Một số kinh nghiệm hệ thống kiến thức và giải nhanh các bài tập trắc nghiệm chương sóng cơ vật lý 12 - skkn hay

  • Số trang: 75 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 27 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 24000 tài liệu

Mô tả:

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: MỘT SỐ KINH NGHIỆM HỆ THỐNG KIẾN THỨC VÀ GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG SÓNG CƠ VẬT LÝ 12 GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 1 - CẤU TRÚC ĐỀ TÀI VÀ MỤC LỤC.................. tr – 2 - I. ĐẶT VẤN ĐỀ * LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................... tr – 4 - II. NỘI DUNG A. THỰC TRẠNG TRƯỚC ĐỀ TÀI....................... tr – 4 - B. HƯỚNG MỚI CỦA ĐỀ TÀI................................ tr– 5 - B.1. Xác định vị trí ........................................ tr– 5 - B.2. Phương pháp................................................. tr– 5 - 2.1. Phương pháp nghiên cứu:...................... tr– 5 - 2.2. Cơ sở lý thuyết ........................................ tr– 6 - B. 3. Giải pháp thực hiện....................................... tr– 18 - 3.1. Dạng bài tập I: Xác định các đại lượng đặc trưng của sóng tr – 18 - 3.2. Dạng bài tập II: Viết phương trình sóng tr – 21 - 3.3. Dạng bài tập III: Độ lệch pha giữa hai điểm M và N cách nguồn tr – 233.4. Dạng bài tập IV: GIAO THOA SÓNG tr – 28 - IV.1- Viết phương trình dao động tổng hợp tại điểm M trong miền giao thoa. Xác định biên độ sóng tại một điểm trong vùng giao thoa. tr -28 – IV. 2- Tìm số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn thẳng nối hai nguồn tr -35IV. 3- Tìm số điểm cực đại, cực tiểu trong đoạn thẳng MN nằm trên đoạn thẳng nối hai nguồn. tr – 40- IV. 4- Tìm số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn thẳng nối hai điểm bất kỳ M,N tr – 45 – 4.1- Xác định số điểm cực đại, cực tiểu ( đứng yên) trên đoạn thẳng CD tạo với đoạn thẳng chứa nguồn AB một hình vuông ABCD hoặc hình chữ nhật ABCD 4.1. a- Hai nguồn A, B dao động cùng pha: (  = 0) tr – 46– GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 2 - 4.1. b- Hai nguồn A, B dao động ngược pha (  = (2k+1) ) tr – 47 4.1.c - Hai nguồn dao động vuông pha: (  = (2k+1) /2 ) tr – 48 IV. 5- Xác định số điểm cực đại, cực tiểu trên đường tròn tâm O ( O cũng là trung điểm của đoạn thẳng chứa hai nguồn AB) tr – 51 IV. 6- Xác định vị trí tại M cùng pha, ngược pha, với các nguồn tr – 54 IV. 7- Xác định số điểm cực đại, cực tiểu trên đoạn thẳng là đường trung trực của AB và cách AB một đoạn x( hoặc trên đường thẳng vuông góc với AB) tr – 55 – IV. 8- Xác định khoảng cách ngắn nhất hoặc lớn nhất từ một điểm M đến hai nguồn thỏa mãn điều kiện của đề bài ( như M cực đại, cực tiểu, cùng pha, ngược pha, vuông pha, lệch pha... so với nguồn ). tr – 60 – 3. 5. Dạng bài tập V: SÓNG DỪNG tr – 63 – 3. 6. Dạng bài tập VI: SÓNG ÂM tr – 66 – VI. 1- Dạng bài tập về nguồn âm liên quan đến sóng dừng. tr – 66 - VI.2- Dạng bài tập xác định các đại lượng đặc trưng của âm. tr – 67 - C. ÁP DỤNG ĐỀ TÀI............................................... tr – 70- C.1. Phạm vi áp dụng.............................................. tr – 70 - C.2. Tiến trình vận dụng và hiệu quả.................... tr – 70- III. KẾT LUẬN............................