Giải chi tiết Vật lí 11 kết nối mới bài 8: Mô tả sóng

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong cuộc sóng hằng ngày, chúng ta thường gặp hay nghe đến nhiều loại sóng như: sóng nước, sóng âm, sóng vô tuyến, sóng biển, sóng địa chấn,... Vậy sóng được hình thành như thế nào và có những đặc điểm gì?

Hướng dẫn trả lời:

Sóng biển được tạo ra dưới tác dụng của gió nhưng đôi khi cũng do các hoạt động địa chấn. Các phân tử nước tham gia vào chuyển động sóng chỉ xoay vòng tại chỗ và có ít chuyển động tịnh tiến,
Sóng có những đặc điểm: chiều dài sóng, chu kì sóng, chiều cao sóng, biên độ sóng, độ dốc sóng, năng lượng sóng, vận tốc truyền sóng, ...

I. THÍ NGHIỆM TẠO SÓNG MẶT NƯỚC

Hoạt động: Chuẩn bị:
Thiết bị tạo sóng mặt nước bằng kênh tạo sóng (Hình 8.1).

Tiến hành
Đặt một miếng xốp nhỏ C trên mặt nước. Khi quay đĩa D làm cho vật tạo sóng 0 dao động lên xuống, ta thấy mặt nước tại ô bị biến dạng thành những gợn sóng lan truyền đi xa. Khi gợn sóng lan truyền đến C thì miếng xốp dao động lên xuống.
Quan sát qua thành kênh, ta thấy mặt cắt của nước có dạng hình sin.
Ta nói đã có sóng hình sin truyền trên mặt nước. 0 là nguồn sóng nước là môi trường truyền sóng đường thẳng DC là phương truyền sóng. Những phần tử môi trường tham gia dao động tạo thành sóng
Hãy quan sát chuyển động của miếng xốp trong thí nghiệm Hình 8.1 và cho biết miếng xốp có chuyển động ra xa nguồn cùng với sóng không?

Hướng dẫn trả lời: 

Trong thí nghiệm Hình 8.1 và cho biết miếng xốp không chuyển động ra xa nguồn mà chỉ dao động trong không gian rất hẹp.

II. GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH SÓNG

Câu hỏi: Trong đồ thị của sóng Hình 8.2d, những điểm nào trong các điểm M, N, P trên phương Ox dao động lệch pha $\frac{\pi}{2}$, ngược pha, đồng pha với nhau?

Hướng dẫn trả lời: 

Điểm N dao động lệch pha $\frac{\pi}{2}$ với hai điểm M,P.
Điểm M và P, O và N dao động ngược pha nhau.
Không có điểm nào dao động cùng pha.

III. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

Hoạt động: Khi quan sát một hồ nước rộng, ta nhìn thấy có những gợn sóng lan truyền qua trước mặt. Hãy đề xuất cách đo các đại lượng đặc trưng của sóng như: chu kì của sóng, bước sóng, tốc độ truyền sóng trên mặt nước.

Hướng dẫn trả lời:

Ta có thể đánh dấu 1 điểm trên mặt nước sau đó ta đếm số đỉnh sóng đi qua điểm đó (n) và dùng đồng hồ bấm giờ để xác định thời gian (t), từ đó ta xác định được chu kì sóng $T=\frac{t}{n-1}$
Ta xác định khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp là 1 bước sóng
Từ đó xác định tốc độ truyền sóng trên mặt nước là: $v=\frac{\lambda}{T}$ 

Câu hỏi 1: Trên mặt hồ yên lặng, một người làm cho con thuyền dao động tạo ra sóng trên mặt nước. Thuyền thực hiện được 24 dao động trong 40s, mỗi dao động tạo ra một ngọn sóng cao 12 cm so với mặt hồ yên lặng và ngọn sóng tới bờ cách thuyền 10 m sau 5s. Với số liệu này, hãy xác định:
a) Chu kì dao động của thuyền.
b) Tốc độ lan truyền của sóng.
c) Bước sóng.
d) Biên độ sóng.

Hướng dẫn trả lời:

a) Chu kì dao động của thuyền: $T=\frac{40}{24}\approx1,67$ (s)
b) Tốc độ lan truyền của sóng: $v=\frac{10}{5}=2 $ (m/s)
c) Bước sóng: $\lambda =\frac{v}{f}= vT=2.\frac{40}{24}\approx 3,3$ (m)
d) Biên độ sóng: A = 12 cm

Câu hỏi 2: Hình 8.4 là đồ thị (u-t) của một sóng âm trên màn hình dao động kí. Biết mỗi cạch của ô vuông theo phương ngang trên hình tương ứng với 1 ms. Tính tần số của sóng.

Hướng dẫn trả lời: 

Từ đồ thị ta thấy: T = 3 ms = 0, 003 s $\Rightarrow f=\frac{1}{T}=\frac{1}{0,003}=\frac{1000}{3}\approx 333,3$ (Hz)

Câu hỏi 3: Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, nếu ta thay đổi tần số dao động của nguồn sóng thì đại lượng nào sau đây không thay đổi?

A. Chu kì sóng.
B. Bước sóng.
C. Tần số sóng.
D. Tốc độ truyền sóng.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng D vì tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào tính chất của môi trường như khối lượng riêng, nhiệt độ, độ đàn hồi của môi trường,... Nên khi thay đổi tần số dao động của nguồn sóng thì tốc độ truyền sóng không thay đổi.