Giải chi tiết Vật lí 11 cánh diều mới bài 2: Sóng dọc và sóng ngang

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Với một lò xo mềm, ta có thể làm cho đầu tự do của lò xo dao động dọc theo chiều dài của nó (Hình 2.1) hoặc làm cho đầu tự do của lò xo dao động vuông góc với trục lò xo (Hình 2.2). Trong mỗi trường hợp này, dao động được lan truyền trên lò xo như thế nào ?

Hướng dẫn trả lời:

Hình 2.1: dao động lan truyền dọc theo phương truyền sóng.

Hình 2.2: dao động lan truyền theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

I. SÓNG DỌC

1. Mô tả sóng 

Câu hỏi 1: Hãy chỉ ra hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$ phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$

Hướng dẫn trả lời: 

- Hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$: chưa dao động.
- Hướng chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$: cùng hướng với phương truyền sóng và đang có biên độ cực đại.

Luyện tập 1: So sánh trạng thái chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$ trong Hình 1.4 và Hình 2.4.

Hướng dẫn trả lời: 

Trạng thái chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$ ở cả hai hình 1.4 và 2.4 đều đang ở biên dương.

2. Sóng âm 

Câu hỏi 2: Vì sao sóng âm không truyền được trong chân không?

Hướng dẫn trả lời:

Sóng âm không truyền được trong chân không vì môi trường chân không hầu như không có vật chất, không có sự liên kết giữa các phần tử nên năng lượng sóng từ nguồn không truyền được tới các điểm lân cận, do đó sóng âm không truyền được trong chân không.

3. Đo tần số sóng 

Thực hành: Dụng cụ

– Đồng hồ đo điện đa năng có chức năng đo tần số (1).

– Micro (2).

– Bộ khuếch đại tín hiệu (3).

– Âm thoa và hộp cộng hưởng (4).

– Búa cao su (5).

Thiết kế phương án thí nghiệm

Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho. Thiết kế phương án thí nghiệm đo tần số của âm do âm thoa phát ra bằng các dụng cụ này.

Tiến hành

– Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.6.

– Đặt micro sát hộp cộng hưởng của âm thoa.

– Nối micro vào bộ khuếch đại và nối bộ khuếch đại vào đồng hồ (1).

– Dùng búa cao su gõ vào âm thoa.

– Đọc giá trị tần số ở đồng hồ (1) và ghi số đọc được vào vở theo mẫu ở Bảng 2.1.

– Lặp lại bước gõ vào âm thoa và ghi số liệu hai lần nữa.

Hướng dẫn trả lời: 

Tham khảo số liệu sau:

Sai số: $\Delta f=\frac{0+19+19}{3}=13$

$f=435 \pm 13 Hz$

tần số sóng âm đo được xấp xỉ  tần số ghi trên âm thoa thì thí nghiệm bố trí thành công và đo chính xác

Tìm hiểu thêm: Đường hiển thị trên màn hình dao động kí điện tử khi đo tần số của một sóng âm có dạng như hình 2.5. Bộ điều chỉnh thời gian của dao động kí được đặt sao cho giá trị của mỗi ô trên trục nằm ngang là 1 ms/độ chia. Hãy nêu cách xác định tần số của sóng âm theo thí nghiệm này.

Hướng dẫn trả lời:

Dựa vào đồ thị ta thấy được chu kì của dao động tương ứng vời 3 ô.

Nên $T=3ms\Rightarrow f=\frac{1}{T}=\frac{1}{3.10^{-3}}=333,3Hz$

Câu hỏi 3: So sánh kết quả đo với tần số ghi ở âm thoa.

Hướng dẫn trả lời:

So sánh kết quả đo tần số sóng âm khi sử dụng âm thoa (A) với giá trị tần số được ghi trên âm thoa (B), nếu giá trị A sai lệch không quá 10% so với giá trị B thì kết quả đo được coi là tốt.
Nếu kết quả đo không tốt thì cần tìm cách khắc phục sai số hoặc thực hiện lại các bước tiến hành thí nghiệm.

II. SÓNG NGANG

1. Mô tả sóng ngang

Câu hỏi 4: Phân biệt sóng dọc và sóng ngang.

Hướng dẫn trả lời:

- Giống nhau: Sóng dọc và sóng ngang đều là sự lan truyền dao động cơ học trong môi trường vật chất.

- Khác nhau:

+ Sóng dọc có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng.

+ Sóng ngang có phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với phương truyền sóng.

Vận dụng: Khi tiến hành đo tần số của âm do âm thoa phát ra, để tránh tạp âm ảnh hưởng đến kết quả đo thì cần phải làm gì?

Hướng dẫn trả lời:

Khi tiến hành đo tần số của âm do âm thoa phát ra, để tránh tạp âm ảnh hưởng đến kết quả đo thì cần phải:

- Thực hiện ở phòng thí nghiệm có cách âm tốt.

- Loại bỏ và hạn chế các tạp âm trong phòng thí nghiệm phát ra.

- Các thao tác làm thí nghiệm cần có độ chính xác cao.

2. Sóng điện từ

Câu hỏi 5: Xác định giới hạn bước sóng của miền ánh sáng nhìn thấy trong thang sóng điện tử.

Hướng dẫn trả lời:

Tần số của miền ánh sáng nhìn thấy từ 4.10¹⁴ Hz (ánh sáng đỏ) đến 8.10¹⁴ Hz (ánh sáng tím). Sử dụng công thức tính bước sóng $\lambda=\frac{c}{f}$, ta được:

bước sóng của ánh sáng đỏ: $\lambda{đ}=\frac{3.10^{8}}{4.10^{14}}=0,75 (\mu m)$

bước sóng của ánh sáng tím: $\lambda{t}=\frac{3.10^{8}}{8.10^{14}}=0,375 (\mu m)$

Bước sóng của miền ánh sáng nhìn thấy từ 0,375 $\mu m$ đến 0,75 $\mu m$

Luyện tập 2: Hãy biểu diễn các miền bức xạ trong Bảng 2.2 theo bậc độ lớn bước sóng của chúng cùng một thang đo. 

Hướng dẫn trả lời:

Sử dụng công thức tính bước sóng $\lambda=\frac{c}{f}$