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................... tr – 73 tr - 75- GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 3 - I. ĐẶT VẤN ĐỀ * LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trắc nghiệm khách quan là xu hướng chủ đạo để kiểm tra đánh giá định kỳ chất lượng học tập, thi tốt nghiệp trung học phổ thông, bổ túc và trong các kỳ thi tuyển sinh đại học (ĐH), cao đẳng (CĐ), trung cấp chuyên nghiệp (TCCN)… đối với môn Vật lý cho học sinh lớp 12. Với hình thức thi trắc nghiệm khách quan thì nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kỹ, nắm vững toàn bộ kiến thức của từng chương trong chương trình vật lý 12. Để đạt được kết quả tốt trong việc kiểm tra đánh giá định kỳ chất lượng học tập, thi tuyển, thì học sinh không những phải nắm vững kiến thức, mà còn phải có phương pháp phản ứng nhanh nhạy, xử lý tốt đối với các dạng bài tập của từng chương. Với lý do trên chúng tôi có dự định giúp học sinh hệ thống kiến thức và giải nhanh các dạng bài tập của từng chương của vật lý 12. Vì lý do thời gian không cho phép, nên chúng tôi chọn trước một chương đó là chương Sóng cơ để thực hiện đề tài HỆ THỐNG KIẾN THỨC VÀ GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG SÓNG CƠ - VẬT LÝ 12. II. NỘI DUNG A. THỰC TRẠNG TRƯỚC ĐỀ TÀI GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 4 - Trong Sách giáo khoa Vật lý 12 chương trình chuẩn (CB), chương Sóng cơ là chương II, từ bài 7 đến bài 11( 5 bài). Với Sách giáo khoa vật lý 12 chương trình nâng cao (NC ), chương Sóng cơ là chương III, từ bài 14 đến bài 20 ( 7 bài ), trong đó có 1 bài thực hành và 1 bài luyện tập. Vậy cụ thể ở sách giáo khoa vật lý 12 (NC) lượng kiến thức có nhiều hơn sách giáo khoa vật lý (CB) một ít nhưng lượng thời gian là như nhau. Với dung lượng kiến thức và dung lượng thời gian như trên, học sinh ( HS ) khó có thể nắm được, hiểu được kiến thức cơ bản, ý nghĩa vật lý và chắc chắn sẽ gặp khó khăn để vận dụng kiến thức đó vào giải bài tập. Giúp HS tháo gỡ khó khăn trên chúng tôi viết đề tài HỆ THỐNG KIẾN THỨC VÀ GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG SÓNG CƠ - VẬT LÝ 12. B. HƯỚNG MỚI CỦA ĐỀ TÀI B.1. Xác định vị trí của chương Sóng cơ trong chương trình vật lý 12 Như trình bày ở trên, giáo viên cần xác định vị trí và điều chỉnh nhận thức của HS về chương Sóng cơ. Đây là chương vận dụng làm rõ lý thuyết Dao động điều hòa đối với 2 chương trình vật lý 12 NC và CB . Đặc biệt vận dụng Tổng hợp dao động điều hòa trong Giao thoa sóng, Sóng dừng…giải các bài toán liên quan đến đại lượng đặc trưng của Sóng cơ. B.2. Phương pháp 2.1. Phương pháp nghiên cứu: - Xác định về nhận thức tầm quan trọng của Sóng cơ trong chương trình vật lý 12 THPT để định hướng HS trong việc rèn luyện kỹ năng vận dụng. - Nắm lại một cách kỹ lưỡng về cơ sở lý thuyết của Sóng cơ, chú ý đến một số dạng bài tập cụ thể . Mỗi dạng bài tập thì phải nắm lý thuyết gì, phương pháp giải như thế nào, trên cơ sở lý thuyết của sách giáo khoa vật lý 12 và kiến thức GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 5 - chúng tôi bổ sung, nhằm mục đính giúp HS hệ thống kiến thức và rèn luyện kỹ năng tính nhanh, đáp ứng theo hướng làm bài trắc nghiệm. - Cụ thể chúng tôi hệ thống kiến thức chung của chương, phân dạng bài tập, bổ sung kiến thức, phương pháp và kỹ năng để giải dạng bài tập này. Đồng thời chúng tôi sưu tầm dạng bài tập tương tự để HS tự giải và rèn luyện kỹ năng. - Đề tài được dạy thực nghiệm trên một số lớp và có kiểm tra khảo sát, đánh giá và so sánh với các lớp chỉ được giảng dạy bình thường theo sách giáo khoa, không áp dụng đề tài . - Trong giải pháp thực hiện mỗi dạng bài tập chúng tôi có đưa ra phương pháp chung, kiến thức cần nhớ, ví dụ minh họa và chỉ hướng dẫn lược giải những bài tập minh họa. - Trong rèn luyện kỹ năng chúng tôi đưa ra bài tập theo dạng tương tự và nêu đáp án có gạch chân ( trong file đáp án tô mã màu 225 ). - Yêu cầu tối thiểu là HS phải nắm được kiến thức cơ bản của chương, hiểu được bài giải minh họa, nắm được phương pháp chung của từng dạng bài. 2.2. Cơ sở lý thuyết: I. