Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu hay học sinh dùng để ôn thi THPT Quốc gia đạt điểm cao, giáo viên sử dụng tài liệu để dạy thêm và ôn thi cho các em . Giáo viên có thể sử dụng để ôn thi học sinh giỏi tỉnh, ôn thi giáo viên dạy giỏi.
CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ CHƯƠNG II SÓNG CƠ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hiện tượng sóng học Thí nghiệm: Cho mũi S chạm vào mặt nước O, kích thích cho cần rung dao động, sau thời gian ngắn, mẩu nút chai M dao động Vậy, dao động từ O truyền qua nước tới M Ta nói, có sóng mặt nước O nguồn sóng M S O Chú ý: Nút chai M dao động nhấp nhô chỗ, không truyền theo sóng Định nghĩa đặc điểm sóng a) Định nghĩa: Sóng học trình lan truyền dao động học theo thời gian môi trường vật chất đàn hồi b) Đặc điểm: Khi sóng truyền qua, phần tử môi trường dao động quanh vị trí cân chúng mà không chuyển dời theo sóng, có pha dao động chúng truyền Phân loại Căn vào mối quan hệ phương dao động phần tử môi trường phương truyền sóng, sóng học phân làm hai loại sóng ngang sóng dọc Sóng ngang: sóng mà phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng Môi trường truyền sóng ngang: Rắn bề mặt chất lỏng Sóng dọc: sóng mà phần tử dao dộng dọc theo phương truyền sóng Môi trường truyền sóng dọc: Rắn, lỏng khí Chú ý: Sóng không truyền chân không Các đại lượng đặc trưng cho sóng Chiều truyền sóng A I E D K F B H C G Chu kì, tần số sóng (T, f): Mọi phần tử môi trường có sóng truyền qua dao động chu kì tần số chu kì tần số nguồn sóng, gọi chu kì tần số sóng Tsóng Tnguôn ; f sóng f nguôn ; T.f Biên độ sóng (A): Biên độ sóng điểm không gian biên độ dao động phần tử môi trường điểm có sóng truyền qua Thực tế: xa tâm dao động (nguồn sóng) biên độ sóng giảm Bước sóng ( ): * Cách 1: Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha * Cách 2: Bước sóng quãng đường mà sóng truyền thời gian chu kì dao động sóng v v.T f * Cách 3: Bước sóng khoảng cách hai đỉnh sóng liên tiếp CẨM NANG VẬT LÍ 12 (18) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ Tốc độ truyền sóng (v): Tốc độ truyền sóng tốc độ truyền pha dao động (không phải vận tốc dao động phần tử môi trường) Tốc độ truyền sóng quãng đường mà sóng truyền đơn vị thời gian s v t (Trong đó: s quãng đường mà sóng truyền thời gian t ) Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào chất môi trường như: độ đàn hồi, mật độ vật chất, nhiệt độ, Đối với môi trường định tốc độ truyền sóng có giá trị không đổi: v = const v f T Năng lượng sóng (E): Năng lượng sóng lượng dao động đơn vị thể tích môi trường có sóng truyền qua Năng lượng sóng tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng: E m2 A (m khối lượng phần tử có biên độ A) Quá trình truyền sóng trình truyền lượng a) Sóng thẳng: sóng truyền theo phương (ví dụ: sóng truyền sợi dây đàn hồi lí tưởng) E const A const b) Sóng phẳng (Sóng tròn): sóng truyền mặt phẳng (ví dụ: sóng truyền mặt mặt nước) Gợn sóng vòng tròn đồng tâm lượng sóng từ nguồn trải toàn vòng tròn Coi lượng sóng bảo toàn truyền 1 E~ A~ R R c) Sóng cầu: Sóng truyền không gian (ví dụ: sóng âm phát từ nguồn điểm) Mặt sóng có dạng mặt cầu lượng sóng từ nguồn trải toàn mặt cầu 1 E~ A~ R R Phương trình sóng a) Phương trình sóng tổng quát M Giả sử phương trình dao động sóng nguồn O có dạng: O x u O A cos t d Phương trình dao động M, cách O đoạn d có dạng: d t d d d u M A M cos(t ) A M cos2( ) A M cos(t 2 ) (ĐK: t ) v T v Nhận xét: Càng nguồn dao động trễ pha Sóng truyền từ nơi sớm pha đến nơi trễ pha b) Cách viết phương trình sóng N P x M O Giả sử nguồn sóng O, sóng truyền qua điểm M, N, P Cho phương trình sóng N: u N A N cos t N Viết phương trình dao động sóng M, P MN Tại M: dao động sớm pha N u M A M cos t N 2 NP Tại P: dao động trễ pha N u P A P cos t N 2 CẨM NANG VẬT LÍ 12 (19) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ c) Ý nghĩa phương trình sóng Tại điểm xác định môi trường: d = const Lúc u M hàm biến thiên điều hòa theo thời gian t với chu kì T Ta có đường sin thời gian Tại thời điểm xác định: t = const Lúc uM hàm biến thiên điều hòa không gian theo biến d với chu kì Ta có đường sin không gian Độ lệch pha a) Tổng quát: Giả sử phương trình dao động nguồn có dạng u O A O cos t 0 Xét điểm M, N mặt chất lỏng cách nguồn O d1, d2 Phương trình dao động d d M, N u M A M cos t 0 2 ; u N A N cos t 0 2 Độ lệch pha 2 hai điểm M, N thời điểm: d d1 b) Đặc biệt: Nếu hai điểm M, N nằm phương truyền sóng N M O x d 2 d d d d 2 2f d1 T v v v Với d = MN: khoảng cách hai điểm M, N d2 Các trường hợp: Trường hợp Nếu hai điểm M, N dao động pha Nếu hai điểm M, N dao động ngược pha Độ lệch pha 2k 2k 1 d k (k = 0, 1, 2, ) d / d 2k 1 Khoảng cách d = MN (k = 1, 2, 3, ) d Khoảng cách gần Nếu hai điểm M, N dao động vuông pha 2k 1 d 2k 1 (k = 0, 1, 2, ) d / Chú ý: Sóng truyền từ nơi dao động sớm pha đến nơi dao động trễ pha Tốc độ truyền sóng vận tốc dao động phần tử môi trường Tốc độ truyền sóng: tốc độ truyền pha dao động: v f T Vận tốc dao động phần tử môi trường: v dđ u ' A sin t Vận tốc dao động cực đại phần tử môi trường: v max dđ A 2fA 2 A T II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Bước sóng: v.T v f Chú ý: Cho biết khoảng cách n đỉnh sóng liên tiếp d: d n 1 Cho hệ sóng tròn đồng tâm mặt chất lỏng, khoảng cách liên tiếp gợn sóng tròn d: d Nếu cho bán kính vòng tròn đồng tâm liên tiếp R1, R2,…Rn n , với 1 R R , R R ,… n CẨM NANG VẬT LÍ 12 (20) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ Tốc độ truyền sóng: v ĐỖ MINH TUỆ S f t T D2 A 2 Biên độ sóng: Sóng truyền thẳng A c onst ; Năng lượng sóng: E Sóng phẳng (tròn): A1 A2 A R R2 ; Sóng cầu: A R1 R1 d t d d Phương trình sóng: u M A M cos(t ) A M cos2( ) A M cos(t 2 ) v T 2 Độ lệch pha: Độ lệch pha điểm mặt chất lỏng d d1 d 2 d d d 2f Độ lệch pha hai điểm phương truyền sóng: 2 T v v v Chú ý: xa nguồn dao động trễ pha; sóng truyền từ nơi sớm pha đến nơi trễ pha t Chu kì sóng: T (n số lần nhô hay số đỉnh sóng quan sát thời gian t ) n 1 CHỦ ĐỀ NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA SÓNG CƠ I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hiện tượng giao thoa sóng Dùng thiết bị để tạo hai nguồn dao động tần số pha mặt nước Kết quả: mặt nước vùng hai sóng chồng lên xuất hai nhóm đường cong xen kẽ: nhóm gồm đường dao động với biên độ cực đại nhóm gồm đường dao động với biên độ cực tiểu (hoặc không dao động), có đường thẳng đường trung trực S1S2 Chú ý: Hình ảnh quan sát: có đường thẳng, lại đường hypebol nhận S1, S2 làm tiêu điểm Nếu hai nguồn S1, S2 dao động pha: đường trung trực S1, S2 dao động cực đại Nếu hai nguồn S1, S2 dao động ngược pha: đường trung trực S1, S2 dao động cực tiểu Định nghĩa: Hiện tượng hai sóng kết hợp gawpj không gian có vị trí biên độ sóng tăng cường (dao động cực đại) bị giảm bớt (dao động cực tiểu), chí triệt tiêu (không dao động) Điều kiện có giao thoa: Phải có nguồn sóng kết hợp Điều kiện để hai nguồn S1 S2 nguồn kết hợp là: Cùng tần số f (cùng chu kì T) Độ lệch pha không đổi theo thời gian Chú ý: Không thiết phải biên độ CẨM NANG VẬT LÍ 12 (21) S1 S1 S2 S2 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ Lí thuyết giao thoa sóng mặt chất lỏng Xét hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 mặt chất lỏng: u1 A1.cos(t 1 ) u A cos(t ) Độ lệch