Giải sách bài tập Vật lí 11 cánh diều bài 4: Sóng dừng

2.30. Một sợi dây được căng theo phương thẳng đứng với hai đầu cố định. Thực hiện kích thích để trên dây có sóng dừng. Phát biểu nào dưới đây là đúng? 

A. Có thời điểm sợi dây duỗi thẳng.

B. Hai điểm trên dây đối xứng nhau qua một nút sóng thì luôn dao động cùng pha nhau. 

C. Hai điểm trên dây đối xứng nhau qua một nút sóng thì luôn dao động ngược pha nhau.

D. Khi giữ nguyên các điều kiện khác nhưng thả cho đầu dưới của dây tự do thì vẫn có sóng dừng ổn định trên dây.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: A

2.31. Một sợi dây AB đàn hồi được kéo căng và gắn cố định hai đầu. Đánh dấu điểm C chính giữa của sợi dây và hai điểm M, N đối xứng với nhau qua C. Khi trên dây quan sát được sóng dừng gồm ba nút là hai đầu A, B và điểm C thì dao động tại các điểm M và N sẽ

A. có biên độ như nhau và cùng pha.

B. có biên độ khác nhau và cùng pha.

C. có biên độ như nhau và ngược pha.

D. có biên độ khác nhau và ngược pha.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: C

Từ hình vẽ ta thấy ở điểm M và N có biên độ như nhau và chuyển động ngược pha nhau.

2.32. Để có sóng dừng trong ống cộng hưởng của âm với tần số f mà tại miệng ống tương ứng với vị trí nút sóng thì chiều dài L của ống (với k = 1, 2, 3...) là

A. $L= k\frac{v}{2f}$

B. $L= k\frac{v}{f}$

C. $L=\frac{v}{kf}$

D. $L=2\frac{v}{f}$

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: A

Để có sóng dừng trong ống cộng hưởng của âm với tần số f mà tại miệng ống tương ứng với vị trí nút sóng thì tức là sóng dừng có hai đầu cố định.

Điều kiện là: $L=k\frac{\lambda}{2}=k\frac{v}{2f}$

2.33. Khi khảo sát hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây căng giữa hai điểm cố định, người ta thay đổi tần số dao động kích thích cho dây. Kết quả ghi nhận được hai giá trị tần số gần nhau nhất cùng cho quan sát được sóng dừng trên dây là 525 Hz và 600 Hz. Giá trị tần số nhỏ nhất có thể tạo ra sóng dừng trên dây này là

A. 50 Hz.

B. 75 Hz.

C. 100 Hz.

D. 125 Hz.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: B

Tần số nhỏ nhất có thể tạo ra sóng dừng thoả mãn:

$\left\{\begin{matrix}f_{1}=nf_{o}=525\\ f_{2}=(n+1)f_{o}=600\end{matrix}\right.\Rightarrow \left\{\begin{matrix}n=7\\ f_{o}=75 Hz\end{matrix}\right.$

2.34. Sóng dừng thiết lập trên một dây đàn hồi có các nút liên tiếp cách nhau 25,0 cm. Hãy xác định:

a) Bước sóng của sóng truyền trên dây. 

b) Khoảng cách từ nút sóng đến bụng sóng gần nhất.

Hướng dẫn trả lời:

a) Bước sóng của sóng truyền trên dây là: $\lambda=25,0.2=50,0 cm$. 

b) Khoảng cách từ nút sóng đến bụng sóng gần nhất là: $\frac{25,0}{2}=12,5 cm$.

2.35. Khi khảo sát sóng dừng của một sóng âm có tần số 2 500 Hz thì thấy giữa hai nút sóng cách nhau 21 cm thì có ba vị trí bụng sóng.

a) Xác định bước sóng của sóng âm này. 

b) Xác định tốc độ truyền âm tại vùng không gian đang thực hiện khảo sát này.

Hướng dẫn trả lời:

a) Giữa hai nút sóng có ba bụng sóng thì khoảng cách giữa hai nút sóng là $\frac{3\lambda}{2}$

$\Rightarrow $ Bước sóng của sóng âm là: $\lambda=14 cm$

b) Tốc độ sóng truyền âm là: $v=\lambda f$=0,14.2500=350 m/s$

2.36. Một bạn học sinh dự định dùng cần rung có tần số là 20,0 Hz để tạo sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m hai đầu cố định. Biết tốc độ truyền sóng trên dây khi quan sát được sóng dừng là 4,0 m/s. Số bụng sóng trên dây mà học sinh này có thể quan sát được là bao nhiêu?

Hướng dẫn trả lời:

Khi quan sát được sóng dừng trên dây có hai đầu cố định thì chiều dài của dây sẽ thỏa mãn điều kiện: $L = k \frac{\lambda}{2}$ với k là số bụng sóng hay

$k=\frac{2L}{\lambda}=\frac{2Lf}{v}=\frac{2.1,2.20}{4}=12$ bụng sóng

2.37. Âm do một dây đàn ghita dài 80,0 cm phát ra có tần số nhỏ nhất là bao nhiêu để có thể quan sát thấy sóng dừng trên dây? Biết tốc độ truyền sóng trên dây đàn là 4,0.102 m/s.

Hướng dẫn trả lời:

Tần số của sóng trên dây tính bằng công thức: $f = \frac{v}{\lambda}$ nên tần số sóng nhỏ nhất

tương ứng với bước sóng dài nhất. Khi có sóng dừng trên dây đàn ghita (hai đầu cố định ứng với hai nút sóng) ứng với trường hợp bước sóng dài nhất thì trên dây có 1 bụng sóng. Tức là chiều dài dây đàn $L = \frac{\lambda}{2}$. Do đó, tần số nhỏ nhất của âm do dây dây đản phát ra khi có sóng dừng là: $f = \frac{v}{2L} = 250Hz$

2.38. Một thí nghiệm khảo sát hiện tượng sóng dừng với sóng viba (loại sóng điện từ thường gặp ở lò vi sóng) được bố trí như Hình 2.6. Trong đó, đầu thu di chuyển từ từ trên một đường thẳng giữa máy phát sóng viba và màn phản xạ (được làm bằng kim loại) thì sẽ có những điểm thu được cường độ sóng cực đại và những điểm hầu như không ghi nhận có sóng.

a) Vẽ hình biểu diễn sóng dừng cho thí nghiệm này. Chỉ rõ tại màn phản xạ là nút hay bụng sóng.

b) Trong thí nghiệm này, khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp mà đầu thu ghi nhận được cường độ sóng cực đại là 14 mm. Xác định bước sóng và tần số của sóng viba này.

c) Với phương án thí nghiệm này thì xác định vị trí ứng với nút sóng hay bụng sóng sẽ dễ hơn? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

a) Biểu diễn sóng dừng của sóng viba, vị trí màn phản xạ ứng với bụng sóng.

b) Khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp thu được cường độ sóng cực đại là khoảng cách giữa hai bụng sóng và bằng nửa bước sóng. Do đó, bước sóng của sóng này là 28 mm.

Sóng viba truyền trong không khí với tốc độ c = 3,0.108 m/s nên tần số của sóng trong thí nghiệm này là: $f =\frac{c}{\lambda} = \frac{3,0.10 ^ {8}m / s}{28.10 ^ {- 3}} = 1,1.10 ^ {11} Hz$

c) Xác định vị trí nút sóng sẽ dễ hơn do cường độ sóng tại đó bằng 0.