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG : 1. Các định nghĩa: + Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian. + Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền, còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định. + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: Sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su. GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 6 - + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Ví dụ: Sóng âm, sóng trên một lò xo. 2. Các đặc trưng của sóng cơ : + Biên độ của sóng A là biên độ dao động của một phần tử vật chất của môi trường có sóng truyền qua. + Chu kỳ sóng T là chu kỳ dao động của một phần tử vật chất của môi trường sóng truyền qua. + Tần số f là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng : f = 1 T ( Hz) + Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường . + Bước sóng  là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ  = v.T = v f , (m) 2λ λ A E B  Phương truyền sóng H F D C 4 I J  G 2 3  2 + Bước sóng  cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau. * Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là  . 2 * Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha nhau thì cách nhau  . 4 GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 7 - * Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha thì cách nhau một số nguyên lần của bước sóng : (d2 – d1 = k  ). * Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha thì cách nhau một số nguyên lẻ lần của nửa bước sóng :  2 d2 – d1 = (2k+1) . * Lưu ý : Giữa n ngọn ( đỉnh ) sóng lồi hoặc lõm có L = ( n – 1 )  . 3. Phương trình sóng : N Phương truyền sóng x y O M + Phương trình sóng tại nguồn O là : uO =Aocos(t + 0 ) Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độsóng tại O và tại M bằng nhau AO = AM = A. + Phương trình sóng tại M trên phương truyền sóng cách nguồn một đoạn t T x  � � x 2 .(  )  0 � hay uM =AMcos (t - 2 + 0 ) ; x là: uM = AM cos �  � �  hay uM = AM cos (t �b.x ). trên trục Ox => v  � b + Phương trình sóng tại N trên phương truyền sóng ở trước nguồn là: t T x  � � 2 .(  )  0 � , hay uN =AN cos (t + 2 uN = AM cos � � � y  + 0 ) * Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và tại N bằng nhau (AO = AM = AN =A) thì uN =Acos( t  2 y + 0 )  Lưu ý: Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 8 - * Độ lệch pha giữa hai điểm M và N cách nguồn những đoạn xM, xN là:  MN   xN  xM v hoặc  MN  2 yx   2 d trong đó: d= y- x  * Nếu 2 điểm M và N dao động cùng pha thì:  MN  2k � 2 xN  xM = 2k  � d  xN  xM  k  , ( k �Z ).  * Nếu 2 điểm M và N dao động ngược pha thì:  MN  (2k  1) � 2 xN  xM  = (2k+1)  � d  xN  xM  (2k  1) , ( k�Z ). 2  * Nếu 2 điểm M và N dao động vuông pha thì:  MN  (2k  1)  x  xM   � 2 N = (2k+1) � d  xN  xM  (2k  1) . , (k �Z ). 2 2 4  * Nếu 2 điểm M và N cùng nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau d v một khoảng d thì độ lệch pha  MN    2 d  Lưu ý : * x, xM, xN, d,  và v phải có đơn vị tương ứng. * Trong hiện tượng sóng truyền trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số là f thì tần số dao động của dây là 2f. 4. Giao thoa sóng. * Nguồn kết hợp, sóng kết hợp, sự giao thoa của sóng kết hợp. + Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian. + Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian. + Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 