Sở GD&ĐT Thanh hóa ôn thi TN năm học 2008 2009 Trờng THPT Cầm Bá Thớc Chuyên đề 2. Sóng cơ học Buổi thứ ba Sóng cơ học. Giao thoa và sóng dừng A. Lý Thuyết . Sóng cơ học Súng c hc: phõn bit súng dc, súng ngang, chu kỡ, tn s, tc truyn súng, biờn súng, nng lng súng. Súng c l nhng dao ng c hc lan truyn theo thi gian trong mt mụi trng vt cht. VD: khi nộm mt hũn ỏ xung mt h phng lng, nhng gn súng nc lan truyn t im ri to thnh cỏc vũng trũn ng tõm Súng ngang l súng cú phng truyn súng vuụng gúc vi phng dao ng ca cỏc phn t vt cht khi súng truyn qua. VD: quan sỏt mt bi luc bỡnh khi súng nc truyn qua ta thy lc bỡnh dao ng quanh v trớ cõn bng theo phng thng ng, cũn cỏc gn súng lan truyn theo phng ngang, vy súng nc l súng ngang Súng dc l súng cú phng truyn súng trựng vi phng dao ng ca cỏc phn t vt cht khi súng truyn qua. VD: khi dựng dựi ỏnh lờn mt trng, lp da b kớch thớch dao ng buc lp khụng khớ tip xỳc vi nú dao ng cng bc cựng phng vi nú, do gia cỏc phõn t khớ cú lc liờn kt nờn cỏc lp khụng khớ k tip cng b dao ng cng bc v súng õm c truyn ti tai nghe, vy súng õm l súng dc Chu kỡ ca súng l chu kỡ dao ng chung ca cỏc phn t vt cht khi súng truyn qua. Kớ hiu: T. S chu kỡ trong 1 vtg l tn s f Bc súng l khong cỏch gia 2 im gn nhau nht dao ng cựng pha vi nhau. Kớ hiu Biờn súng ti mt im súng truyn qua bng biờn dao ng ca phn t vt cht ti im ú. Kớ hiu A. Tc súng l tc truyn pha dao ng: v f T = = T biu thc tc súng suy ra: =vT, ta cú nh ngha khỏc v bc súng: Bc súng l qung ng súng truyn i trong 1 chu kỡ A Phng truyn súng Nếu nguồn phát sóng dao động với PT cosu A t ω = thì tại điểm M trên phương truyền sóng, cách nguồn một khoảng x sẽ dao động với PT cos cos 2 M x t x u A t A v T ω π λ     = − = −  ÷  ÷     trong đó v là tốc độ truyền sóng hay tốc độ truyền pha (không phải là vận tốc dao động điều hòa của nguồn!), x v là thời gian để sóng truyền từ nguồn tới M, vT λ = là bước sóng Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. Khi sóng truyền qua, năng lượng của nguồn sóng được phân phối cho các phần tử vật chất trên phương truyền, làm cho các phần tử này dao động với biên độ tương ứng với mức năng lượng mà nó nhận được; vì càng xa nguồn số phần tử vật chất cần cung cấp năng lượng dao động càng “đông” nên năng lượng mỗi phần tử nhận được càng ít do đó biên độ càng giảm (trừ trường hợp lí tưởng, sóng truyền theo một phương, trên một đường thẳng, biên độ hầu như vẫn giữ nguyên) Hiện tượng giao thoa  Hiện tượng…. Ta thấy biên độ dao động của M trên phương truyền sóng 2 cosa A πδ λ = phụ thuộc vào hiệu đường đi : + Tại những điểm mà hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng 2 1 d d k δ λ = − = thì biên độ sóng tại M cực đại: a=2A + Tại những điểm mà hiệu đường đi bằng một số nửa nguyên lần bước sóng 2 1 1 2 d d k δ λ   = − = +  ÷   thì biên độ dao động cực tiểu: a=0. (những điểm đó đứng yên) Tại các điểm khác biên độ dao động có giá trị trung gian. Điều kiện xảy ra giao thoa: các sóng gặp nhau phải là sóng kết hợp (cùng tần số, cùng pha hoặc độ lệch pha không đổi) Sóng dừng Sóng dừng là một trường hợp riêng của giao thoa khi 2 sóng kết hợp gặp nhau là sóng tới và sóng phản xạ.Khi sóng dừng xảy ra trên một sợi dây dẽo, ta quan sát thấy hình ảnh những “bó” sóng; trong đó có những điểm dao động với biên độ cực đại (gọi là bụng), và những điểm đứng yên gọi là nút. Có thể dùng thước đo bước sóng, từ đó tính được tốc độ truyền sóng bằng công thức: v= λ /T. Khoảng cách giữa hai nút hoặc bụng liên tiếp bằng nửa bước sóng Điều kiện để có sóng dừng trên dây dài l: - Hai đầu dây cố định : 2 l k λ = trongđó λ là bước sóng, k∈Z + - Một