lý 11 ctst

Từ ví dụ về tốc độ truyền sóng âm trong các môi trường rắn, lỏng và khí, hãy rút ra nhận xét và giải thích sự khác nhau này.

Giải nhanh:

Tốc độ truyền sóng âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng. Tốc độ truyền sóng âm trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí.

Nguyên nhân: Môi trường có khoảng cách trung bình giữa các phần tử môi trường (nguyên tử hoặc phân tử) càng lớn thì tốc độ lan truyền sẽ nhanh hơn

Luyện tập 1 trang 41 sgk vật lý 11 ctst

Một bạn học sinh đang câu cá trên hồ nước. Khi có sóng đi qua, bạn quan sát thấy phao cầu cá nhỏ lên cao 6 lần trong 4 s. Biết tốc độ truyền sóng là 0,5 m/s. Tính khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp.

Giải nhanh:

Chu kì  T =  =  = 0,8s

Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp là: λ = v.T = 0,5.0,8 = 0,4m

Luyện tập 2 trang 43 sgk vật lý 11 ctst

Biết cường độ ánh sáng của Mặt Trời đo được tại Trái Đất là 1,37.10³W/m2 và khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất là 1,50.10¹¹ m. Hãy tính công suất bức xạ sóng ánh sáng của Mặt Trời.

Giải nhanh:

Công suất bức xạ sóng ánh sáng của Mặt Trời: 

P = I.4 π r² = 1,37.10³.4 π.(1,50.1011)² ≈ 3,874.10²⁶W

II. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG

Thảo luận 5 trang 44 sgk vật lý 11 ctst

Từ phương trình (6.6), xác định khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha và khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động ngược pha (theo bước sóng).

Giải nhanh:

Từ phương trình (6.6) u = A cos

- Tại cùng một thời điểm t, hai điểm có toạ độ x và x' dao động cùng pha khi:                                                                                                                

Hai điểm gần nhất dao động cùng pha ứng với k = 1⇒ x’ – x = λ

- Tại cùng một thời điểm t, hai điểm có toạ độ x và x' dao động ngược pha khi:

= (2k+1)π ⇒ x’ – x = (k+1/2)λ (k∈Z)

Hai điểm gần nhất dao động ngược pha ứng với k = 0 ⇒ x’ – x = λ/2

Thảo luận 6 trang 44 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 6.3, xác định độ lệch pha của hai điểm A và B trên cùng phương truyền sóng vào thời điểm t = 7T/4

Giải nhanh:

Độ lệch pha của hai điểm này là Δφ  =  .AB  = .  = rad

Luyện tập trang 44 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao ở Hình 6.6a, đường biểu diễn có một đoạn nằm ngang sau vị trí có toạ độ x1 và ở Hình 6.6b, đường biểu diễn có một đoạn nằm ngang trước thời điểm t1.

Giải nhanh:

Hình 6.6a: Đồ thị a có đường nằm ngang sau vị trí x1 do sau tại thời điểm đó chưa có sóng truyền tới

Hình 6.6b: Điểm cách nguồn một khoảng x chỉ bắt đầu dao động khi sóng truyền đến, nên với t < x/v, sóng chưa truyền đến điểm M

Vận dụng trang 44 sgk vật lý 11 ctst

Đề xuất phương án thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm đơn giản để tạo ra sóng truyền trên một sợi dây và xác định các đại lượng đặc trưng của sóng như chu kì, tần số.

Giải nhanh:

Ta sử dụng 1 sợi dây không dãn buộc một đầu vào thiết bị tạo rung 

Thực hiện thí nghiệm giáo viên đã hướng dẫn

Bài tập 1 trang 45 sgk vật lý 11 ctst

Khi đi biển, các thuỷ thủ trên thuyền có thể sử dụng kĩ thuật sonar (một kĩ thuật phát ra sóng siêu âm) dùng để định vị hay điều hướng thuyền nhằm tránh các tảng đá ngầm hoặc phát hiện đàn cá (Hình 6P.1). Trong tự nhiên, nhiều loài động vật như dơi, cá heo cũng có thể phát ra sóng siêu âm để di chuyển và định vị con mồi. Kĩ thuật sonar sử dụng tính chất nào của sóng? Theo em, sóng siêu âm do các tàu thuyền phát ra có ảnh hưởng như thế nào đối với loài cá heo và cá voi?

Giải nhanh:

Thuật sonar sử dụng tính chất phản xạ của sóng siêu âm. Sóng siêu âm từ tàu thuyền có thể ảnh hưởng đến cá heo và cá voi, gây khó khăn cho chúng trong việc xác định vị trí, phương hướng, kẻ thù, và giao tiếp.

Bài tập 2 trang 45 sgk vật lý 11 ctst

Hai điểm gần nhất trên cùng phương truyền sóng dao động lệch pha nhau một góc π/2 cách nhau 60 cm. Biết tốc độ truyền sóng là 330 m/s. Tìm độ lệch pha:

a) Giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng, cách nhau 360 cm tại cùng một thời điểm.

b) Tại cùng một điểm trên phương truyền sóng sau một khoảng thời gian là 0,1 s.

Giải nhanh:     

Ta có: .d = 2π/λ.60 = π/2 ⇒ λ = 240 cm

Do λ = vT ⇒ T = λ/v = 2,4/330 ≈ 0,00727s

a) Độ lệch pha giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng, cách nhau 360 cm tại cùng một thời điểm:

Δφ   = 2kπ

⇒ Δφ = .(x’ − x) =  = 3π rad

Do đó, hai điểm này dao động ngược pha nhau.

b) Độ lệch pha giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng sau 1 khoảng thời gian 0,1s:

Δφ =   = 2kπ

⇒ Δφ = .(x’ − x)  =  ≈ 27,5π rad

Do tính tuần hoàn của dao động nên ta có thể ghi Δφ = 1,5π rad.

Bài tập 3 trang 45 sgk vật lý 11 ctst

Một sóng truyền trên một dây rất dài có phương trình:

u =10cos(2πt+0,01πx)

Trong đó u và x được tính bằng cm và t được tính bằng s. Hãy xác định:

a) Chu kì, tần số và biên độ sóng.

b) Bước sóng và tốc độ truyền sóng.

c) Giá trị của li độ u, tại điểm có x = 50 cm vào thời điểm t = 4s. 

Giải nhanh:     

U = Acos(2π/T.t − 2π/λ.x)

a) Ta có: 2π/T = 2π ⇒ T = 1s

Tần sồ f = 1/T = 1Hz

Biên độ A = 10 cm

b) Ta có: 2π/λ = 0,01π ⇒ λ = 200cm

v = λ.f = 200.1 = 200 cm/s

c) Ta có: u  = 10cos(2πt+0,01πx) = 10cos(2π.4+0,01π.50) = 0 cm