9 Giao thoa sóng trong đó có những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt. + Điều kiện để có giao thoa: Hai sóng phải là hai sóng kết hợp *Lý thuyết về giao thoa: 4.1- Hai nguồn dao động cùng biên độ A: + Giả sử S1 và S2 là hai nguồn kết hợp có phương trình sóng nguồn uS1 = Acos (t  1 ) và uS2 = Acos (t  2 ) cùng truyền đến điểm M ( với S1M = d1 và S2M = d2 ). Gọi  là bước sóng + Phương trình dao động tại M do S1 và S2 truyền đến lần lượt là: u1M = Acos (t  2 d1  1 )  M d1 2 d 2  2 ) và u2M = Acos (t   S1 d2 S2 + Phương trình dao động tại M: d 2  d1  2  1 � d1  d 2 1  2  (  t    ) cos 2 �  2 �  � �  uM = u1M + u2M = 2Acos � Dao động của phần tử tại M là dao động điều hoà cùng chu kỳ với hai nguồn và có: �  + Biên độ giao thoa sóng: AM = 2A cos � d 2  d1 �    � �với    2  1 2 � + Khi hai sóng kết hợp gặp nhau: * Tại những chổ chúng cùng pha, chúng sẽ tăng cường nhau, biên độ dao động tổng hợp đạt cực đại ( gợn lồi ). Amax = 2A GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 10 - * Tại những chổ chúng ngược pha, chúng sẽ triệt tiêu nhau, biên độ dao động tổng hợp đạt cực tiểu ( đứng yên). Amin = 0 * Tại những chổ chúng vuông pha, chúng sẽ dao động với biên độ dao động tổng hợp đạt AM = A 2 *Tại những điểm khác thì biên độ sóng có giá trị trung gian: Amin �A �Amax *Điều kiện giao thoa: + Hai dao động cùng phương, cùng chu kỳ hay tần số + Hai dao động có hiệu số pha không đổi theo thời gian. l  l  Chú ý: * Số cực đại:   k  (k �Z)  2  2 * Số cực tiểu: l 1  l 1     k    2 2  2 2 4.1.a. Hai (k �Z) nguồn dao động cùng pha (   1   2  0 ) * Vị trí các cực đại giao thoa(Gợn lồi): d2 – d1 = k (kZ). Những chỗ mà hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng (dao động của môi trường ở đây là mạnh nhất). Số đường hoặc số điểm cực đại ( không tính hai nguồn ):  l l k   * Vị trí các cực tiểu giao thoa(Gợn lõm) (không dao động): d2 – d1 = (2k+1)  , ( k Z ). 2 Những chổ mà hiệu đường đi bằng một số lẻ nữa bước sóng (dao động của môi trường ở đây là yếu nhất ) .  l 1 l 1  k   2  2 Số đường hoặc số điểm cực tiểu ( không tính hai nguồn ): 4.1.b. Hai nguồn dao động ngược pha: (   1   2   )  * Vị trí các cực đại giao thoa(Gợn lồi): d2 – d1 = (2k+1) 2 (kZ) Số đường hoặc số điểm dao động cực đại: ( không tính hai nguồn ):  l 1 l 1  k   2  2 GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 11 - * Vị trí các cực tiểu giao thoa(Gợn lõm)(không dao động):d2 – d1 = k (k Z) Số đường hoặc số điểm dao động cực tiểu l l ( không tính hai nguồn ):  k 4.1.c. Hai nguồn dao động vuông pha: (     1   2  (2k  1)  ) 2 l 1 l 1  k  (k Z)  4  4 l 1 l 1 Số đường hoặc số điểm) dao động cực tiểu:    k   (k Z)  4  4 Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn thẳng nối 2 nguồn là bằng nhau nên có Số đường hoặc số cực đại:  thể dùng 1 công thức là đủ. Chú ý: Với bài toán tìm số đường dao động cực đại và không dao động giữa hai điểm M, N cách hai nguồn lần lượt là d1M, d2M, d1N, d2N. Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2N và giả sử dM < dN. + Hai nguồn dao động cùng pha:  Số đường hoặc số điểm dao động cực đại (không tính hai nguồn): dM < k < dN  Số đường hoặc số điểm) dao động cực tiểu (không tính hai nguồn): dM < (k+0,5) < dN + Hai nguồn dao động ngược pha:  Số đường hoặc số điểm dao động cực đại (không tính hai nguồn): dM < (k+0,5) < dN  Số đường hoặc số điểm) dao động cực tiểu (không tính hai nguồn): dM < k < dN + Hai nguồn dao động ngược pha:  Số đường hoặc số điểm dao động cực đại (không tính hai nguồn): dM < (2k + 1)/4 < dN  Số đường hoặc số