đầu dây cố định : ( ) 2 1 4 l k λ = + với k∈N A B l M d 1 d 2 B.BÀI TẬP Dạng 1: Dựa vào PT sóng, tìm các đại lượng đặc trưng của sóng cơ VD1: Một sóng ngang có phương trình sóng là 8cos2 ( ) 0,1 5 t x u cm π = − , trong đó x tính bằng cm, t tính bằng giây. Xác định biên độ, chu kì, tần số, bước sóng, tốc độ truyền sóng và vận tốc dao động cực đại của 1 phần tử vật chất trên phương truyền sóng  . phương trình sóng có dạng: cos2 t x u A T π λ   = −  ÷   Suy ra chu kì T=0,1s; f=10Hz; λ =5cm Tốc độ truyền sóng v= λ f=50cm/s Vận tốc dao động cực đại v max = ω A=… Vận dụng: Một sóng ngang truyền trên sợi dây rất dài có phương trình sóng là : u = 6cos(4πt – 0,02πx). Trong đó u và x được tính bằng cm và t tính bằng giây. Hãy xác định : Biên độ, tần số, bước sóng và tốc độ truyền sóng Dạng 2: Viết phương trình sóng VD1: Đầu A của dây cao su căng được làm cho dao động theo phương vuông góc với dây với biên độ 2cm, chu kỳ 1,6s. Sau 3s thì sóng truyền được 12m dọc theo dây. a. Tính bước sóng. b. Viết phương trình dao động tại một điểm cách đầu A 1,6m. VD2: Trong thí nghiệm giao thoa sóng người ta tạo ra trên mặt nước 2 nguồn sóng A, B dao động với phương trình u A = u B = 5cos10πt (cm). Tốc độ sóng là 20cm/s. Coi biên độ sóng không đổi. Viết phương trình dao động tại điểm M cách A, B lần lượt 7,2cm và 8,2cm.  1a. tốc độ sóng: v=4m/s; bước sóng λ =vT=6,4m  1b. 1,6 cos2 2cos 2 1,6 6,4 t x t u A m T π π λ     = − = −  ÷  ÷      2.PT có dạng: 1 2 cos2 2 d dt u a T π λ +   = −  ÷   2 10 0,2 ; 4 ; 1T s vT cm cm π ω π λ δ ω = ⇒ = = = = = Biên độ 2 cos 2.5.cos 5 2 4 a A cm πδ π λ = = = PT dao động tại M: 15,4 5 2 cos2 0,2 8 t u cm π   = −  ÷   Vận dụng: Bài 1.Một quả cầu nhỏ gắn vào âm thoa dao động với tần số f = 120 Hz. Cho quả cầu chạm nhẹ vào mặt nước người ta thấy có một hệ sóng tròn lan toả ra xa mà tâm điểm chạm O của quả cầu với mặt nước. Cho biên độ sóng là A = 0,5cm và không đổi. a) Tính tốc độ truyền sóng trên mặt nước. Biết rằng khoảng cách giữa 10 gợn lồi liên tiếp là 4,5cm. b) Viết phương trình dao động của điểm M trên mặt nước cách O một đoạn x = 12cm Bài 2. Một sóng cơ học được truyền từ O với tốc độ v = 60cm/s. Năng lượng sóng cơ bảo toàn khi truyền đi. Dao động tại điểm O có dạng : x = 4cos2πt (cm). Xác định chu kì T và bước sóng λ ? Viết phương trình dao động tại điểm M cách O một đoạn OM = 2,85m Bài 3. Một sóng cơ học được truyền từ O theo phương Ox với tốc độ v = 40cm/s. Năng lượng sóng cơ bảo toàn khi truyền đi. Dao động tại điểm O có dạng : x = 4cos 2 π t (cm). Xác định chu kì T và bước sóng λ? Viết phương trình dao động tại điểm M cách O một đoạn bằng 4m. Bài 4. Trên mặt thoáng của chất lỏng có hai nguồn kết hợp A, B có phương trình dao động là: A B u u 2cos10 t(cm)= = π . Vận tốc truyền sóng là 3m/s. Viết phương trình sóng tại M cách A, B một khoảng lần lượt d 1 = 15cm; d 2 = 20cm §Ò KiÓm tra Câu 1: Sóng dọc là sóng có phương dao động: A. Nằm ngang C. Trùng với phương truyền sóng B. Vuông góc với phương truyền sóng D. Thẳng đứng Câu 2: Sóng ngang là sóng có phương dao động: A. Nằm ngang C. Trùng với phương truyền sóng B. Vuông góc với phương truyền sóng D. Thẳng đứng Câu 3: Chọn câu đúng trong các câu sau: A. Chu kì của các phần tử có sóng truyền qua gọi là chu kì dao động của sóng B. Đại lượng nghịch đảo của chu kì gọi là tần số góc của sóng C. Vận tốc truyền năng lượng trong dao động gọi là vận tốc sóng D. Biên độ dao động của sóng luôn là hằng số Câu 4: Bước sóng là: A. Quãng đường truyền sóng trong 1s B. Khoảng cách giữa hai điểm của sóng có li độ bằng không ở cùng một thời điểm C. Khoảng cách giữa hai bụng