Giải SBT Vật lí 11 Kết nối mới bài 9: Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ

9.1. Chọn câu đúng.

A. Sóng dọc là sóng truyền dọc theo một sợi dây.

B. Sóng dọc là sóng truyền theo phương thẳng đứng, còn sóng ngang là sóng truyền theo phương nằm ngang.

C. Sóng dọc là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền. 

D. Sóng ngang là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng gọi là sóng dọc.

Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng gọi là sóng ngang.

9.2. Tìm phát biểu sai khi nói về sóng cơ.

A. Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động ngược pha nhau.

B. Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng được gọi là sóng dọc.

C. Tại mỗi điểm của môi trường có sóng truyền qua, biên độ của sóng là biên

độ dao động của phần tử môi trường.

D. Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng được gọi là sóng ngang.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha nhau.

9.3. Sóng cơ không truyền được trong 

A. chân không.

B. không khí.

C. nước.

D. kim loại.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Sóng cơ là những biến dạng cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi nên không truyền được trong chân không.

9.4. Một sóng ngang có tần số 100 Hz truyền trên một sợi dây nằm ngang với tốc độ 60 m/s, qua điểm A rồi đến điểm B cách nhau 7,95 m. Tại một thời điểm nào đó A có li độ âm và đang chuyển động đi lên thì điểm B đang có li độ

A. âm và đang đi xuống.

B. âm và đang đi lên.

C. dương và đang đi lên.

D. dương và đang đi xuống.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Ta có: $\lambda=\frac{v}{f}=\frac{60}{100}=0,6$

AB=7,95 m= 7,8 + 0,15 = 13.0,6 + 0,15 = 13λ +$\frac{λ}{4}$

Từ hình vẽ ta thấy B có li độ âm và đang đi xuống.

9.5. Mũi tên nào trong Hình 9.1 mô tả đúng hướng truyền dao động của các phần tử môi trường?

A. ↑.

B. ↓.

C. →. 

D. ↔.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Nguồn âm dao động làm cho các phần tử không khí tiếp xúc với nguồn âm dao động theo phương truyền âm, các phần tử không khí dao động lệch pha nhau tạo nên các lớp không khí nén, dãn giống như ở lò xo. Các lớp không khí nén, dẫn này truyền đi tạo thành sóng âm truyền theo mọi hướng trong không khí, Hình 9.1 chỉ xét sóng âm truyền theo hướng Ox. 

9.6. Nếu tốc độ truyền sóng âm trong Hình 9.1 là 340 m/s thì tần số của sóng khoảng

A. 566,7 Hz.

B. 204 Hz.

C. 0,00176 Hz.

D. 0,176 Hz.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Bước sóng của sóng âm trong Hình 9.1 là λ=0,60 (m)

Tần số của sóng âm là: $f=\frac{v}{\lambda}=\frac{340}{0,6}=566,7 (Hz)$

9.7. Một sóng ngang truyền trên một sợi dây rất dài từ P đến Q. Hai điểm P. Q trên phương truyền sóng cách nhau PQ = $\frac{5\lambda}{4}$. Kết luận nào sau đây là đúng? 

A. Khi P có li độ cực đại thì Q có vận tốc cực đại. 

B. Li độ P, Q luôn trái dấu. 

C. Khi Q có li độ cực đại thì P có vận tốc cực đại.

D. Khi P có li độ cực đại thì Q qua vị trí cân bằng theo chiều âm. Khi Q có li độ cực đại thì P qua vị trí cân bằng theo chiều dương.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Khi Q có li độ cực đại thì P qua vị trí cân bằng theo chiều âm ⇒ P có vận tốc cực đại; 

Khi P có li độ cực đại thì Q qua vị trị trí cân bằng theo chiều dương ⇒ Q có vận tốc cực đại.

9.8. Một sóng cơ có tần số 20 Hz truyền trên mặt nước với tốc độ 1,5 m/s. Trên phương truyền sóng, sóng truyền tới điểm P rồi mới tới điểm Q cách nó 16,125 cm. Tại thời điểm t, điểm P hạ xuống thấp nhất thì sau thời gian ngắn nhất là bao nhiêu điểm Q sẽ hạ xuống thấp nhất?

Trả lời:

Ta có: $\lambda=\frac{v}{f}=\frac{1,5}{20}=0,075 m = 7,5 cm$

PQ=16,125 cm = 2λ + 0,15λ = Q’Q + PQ’

Từ đồ thị ta thấy thời gian ngắn nhất để Q’ đi từ vị trí hiện tại đến vị trí thấp nhất là 

$0,15T=\frac{0,15}{20}=\frac{3}{400}$ s.

9.9. Hình 9.2 mô tả một phần của sóng dọc truyền trên một sợi dây lò xo. Hãy nêu cách xác định bước sóng của sóng này và chỉ ra điểm tương đồng của nó với sóng âm truyền trong không khí.

Trả lời:

- Xác định bước sóng bằng khoảng cách giữa hai tâm nén gần nhau nhất. 