điểm) dao động cực tiểu (không tính hai nguồn): dM < (2k + 1)/4 < dN Số giá trị nguyên của k thoả mãn các biểu thức trên là số đường ( số điểm) cần tìm. 4.2- Hai nguồn dao động khác biên độ ( A1 ; A2 ): + Giả sử S1 và S2 là hai nguồn kết hợp có phương trình sóng nguồn uS1 = A1 cos (t  1 ) và uS2 = A2 cos (t   2 ) cùng truyền đến điểm M GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 12 - ( với S1M = d1 và S2M = d2 ). Gọi  là bước sóng + Phương trình dao động tại M do S1 và S2 truyền đến lần lượt là: u1M = A1 cos( t  1  2 d1 d ) và u2M = A2cos( t  2  2 2 )   + Phương trình sóng tổng hợp tại M: uM = u1M + u2M + Biên độ dao động tổng hợp: A2 =A12+A22+2A1A2cos( 1   2  2 d 2 d1 )  a. Biên độ dao động tổng hợp cực đại A= A1+A2 khi: cos( 1  2  2 d 2 d1   ) =1 � d 2  d1 k  2 1   2 b. Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu A= A1 - A 2 khi: cos(  1   2  2 d 2 d1   1 ) = -1 � d 2  d1 (k  )  2 1  2 2  5. Sóng dừng + Sóng dừng là sóng truyền trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút( điểm luôn đứng yên) và các bụng ( biên độ dao động cực đại ) cố định trong không gian. + Nguyên nhân: Sóng dừng là kết quả của sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ cùng phát ra từ một nguồn và truyền theo cùng một phương. + Phân loại và điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l : 5. a. Sóng dừng cố định là sóng trên dây với 2 đầu cố định ( hoặc 2 đầu là 2 nút) * Điều kiện để có sóng dừngcố định : Để có sóng dừng đầu cố định thì chiều dài P Q của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng. l  k  , (k �N ). 2 k Gọi k là số bó sóng  Số bó sóng = số bụng sóng = k ; Số nút sóng = k + 1 GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 13 - 5. b. Sóng dừng tự do là sóng trên dây với một P đầu cố định, đầu còn lại tự do ( hoặc một Q đầu dây là nút, một đầu dây là bụng) k * Điều kiện để có sóng dừng tự do: Để có sóng dừng tự do thì chiều dài sợi dây phải bằng một số lẻ lần phần tư bước sóng l  (2k  1)  , (k�N ) . 4 Gọi k là số bó sóng  Số bụng = số nút = k + 1 * Đặc điểm của sóng dừng - Biên độ dao động của phần tử vật chất ở mỗi điểm không đổi theo thời gian. - Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là - Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là  . 2  . 4  - Khoảng cách giữa 2 nút ( hoặc 2 bụng ) bất kỳ là k 2 . 5. c. Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng nhờ sóng dừng: + Tốc độ truyền sóng: v = f =  T . + Phương trình sóng dừng trên sợi dây PQ ( Đầu P cố định hoặc dao động nhỏ xem như là nút sóng) P * Đầu Q cố định ( nút sóng): Q M Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại Q uQ = Acos( 2  ft) và u’Q = - Acos( 2  ft ) = Acos( 2  ft -  ). Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách Q một khoảng d là: uQM = Acos( 2  ft + 2 d d ) và u’QM = Acos( 2  ft - 2 -  )   GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 14 - Phương trình sóng dừng tại M: uM = uQM + u’QM uM = 2Acos( 2 d   d  + )cos(2  ft - ) = 2Asin( 2 )cos(2  ft - )  2 2  2 Biên độ dao động của phần tử tại M: d d  + ) = 2A sin(2 )  2  AM = 2Acos( 2 * Đầu Q tự do ( bụng sóng): M P Q Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại Q uQ = u’Q = Acos( 2  ft) Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách Q một khoảng d là: uQM = Acos( 2  ft + 2 d d ) và u’QM = Acos( 2  ft - 2 )   Phương trình sóng dừng tại M: uM = uQM + u’QM uM = 2Acos( 2 d )cos(2  ft )  Biên độ dao động của phần tử tại M: AM = 2A cos(2 d )  Lưu ý: * Với d là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ: AM = 2A sin(2 d )  * Với d là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ: AM = 2A cos(2 d )  6. Sóng âm: + Sóng âm: Sóng âm là những sóng cơ truyền trong môi trường khí, lỏng, rắn. Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm + Nguồn âm: Một vật dao động tạo phát ra âm là một nguồn âm. GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 15 - + Âm nghe được ( âm thanh ) có tần số từ 16Hz đến 20000Hz và gây ra cảm giác âm trong tai con người. + Hạ âm: Những sóng cơ học tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm, tai người không nghe được + Siêu âm: Những sóng cơ học tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm, tai người không nghe được. + Sóng âm, sóng hạ âm, sóng siêu âm đều là những sóng cơ học lan truyền trong môi trường vật chất, nhưng chúng có tần số khác nhau và tai người chỉ cảm thụ được âm thanh chứ không cảm thụ được sóng hạ âm và sóng siêu âm. + Nhạc âm có tần số xác định. + Môi trường truyền âm Sóng âm truyền được trong cả ba môi trường rắn, lỏng và khí nhưng không truyền được trong chân không. Các vật liệu như bông, nhung, tấm xốp có tính đàn hồi kém nên truyền âm kém, chúng được dùng làm vật liệu cách âm. + Tốc độ truyền âm: Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với một tốc độ xác định. - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ của môi trường và nhiệt độ của môi trường. - Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí. - Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng của sóng âm thay đổi còn tần số của âm thì không thay đổi. 6. a. Các đặc tính vật lý của âm + Tần số âm: Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm . GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 16 - + Cường độ âm : I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phuơng truyền sóng trong một đơn vị thời gian . I= 2 Đơn vị cường độ âm là W/m . W P = tS S Với W (J) là năng lượng, P (W) công suất phát âm của nguồn S ( m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với I A RB2  I B RA2 2 sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR và + Mức cường độ âm L( B )  lg LA  LB  10 log I I L(dB)  10.lg Hoặc ; I0 I0 IA R2  10 log B2 IB RA Với I0 = 10-12 W/m2 với f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn. * Dây đàn kéo với lực căng nhất định, dài l  k phát nhạc âm có tần số f  k  v k 2 2f v (hai đầu dây cố định 2l  hai đầu là nút sóng) với k = 1  âm phát ra âm cơ bản có tần số f1  v 2l f k , v ( k �N*) 2l k = 2,3,4… có các hoạ âm bậc 2 (tần số 2f1), bậc 3 (tần số 3f1)… * Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở  một đầu là nút sóng, một đầu f  (2k  1) là bụng sóng) Ứng với k = 0  âm phát ra âm cơ bản có tần số , k = 1,2,3… có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f1), bậc 5 (tần số v ( k �N) 4l f1  v 4l 5f1) … + Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thực tế thường dùng ước số của ben là đềxiben (dB): 1B = 10dB. + Âm cơ bản và hoạ âm: Sóng âm do một người hay một nhạc cụ phát ra là tổng hợp của nhiều sóng âm phát ra cùng một lúc. Các sóng này có tần số là f, 2f, 3f, …. Âm có tần số f gọi là hoạ âm cơ bản, các âm có tần số 2f, 3f, … gọi là GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 17 - các hoạ âm thứ 2, thứ 3, …. Tập hợp các hoạ âm tạo thành phổ của nhạc âm nói trên + Đồ thị dao động âm: của cùng một nhạc âm (như âm la chẳng hạn) do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau. 6. b. Các đặc tính sinh lý của âm + Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số của âm. Âm cao (hoặc thanh) có tần số lớn, âm thấp (hoặc trầm) có tần số nhỏ. + Độ to của âm gắn liền với đặc trưng vật lý là mức cường độ âm. + Âm sắc: Giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm B. 3. Giải pháp thực hiện 3. 