pha hai nguồn S1, S2 là: 2 1 Xét điểm M mặt chất lỏng, cách hai nguồn S1, S2 d1 d2 Coi biên độ sóng không bị suy giảm trình truyền sóng Phương trình dao động M sóng từ nguồn S1, S2 truyền tới d d u1M A1.cos(t 1 2 ) u M A cos(t 2 ) Độ lệch pha hai dao động u1M u2M M thời điểm bằng: d d d d M M ( 1 ) d2 d1 Hiệu khoảng cách từ hai nguồn đến điểm M: M S2 S1 d d1 2 2 Phương trình dao động tổng hợp M có dạng: u M u1M u M Biên độ dao động tổng hợp M: A M A12 A 22 2A1A cos M Trường hợp 1: Tại M dao động với biên độ cực đại Điều kiện: hai dao động M pha M k.2 d d1 k ; (k ) 2 Biên độ dao động cực đại: A max M A1 A Trường hợp 2: Tại M dao động với biên độ cực tiểu Điều kiện: hai dao động M ngược pha M (2k 1) d d1 (k 0,5) ; (k ) 2 Biên độ dao động cực tiểu: A M A1 A Trường hợp thường gặp: A1 = A2 = A M ) Biên độ cực đại: Amax = 2A ; Biên độ cực tiểu: Amin = Một số trường hợp đặc biệt Trường hợp 1: Hai nguồn kết hợp dao động pha Độ lệch pha: k.2 d d1 ) Biên độ dao động tổng hợp M: A M 2A cos( Điều kiện có cực đại cực tiểu giao thoa M: Điều kiện có cực đại giao thoa: d d1 k Biên độ dao động tổng hợp M: A M 2A cos( Điều kiện có cực tiểu giao thoa: d d1 (2k 1) (k 0,5) Trường hợp 2: Hai nguồn kết hợp dao động ngược pha Độ lệch pha: (2k 1) CẨM NANG VẬT LÍ 12 (22) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ Biên độ dao động tổng hợp M: A M 2A cos( ĐỖ MINH TUỆ d d1 ) Điều kiện có cực đại cực tiểu giao thoa M: Điều kiện có cực đại giao thoa: d d1 (2k 1) (k 0,5) Điều kiện có cực tiểu giao thoa: d d1 k Xét điểm nằm đường nối tâm S1 S2 Khoảng cách điểm cực đại điểm cực tiểu gần bằng: Hai điểm cực đại gần dao động ngược pha Ứng dụng - Nhận tượng giao thoa khẳng định có tính chất sóng - Có thể xác định đại lượng v, f Sự nhiễu xạ sóng Hiện tượng sóng gặp vật cản lệch khỏi phương truyền thẳng sóng vòng qua vật cản gọi nhiễu xạ sóng Khoảng cách hai điểm dao động cực đại (cực tiểu) gần bằng: II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Xét hai nguồn kết hợp: u1 A1 cos(t 1 ) u A cos(t ) với 1 d d Độ lệch pha hai dao động điểm M cách S1, S2 d1, d2: M M Hiệu đường từ M tới S1, S2: d d1 2 2 Phương trình dao động tổng hợp M: u M u1M u M Tổng hợp máy tính Biên độ dao động tổng hợp M: A M A12 A 22 2A1A cos M Tại M dao động với biên độ cực đại: hai dao động M pha M k.2 d d d1 k (k Z); Biên độ dao động cực đại: A max M A1 A 2 Tại M dao động với biên độ cực tiểu: hai dao động M ngược pha M (2k 1) d d d1 (k 0,5) (k Z); Biên độ dao động cực tiểu: A M A1 A 2 Nếu hai nguồn có biên độ: A1 = A2 = A Biên độ dao động tổng hợp M: A M 2A cos( M ) ; A max 2A ; A Một số trường hợp đặc biệt a) Trường hợp 1: Hai nguồn kết hợp dao động pha Điều kiện cực đại: d d1 k ; Điều kiện cực tiểu: d d1 (2k 1) (k 0,5) b) Trường hợp 2: Hai nguồn kết hợp dao động ngược pha CẨM NANG VẬT LÍ 12 (23) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ (k 0,5) ; Điều kiện cực tiểu: d d1 k c) Trường hợp 3: Hai nguồn kết hợp dao động vuông pha Điều kiện cực đại: d d1 (k ) ; Điều kiện cực tiểu: d d1 (k ) 4 10 Điều kiện dao động pha, ngược pha, vuông pha với nguồn: cho hai nguồn dao động pha a) Tổng quát: Điểm M nằm cách S1, S2 d d - Điểm M dao động pha với nguồn: d1 d 2k Điều kiện cực đại: d d1 (2k 1) - Điểm M dao động ngược pha với nguồn: d1 d (2k 1) b) Đặc biệt: Điểm M nằm đường trung trực S1S2 (d1 = d2 = d) - Điểm M dao động pha với nguồn: d k - Điểm M ngược pha nguồn: d (2k 1) (k 0,5) - Điểm M vuông pha nguồn: d (2k 1) 11 Xác định số điểm cực đại, cực tiểu: Cần nhớ: Xét điểm nằm đường nối S1, S2 Khoảng cách điểm cực đại (hoặc cực tiểu) gần / , khoảng cách gần điểm cực đại điểm cực tiểu / Hai điểm cực đại