sóng D. Khoảng cách giữa hai điểm gần nhất trên một phương truyền sóng có cùng pha dao động Câu 5: Chọn câu sai trong các câu sau: A. Môi trường truyền âm có thể là rắn, lỏng hoặc khí B. Những vật liệu như bông, xốp, nhung truyền âm tốt C. Vận tốc truyền âm thay đổi theo nhiệt độ D. Đơn vị cường độ âm là W/m 2 Câu 6: Hiện tượng giao thoa là hiện tượng: A. Giao thoa của hai sóng tại một một điểm trong môi trường B. Tổng hợp của hai dao động điều hoà C. Tạo thành các vân hình parabon trên mặt nước D. Hai sóng khi gặp nhau tại một điểm có thể tăng cường hoặc triệt tiêu nhau Câu 7: Vận tốc truyền sóng trong một môi trường: A. Tăng theo cường độ sóng B. Phụ thuộc vào bản chất môi trường và tần số sóng C. Phụ thuộc vào bản chất môi trường và biên độ sóng D. Phụ thuộc vào bản chất môi trường Câu 8: Sóng dừng được hình thành bởi: A. Sự giao thoa của một sóng tới và sóng phản xạ của nó cùng truyền theo một phương B. Sự giao thoa của hai sóng kết hợp C. Sự tổng hợp trong không gian của hai hay nhiều sóng kết hợp D. Sự tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ truyền khác phương Câu 9: Điều kiện xảy ra sóng dừng trên sợi dây đàn hồi hai đầu cố định là: A. Chiều dài bằng ¼ bước sóng B. Bước sóng gấp đôi chiều dài dây C. Chiều dài dây bằng bội số nguyên lần nửa bước sóng D. Bước sóng bằng số lẻ lần chiều dài dây Câu 10: Điều kiện xảy ra sóng dừng trên sợi dây đàn hồi một đầu cố định, một đầu tự do là: A. l = kλ/2 B. λ = 21 + k l C. l = (2k + 1)λ D. λ = 12 4 + k l Với l là chiều dài sợi dây C â u 1 1 : Hai sóng như thế nào có thể giao thoa với nhau? Hãy chọn đáp án đúng trong các câu sau: A. Hai sóng cùng biên độ, cùng tần số, hiệu số pha không đổi theo thời gian B. Hai sóng cùng tần số, hiệu lộ trình không đổi theo thời gian C. Hai sóng cùng chu kì và biên độ D. Hai sóng cùng bước sóng, biên độ Câu 12: Chọn câu sai: A. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng B. Sóng dọc là sóng có phương trùng với phương truyền sóng C. Sóng âm là sóng dọc D. Nguyên nhân tạo thành sóng dừng là do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ Câu 13: Vận tốc sóng là : A. Vận tốc dao động của các phần tử vật chất. B. Vận tốc dao động của nguồn sóng C. Vận tốc truyền pha dao động và vận tốc dao động của các phần tử vật chất. D. Vận tốc truyền pha dao động. Câu 14: Tại nguồn O, phương trình dao động của sóng là u = a Cos ωt. Phương trình dao động của điểm M cách O một đoạn d có dạng: A. u = a Cos (ωt - λ π d2 ) C. u = a Cos (ωt - v d π 2 ) B. u = a Cos ω (t - λ π d2 ) D. u = a Cosω (t - λ π d2 ) Câu 15: Trong quá trình giao thoa sóng, dao động tổng hợp tại M chính là sự tổng hợp của các sóng thành phần. Gọi ∆φ là độ lệch pha của hai sóng thành phần. Biên độ dao động tại M đạt cực đại khi ∆φ bằng giá trị nào trong các giá trị sau: A. ∆φ = 2n.π C. ∆φ = (2n + 1) 2 π B. ∆φ = (2n + 1) π D. ∆φ = (2n + 1) 2 λ Câu 16: Chọn câu sai: A. Giao thoa trên mặt nước cho ta sóng dừng vì có các bụng ở đường cực đại, các nút ở đường cực tiểu B. Trong giao thoa sóng, khoảng cách giữa hai cực đại liên tiếp bằng ½ bước sóng C. Sóng do tổng hợp từ hai nguồn kết hợp trên mặt nước chỉ có thể là giao thoa mà không phải là sóng dừng D. Trong giao thoa sóng, những điểm nằm trên đường trung trực của hai nguồn dao động với biên độ cực đại Với n = 1, 2, 3,… . Sở GD&ĐT Thanh hóa ôn thi TN năm học 2008 2009 Trờng THPT Cầm Bá Thớc Chuyên đề 2. Sóng cơ học Buổi thứ ba Sóng cơ học. Giao thoa và sóng. đoạn d có dạng: A. u = a Cos (ωt - λ π d2 ) C. u = a Cos (ωt - v d π 2 ) B. u = a Cos ω (t - λ π d2 ) D. u = a Cosω (t - λ π d2 ) Câu 15: Trong quá trình