1. Dạng bài tập I: Xác định các đại lượng đặc trưng của sóng * Phương pháp: + Nắm lại kiến thức cần nhớ: + Bước sóng (  ), Chu kỳ ( T ), Tần số ( f ), Tốc độ ( v ) liên hệ với nhau f= v 1 S ( Hz) ;  = v.T = , (m) v= t f T ( m/s ) + Số ngọn sóng quan sát được: n, trong thời gian t thì: t = ( n -1)T ( s). + Khoảng cách của n ngọn sóng liên nhau cách nhau L thì: L = ( n - 1)  , ( m ) + Từ ngọn sóng thứ n đến ngọn sóng thứ m cách nhau L với ( m > n ) thì: = L mn + Viết biểu thức quan hệ giữa các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm + Suy ra biểu thức xác định đại lượng cần tìm theo các dữ kiện của đề cho + Đổi đơn vị các đại đã biết theo đơn vị tương ứng thích hợp + Thực hiện tính toán xác định giá trị đại lượng cần tìm và lựa chọn câu trả lời đúng GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 18 - * Ví dụ minh họa: VD 3.1.1- Một người ngồi ở bờ biển nhìn thấy có 10 ngọn sóng liên tiếp truyền qua trong 36 giây, khoảng cách giữa hai ngọn sóng liền kề là 5m. Tần số sóng biển và vận tốc truyền sóng là: A. 0,25 Hz; 2,5m/s. B. 4Hz; 25m/s. C. 25Hz; 2,5m/s. D. 0,25Hz; 4m/s * Hướng dẫn giải: Chọn A t = ( n -1)T => T =  10 36 1 1  4 (s) ; f = = = 0,25 Hz , v = f = = 2,5 (m/s) 10  1 T 4 4 VD 3.1.2- Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển, thấy nó nhấp nhô tại chỗ 16 lần liên tiếp trong 30 giây. Khoảng cách giữa 5 ngọn sóng liên tiếp nhau bằng 24m. Tốc độ truyền sóng trên mặt biển là: A. v = 4,5m/s. B. v = 12m/s. C. v = 3m/s. D. v = 2,25m/s. * Hướng dẫn giải: Chọn C t = ( n -1)T=> T = v= 30 24  2 (s) ; L = ( n-1)  =>  =  6 ( m) 16  1 5 1  6 = = 3(m/s) T 2 VD 3.1.3- Một sóng ngang truyền trên sợi dây dài có phương trình sóng là u = 6cos( 4  t - 0,02  x ) trong đó u và x tính băng cm, t tính bằng giây. Xác định biên độ, tần số và bước sóng: A. 5cm; 10Hz; 2cm. B. 100cm; 2Hz; 6cm. C. 2cm; 6Hz; 50cm. D. 6cm; 2Hz; 100cm. * Hướng dẫn giải: Chọn D GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 19 - Từ phương trình sóng ta có: A = 6cm, f =  4 = = 2 Hz; 2 2 2 x  0, 02 =>  = 100cm.  * Bài tập tương tự dạng I : 1.1. Người quan sát mặt biển thấy có 5 ngọn sóng đi qua trước mặt mình trong khoảng thời gian 10 giây và đo được khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 5m. Coi sóng biển là sóng ngang. Vận tốc truyền sóng trong mặt nước là: A. 3 m/s B. 2 m/s C. 4 m/s D. 6 m/s 1.2. Một người quan sát một chiếc phao nổi trên mặt nước biển thấy nó nhô lên 6 lần trong 15 giây. Coi sóng biển là sóng ngang. Chu kì của sóng biển là: A. 3s B. 4s C. 5s D.2,5s 1.3. Sóng cơ học lan truyền trong môi trường đàn hồi với vận tốc v không đổi, khi tăng tần số sóng lên 2 lần thì bước sóng A. Tăng 4 lần B. Tăng 2 lần C. Không đổi D. Giảm 2 lần. 1.4. Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô lên cao 10 lần trong 18s, khoảng cách giữa hai ngọn sóng kề nhau là 2m. Vận tốc truyền sóng trên mặt biển là A. v = 1m/s B. v = 2m/s C. v = 4m/s D. v = 8m/s. 1.5. Một sóng cơ học lan truyền với vận tốc 320m/s, bước sóng 3,2m. Chu kì của sóng đó là A. T = 0,01 s B. T = 0,1 s C. T = 50 s D. T = 100 s. 1.6. Một người ngồi ở bờ biển trông thấy có 8 ngọn sóng qua mặt trong 14 giây, khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là 10m. Tần số sóng biển và tốc độ truyền sóng trên mặt nước là A. 0,25Hz; 2,5m/s B.0,5Hz; 5m/s C. 25Hz; 2,5m/s D.4Hz;5cm/s GIẢI PHÁP HỮU ÍCH – Nguyễn Văn Thủy – Trần Thiện Phương – Huỳnh Ngọc Giang - 20 -
- Xem thêm -