gần dao động ngược pha Không tính nguồn nhé! a) Loại 1: Xác định số điểm dao động cực đại, cực tiểu đoạn S1S2 * Nếu hai nguồn S1, S2 pha (hoặc ngược pha): S1S2 n x ; với n phần nguyên, x phần thập phân (dư) - Hai nguồn pha: NCđ 2n x 0; NCđ 2n x = - Điểm M dao động vuông pha với nguồn: d1 d (2k 1) N Ct 2n x 0,5; N Ct 2n x > 0,5 - Hai nguồn ngược pha ngược lại với hai nguồn pha (thay cực đại cực tiểu) * Nếu hai nguồn vuông pha: số điểm dao động cực đại số điểm dao động cực tiểu SS SS k k b) Loại 2: Xác định số điểm dao động cực đại, cực tiểu đoạn MN - Tính: d M d 2M d1M , d N d N d1N (Giả sử: d N d M ) - Giải: d N d d1 d M ( k Z ) k 12 Xác định số điểm cực đại pha với nguồn, ngược pha với nguồn đoạn S1S2 (S1, S2 pha) a) Trường hợp 1: Hai nguồn cách chẵn (ví dụ: 6 ), không tính S1, S2 k - Số điểm cực đại, pha nguồn: ; 2 2 - Số điểm cực đại, ngược pha nguồn: k 2 2 b) Trường hợp 2: Hai nguồn cách lẻ (ví dụ: 5 ), không tính S1, S2 CẨM NANG VẬT LÍ 12 (24) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ k 2 2 k - Số điểm cực đại, ngược pha nguồn: 2 2 - Số điểm cực đại, pha nguồn: CHỦ ĐỀ SỰ PHẢN XẠ SÓNG SÓNG DỪNG I TÓM TẮT LÝ THUYẾT A SỰ PHẢN XẠ SÓNG Phản xạ sóng vật cản cố định Khi gặp vật cản cố định: sóng phản xạ sóng tới có biên độ, tần số, bước sóng ngược pha Độ lệch pha sóng tới sóng phản xạ điểm vật cản cố định là: 2k 1 A B A B A A Li độ vị trí vật cản: u px u t Phản xạ sóng vật cản tự Khi gặp vật cản tự do: sóng phản xạ sóng tới có biên độ, tần số, bước sóng pha Độ lệch pha sóng tới sóng phản xạ điểm vật cản tự là: 2k Li độ vị trí vật cản: u px u t B B B SÓNG DỪNG Định nghĩa: Sóng dừng sóng có nút bụng cố định không gian Giải thích 2.1 Giải thích định tính: Sóng dừng giao thoa sóng tới sóng phản xạ phương truyền sóng Sự tạo thành điểm bụng: Tại điểm M có sóng tới sóng phản xạ dao động pha, chúng tăng cường lẫn tạo thành điểm bụng (biên độ 2A) Sự tạo thành điểm bụng: Tại điểm M có sóng tới sóng phản xạ dao động ngược pha, chúng triệt tiêu lẫn tạo thành điểm nút (biên độ 0): không dao động 2.2 Giải thích định lượng Chọn: gốc toạ độ B, chiều dương trục toạ độ từ B đến A Sóng tới x Giả sử phương trình dao động B sóng tới từ x OB A truyền đến có dạng: A M u B A cos t Sóng phản xạ - Phương trình dao động M sóng tới từ A truyền đến: x u1M A cos(t 2 ) - Phương trình sóng phản xạ B: đầu B cố định (B nút) nên uB + u 'B = u 'B A cos t A cos(t ) - Phương trình dao động tai M sóng phản xạ từ B truyền đến: x u 2M A cos(t 2 ) - Phương trình dao động tổng hợp M: uM = u1M + u2M ; u M 2A cos( CẨM NANG VẬT LÍ 12 (25) x ) cos(t ) 2 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ x - Biên độ dao động tổng hợp: A M 2A cos 2 Điểm bụng: - Tại M bụng sóng sóng tới sóng phản xạ dao động pha - Biên độ: (AM)max = 2A - Vị trí điểm bụng so với gốc toạ độ O (đầu B): x b (2k 1) ; (k = 0, 1, 2, ) Điểm nút: - Tại M nút sóng sóng tới sóng phản xạ dao động ngược pha - Biên độ: (AM)min = - Vị trí điểm nút so với gốc toạ độ O (đầu B): x n k ; (k = 1, 2, ) Điều kiện có sóng dừng dây: Gọi chiều dài dây Trường hợp 1: Nếu sợi dây có hai đầu cố định (2 đầu nút) k ; (k N*) Trong đó: k số bó sóng = số bụng sóng = số múi sóng Trường hợp 2: Nếu sợi dây có đầu cố định (nút) đầu tự (bụng) (2k 1) ; (k N) Trong đó: k số bó sóng nguyên (một bó nguyên có nút hai đầu) Chú ý: Đầu dây gắn vào vật kích thích dao động luộn coi gần nút sóng (tức đầu cố định) Nếu đầu dây lại gắn cố định sợi dây có hai đầu cố định; đầu lại buông tự sợi dây có đầu cố định đầu tự Ứng dụng - Để xác định tốc độ truyền sóng dây, tốc độ âm cột khí - Thí nghiệm đo , biết tần số f v f Các đặc điểm sóng dừng Khoảng cách hai nút