BÀI 9. SÓNG DỪNG 

I. SỰ PHẢN XẠ SÓNG

Thảo luận 1 trang 56 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 9.2 và nhận xét chiều biến dạng của dây khi có sóng tới và sóng phản xạ trong hai trường hợp: đầu dây cố định và đầu dây tự do.

Giải nhanh:

- Đầu dây cố định: li độ của sóng phản xạ ngược chiều với li độ của sóng tới tại điểm phản xạ.

- Đầu dây tự do: li độ của sóng phản xạ cùng hướng với li độ của sóng tới tại điểm phản xạ.

II. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG

Thảo luận 2 trang 57 sgk vật lý 11 ctst

Nhận xét về sự phụ thuộc của số lượng điểm cực đại, cực tiểu trên sợi dây với tần số của máy phát tần số.

Giải nhanh:

HS tự làm thí nghiệm theo hướng dẫn

Nếu tần số tăng thì bước sóng sẽ giảm và số lượng điểm cực đại, cực tiểu trên sợi dây sẽ tăng và ngược lại.

Thảo luận 3 trang 58 sgk vật lý 11 ctst

Dựa vào sự hình thành của các điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu trong hiện tượng giao thoa, hãy dự đoán nguyên nhân hình thành bụng sóng và nút sóng trong hiện tượng sóng dừng.

Giải nhanh:

Khi truyền trên dây, sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau tạo ra hiện tượng giao thoa. Các điểm dao động với biên độ cực đại tương ứng với các bụng sóng và ở các điểm có biên độ bằng 0 trên dây xuất hiện những điểm đứng yên tương ứng với các nút sống 

III. ĐIỀU KIỆN CÓ SÓNG DỪNG

Luyện tập 1 trang 60 sgk vật lý 11 ctst

Một dây đàn guitar dài 64 cm phát ra âm cơ bản có tần số f khi được gảy. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là 422 m/s.

a) Tính giá trị f.

b) Người chơi đàn ấn đầu ngón tay lên một phím đàn để tạo thành một vật cản (cố định) làm cho chiều dài của dây ngắn đi (Hình 9.5). Khoảng cách từ phím đàn này đến đầu dây là 3,7 cm. Tinh tần số âm cơ bản phát ra bởi dây đàn trong trường hợp này.

Giải nhanh:

a) Ta có: f =   =  = 329,69Hz

b) Vậy trong trường hợp này thì chiều dài dây giảm 3,7 cm

f =  =  = 349,92Hz

Luyện tập 2 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm sóng dừng trên sợi dây AB dài 120 cm với đầu B tự do, đầu A được kích thích để thực hiện dao động với biên độ nhỏ. Ngoài đầu A, trên dây xuất hiện thêm một nút. Biết tần số sóng là 12,5 Hz.

a) Tính tốc độ truyền sóng.

b) Để có thêm một nút sóng trên dây thì tần số sóng khi này phải bằng bao nhiêu?

Giải nhanh:

a) Điểm nút thêm ngoài đầu A ta có 

l = 3.  ⇒ λ = 160cm

Tốc độ truyền sóng là: 

V = f.λ = 12,5.160 = 2000 cm/s = 20 m/s

b) Để có thêm một nút sóng thì 

l = 5.   ⇒ f =  .  =    = 20,833Hz

Vận dụng trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao khi vặn khoá để chỉnh dây đàn guitar (Hình 9,7), ta có thể tạo ra hệ sống dừng trên dây. Biết tốc độ truyền sóng trên dây phụ thuộc lực căng dây.

Giải nhanh:

Việc thao tác  vặn khoá để chỉnh lực căng của dây đàn thay đổi chiều dài của dây đàn. Từ đó làm thay đổ tần số  âm dao động khi gảy tạo ra các nốt nhạc có độ trầm bổng khác nhau

Bài tập 1 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Người ta thực hiện thí nghiệm sóng dừng trên một dây đàn hồi có hai đầu cố định dài 75,0 cm để đo tốc độ truyền sóng trên dây. Khi tần số sóng bằng 120 Hz thì trên dây xuất hiện 6 bụng sóng.

a) Tính tốc độ truyền sóng trên dây.

b) Tăng lực căng dây để tăng tốc độ truyền sóng gấp hai lần. Với những giá trị nào của tần số sóng dừng có thể được hình thành trên dây?

 Giải nhanh:

a) Ta có điều kiện hình thành sóng dừng là 

l = 6.λ/2 ⇒ λ = 25cm

v = λf = 25.120 = 3000 cm/s

b) Tốc  độ sóng âm tăng lên gấp đôi v' = 2v thì tần số của sóng cũng phải thay đổi thành f’. Ta có 

l = k. λ/2 =k. λ.v’.f’ = k.

So sánh với điều kiện có sóng dừng trong câu a, ta suy ra 

f′= 2k. = 80k Hz (k=1, 2, 3,...)

Suy ra: f' = 80Hz; 160 Hz; 240 Hz;...

Bài tập 2 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Trong một thử nghiệm nướng bánh bằng lò vi sóng, người ta đo được khoảng cách giữa hai phần nóng nhất và gần nhau nhất của bánh là khoảng 6,13 cm. Biết tần số sóng vi ba được sử dụng trong lò là 2,45 GHz. Sử dụng các số liệu đã cho để ước lượng tốc độ của sóng điện từ.

Giải nhanh:

khoảng cách giữa hai phần nóng nhất và gần nhau nhất của bánh là khoảng 6,13 cm nên λ/2 = 6,13cm ⇒ λ = 2.6,13.10⁻²m

Tốc độ của sóng điện từ là v = λ.f = 2.6,13.10⁻².2,45.10⁹≈ 3.108m/s