sóng hay hai bụng sóng gần / Khoảng cách bụng nút gần / Cho phương trình sóng tới: u A cos t Biên độ điểm bụng: Abụng = 2A; biên độ điểm nút: Anút = Bề rộng bụng sóng L = 2.Abụng = 4A Tốc độ dao động cực đại điểm bụng: vmax = Abụng = A Trong sóng tới sóng phản xạ truyền theo hai chiều khác nhau, sóng tổng hợp dừng chỗ, không truyền không gian Gọi sóng dừng Khoảng thời gian ngắn hai lần sợi dây duỗi thẳng T/2 Mối quan hệ tốc độ truyền sóng dây lực căng dây: v m0 : mật độ khối lượng dây dài , khối lượng dây m0) Kích thích dao động dây nhừ nam châm: Nếu dây kim loại (sắt) kích nam châm điện (Nam châm nuôi dòng điện xoay chiều có tần số f) tần số dao động phần tử dây là: f ' 2f Sợi dây có dòng điện xoay chiều tần số f chạy qua đặt dây hai cực nam châm vĩnh cửu hình chữ U tần số dao động phần tử dây là: f ' f Sóng dừng không truyền lượng không truyền trạng thái dao động Các phần tử nằm hai nút sóng dao động pha với Các phần tử nằm hai bên nút sóng dao động ngược pha Hai điểm bụng gần dao động ngược pha ( : lực căng dây; CẨM NANG VẬT LÍ 12 (26) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Điều kiện có sóng dừng dây: Gọi chiều dài dây a) Trường hợp 1: Nếu sợi dây có hai đầu cố định (2 đầu nút) v v k f k k.f với k = 1, 2, 3,… max 2 f k k f 2 2 (Trong đó: k số bó sóng = số bụng sóng = số múi sóng) - Số điểm bụng: N b k ; số điểm nút: N n k (Lấy dấu + tính đầu dây) - Cho tần số gây sóng dừng liên tiếp dây fk f(k+1): f f (k 1) f k b) Trường hợp 2: Nếu sợi dây có đầu cố định (nút) đầu tự (bụng) (2k 1) v v f k 2k 1 fmin với k = 0, 1, 2,… max 4 f k 2k 1 f 4 4 (Trong đó: k số bó sóng nguyên) - Số bụng sóng số nút sóng nhau: N b N n k - Cho hai tần số gây sóng dừng liên tiếp dây f1 f2 (f2 > f1): f f f1 2 Các đặc điểm sóng dừng: - Khoảng cách hai điểm nút sóng hay hai điểm bụng sóng gần / : d nn min d bb min / - Khoảng cách bụng nút gần / : d nb / - Cho phương trình sóng tới có dạng: u A cos t + Biên độ điểm bụng: A bung 2A ; biên độ điểm nút: A nút (Điểm nút đứng yên) + Bề rộng bụng sóng là: L 2A bung 4A + Tốc độ dao động cực đại điểm bụng: v bung max .A bung 2A - Khoảng thời gian ngắn hai lần sợi dây duỗi thẳng T/2 - Mối quan hệ tốc độ truyền sóng dây lực căng dây: v m0 : mật độ khối lượng dây dài , khối lượng dây m0) - Kích thích dao động dây nhờ nam châm: + Nếu dây kim loại (sắt) kích nam châm điện (Nam châm nuôi dòng điện xoay chiều có tần số f) tần số dao động phần tử dây là: f ' 2f + Sợi dây có dòng điện xoay chiều tần số f chạy qua đặt dây hai cực nam châm vĩnh cửu hình chữ U tần số dao động phần tử dây là: f ' f - Các phần tử nằm hai nút sóng dao động pha với - Các phần tử nằm hai bên nút sóng dao động ngược pha - Hai điểm bụng gần dao động ngược pha - Xác định biên độ điểm dây: 2x + Nếu x khoảng cách từ điểm xét đến điểm nút bất kì: A M 2A sin ( : lực căng dây; + Nếu x khoảng cách từ điểm xét đến điểm bụng bất kì: A M 2A cos 2x Chú ý: CẨM NANG VẬT LÍ 12 (27) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ + Biên độ A cách bụng / cách nút / + Biên độ A cách bụng / cách nút /12 + Biên độ A cách bụng /12 cách nút / CHỦ ĐỀ SÓNG ÂM I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Nguồn âm cảm giác âm a) Nguồn âm: Nguồn âm vật dao động phát âm b) Cảm giác âm: Sóng âm truyền qua không khí, lọt vào tai, gặp màng nhĩ, tác dụng lên màng nhĩ áp suất biến thiên, làm cho màng nhĩ dao động Dao động màng nhĩ lại truyền đến đầu dây thần kinh thính giác, làm cho ta có cảm giác âm Cảm giác âm phụ thuộc vào nguồn âm tai người nghe Định nghĩa phân loại sóng âm a) Định nghĩa: Sóng âm dao động truyền môi trường khí, lỏng, rắn - Trong chất khí, lỏng: sóng âm sóng dọc - Trong chất rắn: sóng âm gồm sóng ngang sóng dọc b) Phân loại: loại Âm thanh: âm mà tai người cảm nhận được, tần số 16 Hz f 20 000 Hz Hạ âm: âm tai người không nghe được: f < 16 Hz Siêu âm: âm mà tai người không nghe được: f > 20 000 Hz Môi trường truyền âm Tốc độ âm a) Môi trường truyền âm: - Sóng âm truyền môi trường vật chất đàn hồi như: rắn, lỏng, khí - Sóng âm không truyền chân không b) Tốc độ truyền âm: - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ môi trường - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ: v ~ T(K) - Nói chung tốc độ truyền âm chất rắn lớn chất lỏng, chất lỏng lớn chất khí vr v v kk Năng lượng âm Sóng âm mang lượng, lượng sóng âm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng a) Cường độ âm: I (đơn vị: W/m2) Cường độ âm điểm lượng lượng sóng âm truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm điểm I E P S.t S b) Mức cường độ âm: L (Đơn vị ben: B) - Mức cường độ âm đại lượng gây cảm giác âm to gấp lần âm - Mức cường độ âm L lôga thập phân tỉ số cường độ I âm, cường độ I0 âm chuẩn: I L(B) g I0 - Đơn vị mức cường độ âm Ben (kí hiệu: B) - Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (dB): 1B = 10 dB CẨM NANG VẬT LÍ 12 (28) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ L(dB) 10g ĐỖ MINH TUỆ I I0 Các đặc trưng sinh lý âm: Độ cao, độ to, âm sắc Các đặc trưng vật lí âm: Tần số, mức cường độ âm, đồ thị dao động Độ cao âm - Độ cao phụ thuộc vào tần số âm (f) - Âm có tần số lớn: âm nghe cao (thanh, bổng), âm có tần số nhỏ: âm nghe thấp (trầm) - Hai âm có tần số có độ cao ngược lại - Dây đàn: + Để âm phát nghe cao (thanh): phải tăng tần số làm căng dây đàn + Để âm phát nghe thấp (trầm): phải giảm tần số làm trùng dây đàn - Thường: nữ phát âm cao, nam phát âm trầm (chọn nữ làm phát viên) - Trong âm nhạc: nốt nhạc xếp theo thứ tự f tăng dần (âm cao dần): đô, rê, mi, pha, son, la, si - Tiếng nói người có tần số khoảng từ 200 Hz đến 1000 Hz Độ to - Cường độ âm lớn, cho ta cảm giác nghe thấy âm to Tuy nhiên độ to âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm - Cảm giác nghe âm “to” hay “nhỏ” phụ thuộc vào cường độ âm mà phụ thuộc vào tần số âm (mức cường độ âm) Với cường độ âm, tai nghe âm có tần số cao “to” âm có tần số thấp - Tai người nghe âm có cường độ nhỏ 10 -12 W/m2 ứng với âm chuẩn có tần số 1000 Hz (gọi cường độ âm chuẩn I0 = 10-12 W/m2) - Tai người nghe âm có cường độ lớn 10 W/m2 Vậy: Độ to âm phụ thuộc vào cường độ âm tần số âm (Hay phụ thuộc mức cường độ âm) Âm sắc - Âm sắc sắc thái âm giúp ta phân biệt giọng nói người người khác, phân biệt “nốt nhạc âm” nhạc cụ phát - Âm sắc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm Nhạc âm Tạp âm Nhạc âm: - Nhạc âm âm có tần số hoàn toàn xác định - Gây cho tai cảm giác êm ái, dễ chịu hát, nhạc, - Đồ thị dao động âm đường cong tuần hoàn Tạp âm: - Tạp âm âm tần số xác định, hỗn hợp nhiều âm có tần số biên độ khác - Gây cho tai cảm giác ức chế, khó chịu cho tai người, - Đồ thị dao động âm đường cong không tuần hoàn Giới hạn nghe tai người a) Ngưỡng nghe: Để âm gây cảm giác âm tai mức cường độ âm phải lớn giá trị cực tiểu gọi ngưỡng nghe - Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm Ví dụ: tần số từ 1000 Hz đến 1500 Hz ngưỡng nghe vào khoảng dB, tần số 50 Hz 50 dB b) Ngưỡng đau: Giá trị cực đại cường độ âm mà tai ta chịu đựng gọi ngưỡng đau - Khi cường độ âm lên tới 10 W/m2 giá trị tần số gây cho tai cảm giác đau, nhức - Ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm Lmax = 130 dB - Ngưỡng đau không phụ vào tần số âm c) Miền nghe được: miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau - Mức cường độ âm: L 130dB CẨM NANG VẬT LÍ 12 (29) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ - Miền nghe phụ thuộc vào tần số Nguồn nhạc âm Dây đàn v v - Trên dây đàn có sóng dừng khi: k k f k 2 2f v + Khi k = 1: f f Âm 2 + Khi k = 2: f2 = 2f0 Họa âm bậc + Khi k = 3: f3 = 3f0 Họa âm bậc + Khi k = n: fn = nf0 Họa âm bậc n - Như vậy: dây đàn kéo căng lực cố định đồng thời phát âm số hoạ âm bậc cao hơn, có tần số số nguyên lần tần số âm Cột khí có đầu kín đầu hở (Ví dụ: Ống sáo) - Cột khí phát âm to (có cộng hưởng âm) cột khí có sóng dừng chiều dài cột khí thoả mãn điều kiện: v v (2k 1) (2k 1) f (2k 1) 4f 4 v Âm 4 + Khi k = 1: f3 = 3f0 Họa âm bậc + Khi k = 2: f5 = 5f0 Họa âm bậc + Khi k = n: f2n+1 = (2n+1).f0 Họa âm bậc (2n + 1) - Như vậy: Cột khí có đầu kín, đầu hở phát hoạ âm bậc lẻ - Chiều dài cột khí lớn âm phát tần số nhỏ âm nghe trầm Cột khí có hai đầu hở (Ví dụ: Ống sáo) - Cột khí phát âm to (có cộng hưởng âm) cột khí có sóng dừng chiều dài cột khí thoả mãn điều kiện: v v (k 1) (k 1) f k 1 2f 2 Hộp cộng hưởng - Âm nguồn âm trực tiếp phát thường có cường độ âm nhỏ Muốn âm to hơn, phải dùng nguồn âm kích thích cho khối không khí chứa vật rỗng dao động cộng hưởng để phát âm có cường độ lớn Vật rỗng gọi hộp cộng hưởng Ví dụ: Bầu đàn ghi ta - Hộp cộng hưởng có tác dụng làm tăng cường độ âm, giữ nguyên độ cao tạo âm sắc riêng đặc trưng cho loại đàn II CÔNG THỨC GIẢI NHANH + Khi k = 0: f fcb Cường độ âm: Nếu nguồn âm điểm đẳng hướng, mặt sóng mặt cầu có diện tích S 4R E P P I S.t S 4R (P: công suất nguồn âm, R khoảng cách từ nguồn đến điểm xét) Nếu âm truyền theo hình nón có góc đỉnh thì: S 2r.h 2r 1 cos 2 h độ cao chỏm cầu; S diện tích chỏm cầu có góc đỉnh CẨM NANG VẬT LÍ 12 (30) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ I I ; L(dB) 10g I0 I0 Với: I cường độ âm điểm xét, I0 cường độ âm chuẩn, I0 = 10 -12 W/m2 với f = 1000 Hz; dB = 0,1B Xét nguồn âm điểm đẳng hướng O phát không gian (P = cosnt) Xét điểm M, N nằm phương truyền sóng nằm phía so với O, cách O RM, RN (RN > RM) Mức cường độ âm: L(B) g IM R N IN R M ; L L M L N 10g R R RN IM 20g N ; C trung điểm MN: R C M IN RM - Mối liên hệ cường độ âm biên độ sóng âm: I1 A12 I2 A 22 - Khi cường độ âm tăng (giảm) 10k lần mức cường độ âm tăng (giảm) k(B) hay 10k(dB): I 10k.I1 L L1 k(B) - Khi mức cường độ âm tăng hay giảm n (B) cường độ âm tăng hay giảm 10n lần - Tại điểm cách nguồn âm khoảng x, mức cường độ âm L(B) Ngưỡng nghe tai người L0(B), khoảng cách tối đa mà người cảm giác âm là: x max x 10 L L0 Nguồn nhạc âm dây đàn: Dây đàn có đầu dây cố định v v - Trên dây đàn có sóng dừng khi: k k f k 2 2f v - Âm (k = 1): f f Họa âm bậc k: f k k.f 2 Nguồn nhạc âm cột khí: a) Trường hợp 1: Cột khí đầu kín đầu hở - Trong ống sáo phát âm to nhất, có sóng dừng chiều dài ống sáo thoả mãn: v v (2k 1) (2k 1) f (2k 1) 4f 4 v - Âm (k = 0): f f Họa âm bậc (2k+1): f 2k 1 2k 1 f 4 b) Trường hợp 2: Cột khí có hai đầu hở - Trong ống sáo phát âm to nhất, có sóng dừng chiều dài ống sáo thoả mãn: v v (k 1) (k 1) f (k 1) 2f 2 v - Âm (k = 0): f f Họa âm bậc k: f k k 1 f0 2 Chú ý: Cột khí có đầu kín đầu hở Đầu kín nút Nếu cột khí phát âm to đầu hở điểm bụng, cột khí phát âm nhỏ đầu hở nút CẨM NANG VẬT LÍ 12 (31) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com [...]... CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ + Biên độ bằng nhau là A 2 cách bụng / 8 và cách nút / 8 + Biên độ bằng nhau là A cách bụng / 6 và cách nút /12 + Biên độ bằng nhau là A 3 cách bụng /12 và cách nút / 6 CHỦ ĐỀ 4 SÓNG ÂM I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 Nguồn âm và cảm giác âm a) Nguồn âm: Nguồn âm là những vật dao động phát ra âm b) Cảm giác về âm: Sóng âm truyền qua không khí, lọt vào tai,... biến thi n, làm cho màng nhĩ dao động Dao động của màng nhĩ lại được truyền đến các đầu dây thần kinh thính giác, làm cho ta có cảm giác về âm Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe 2 Định nghĩa và phân loại sóng âm a) Định nghĩa: Sóng âm là những dao động cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn - Trong chất khí, lỏng: sóng âm là sóng dọc - Trong chất rắn: sóng âm gồm cả sóng. .. ngang và sóng dọc b) Phân loại: 3 loại Âm thanh: là những âm mà tai người có thể cảm nhận được, tần số 16 Hz f 20 000 Hz Hạ âm: là những âm tai người không nghe được: f < 16 Hz Siêu âm: là những âm mà tai người không nghe được: f > 20 000 Hz 2 Môi trường truyền âm Tốc độ âm a) Môi trường truyền âm: - Sóng âm truyền được trong các môi trường vật chất đàn hồi như: rắn, lỏng, khí - Sóng âm không... có góc ở đỉnh là bằng CẨM NANG VẬT LÍ 12 (30) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ I I ; L(dB) 10g I0 I0 Với: I là cường độ âm tại điểm xét, I0 là cường độ âm chuẩn, I0 = 10 -12 W/m2 với f = 1000 Hz; 1 dB = 0,1B 3 Xét nguồn âm điểm đẳng hướng tại O phát ra trong không gian (P = cosnt) Xét 2 điểm M, N nằm trên cùng phương truyền sóng và nằm cùng một phía so với... cường độ âm lên tới 10 W/m2 thì ở mọi giá trị tần số đều gây cho tai cảm giác đau, nhức - Ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm là Lmax = 130 dB - Ngưỡng đau không phụ thộc vào tần số âm c) Miền nghe được: là miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau - Mức cường độ âm: 0 L 130dB CẨM NANG VẬT LÍ 12 (29) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ ĐỖ MINH TUỆ - Miền nghe được phụ thuộc vào... v - Trên dây đàn có sóng dừng khi: k k f k 2 2 2f v + Khi k = 1: f min f 0 Âm cơ bản 2 + Khi k = 2: f2 = 2f0 Họa âm bậc 2 + Khi k = 3: f3 = 3f0 Họa âm bậc 3 + Khi k = n: fn = nf0 Họa âm bậc n - Như vậy: mỗi dây đàn được kéo căng bằng một lực cố định đồng thời phát ra âm cơ bản và một số hoạ âm bậc cao hơn, có tần số là một số nguyên lần tần số của âm cơ bản Cột khí có một... mức cường độ âm là Ben (kí hiệu: B) - Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (dB): 1B = 10 dB CẨM NANG VẬT LÍ 12 (28) 0916.609.081 – minhtuecbg81@gmail.com CHƯƠNG II SÓNG CƠ L(dB) 10g ĐỖ MINH TUỆ I I0 4 Các đặc trưng sinh lý của âm: Độ cao, độ to, âm sắc Các đặc trưng vật lí của âm: Tần số, mức cường độ âm, đồ thị dao động Độ cao của âm - Độ cao phụ thuộc vào tần số của âm (f) -... Dây đàn luôn có 2 đầu dây cố định v v - Trên dây đàn có sóng dừng khi: k k f k 2 2 2f v - Âm cơ bản (k = 1): f 0 f min Họa âm bậc k: f k k.f 0 2 5 Nguồn nhạc âm là cột khí: a) Trường hợp 1: Cột khí một đầu kín và một đầu hở - Trong ống sáo phát ra âm to nhất, có sóng dừng nếu chiều dài của ống sáo thoả mãn: v v (2k 1) (2k 1) f (2k 1) 4 4f 4 v - Âm cơ bản (k =... được trong chân không b) Tốc độ truyền âm: - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ của môi trường - Tốc độ truyền âm còn phụ thuộc vào nhiệt độ: v ~ T(K) - Nói chung tốc độ truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí vr v v kk 3 Năng lượng âm Sóng âm mang năng lượng, năng lượng sóng âm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng a) Cường độ... hưởng âm) thì trong cột khí có sóng dừng nếu chiều dài của cột khí thoả mãn điều kiện: v v (k 1) (k 1) f k 1 2 2f 2 8 Hộp cộng hưởng - Âm thanh do các nguồn âm trực tiếp phát ra thường có cường độ âm rất nhỏ Muốn âm to hơn, phải dùng nguồn âm đó kích thích cho một khối không khí chứa trong một vật rỗng dao động cộng hưởng để nó phát ra âm có cường độ lớn Vật rỗng này gọi là hộp cộng