- Điểm tương đồng giữa sóng nén, dãn trên dây lò xo và sóng âm truyền trong không khí là: 

+ đều là sóng dọc (có phương dao động trùng với phương truyền sóng; 

+ đều truyền năng lượng, lan truyền sự nén, dãn theo phương truyền sóng,...

9.10*. P và Q là hai điểm trên mặt nước cách nhau một khoảng 20 cm. Tại một điểm O trên đường thẳng PQ và nằm ngoài đoạn PQ, người ta đặt nguồn dao động điều hoà theo phương vuông góc với mặt nước với phương trình $u = 5cos\omega t$ (cm), tạo ra sóng trên mặt nước với bước sóng $\lambda$ = 15 cm. Khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa hai phần tử môi trường tại P và Q khi có sóng truyền qua là bao nhiêu?

Trả lời:

Khoảng cách giữa hai điểm P, Q khi dao động được mô tả như trong hình

Gọi $O_{1}O_{2}$ lần lượt là vị trí cân bằng của P và Q; 

$u_{1}, u_{2}$ lần lượt là li độ dao động của các phần tử tại P và Q; 

$\Delta u = u_{1} - u_{2}$

Khoảng cách giữa P và Q trong quá trình dao động là: 

$l= \sqrt{(O_{1} O_{2})^{2}} \Rightarrow\left\{\begin{matrix}l_{min}=\sqrt{(O_{1}O_{2})^{2}+(0)^{2}}=O_{1}O_{2}\\l_{max}=\sqrt{(O_{1}O_{2})^{2}+(\Delta u_{max})^{2}}\end{matrix}\right.$

Vậy khoảng cách gần nhất giữa P và Q là: $l_{min}=O_{1}O_{2}$ =20 cm

Khoảng cách xa nhất giữa P và Q là: $l_{max} = \sqrt{(O_{1}O_{2})^{2}+(\Delta u_{max})^{2}}$

Giả sử sóng truyền qua P rồi mới đến Q thì dao động tại P sớm pha hơn Q là:

$\Delta\varphi = \frac{2\pi(PQ)}{\lambda} = \frac{8\pi}{3}$

Chọn mốc thời gian để phương trình dao động của phần tử tại P là: $u_{1} = 5cos\omega t$ (cm)

thì phương trình dao động của phần tử tại Q là: $u_{2} = 5cos(\omega t - \frac{8pi}{3})$ (cm)

$\Delta u = u_{1} - u_{2} = 5cos(\omega t - \frac{8pi}{3}) - 5cos\omega t = 5\sqrt{3}cos(\omega t – \frac{5\pi}{6})$ (cm)

$\Rightarrow \Delta u_{max} =5\sqrt{3}$ cm.

$l_{max} = \sqrt {(20)^{2} +(5\sqrt{3})^{2}} =5\sqrt{19}$ cm.

9.11*. Một sóng dọc truyền trong môi trường với bước sóng 15 cm, biên độ không đổi A = $5\sqrt{3}$ cm. Gọi P và Q là hai điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng. Khi chưa có sóng truyền đến hai điểm P và Q nằm cách nguồn các khoảng lần lượt là 20 cm và 30 cm. Khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa hai phần tử môi trường tại P và Q khi có sóng truyền qua là bao nhiêu?

Trả lời:

Đối với trường hợp sóng dọc, khoảng cách giữa haio O_{1} điểm P, Q khi dao động được mô tả như hình.

Gọi $O_{1}, O_{2}$ lần lượt là vị trí cân bằng của P và Q; 

$u_{1}, u_{2}$ lần lượt là li độ dao động của các phần tử tại P và Q; 

$\Delta u = u_{1} - u_{2}$

Khoảng cách giữa P và Q trong quá trình dao động là: 

$l=O_{1}O_{2} + \Delta u\Rightarrow \left\{\begin{matrix}l_{min}=|O_{1}O_{2}-\Delta u_{max}|\\l_{max}=|O_{1}O_{2}-\Delta u_{max}|\end{matrix}\right.$

Giả sử sóng truyền qua P rồi mới đến Q thì dao động tại P sớm pha hơn Q là

$\Delta\varphi = \frac{2\pi(PQ)}{\lambda} = \frac{4\pi}{3}$

Chọn mốc thời gian để phương trình dao của phần tử tại P là: $u_{1} = 5\sqrt{3}cos\omega t$ (cm)

thì phương trình dao động của phần tử tại Q là: $u_{2} = 5\sqrt{3} cos(\omega t - \frac{4\pi}{3}$ (cm)

$\Delta u = u_{1} - u_{2} = 5\sqrt{3} cos(\omega t - \frac{4pi}{3}) – 5\sqrt{3} cos\omega t = 15cos(\omega t - \frac{5\pi}{6})$ (cm)

$\Rightarrow \Delta u_{max} =15$ cm

$\Rightarrow \left\{\begin{matrix}l_{min}=|O_{1}O_{2}-\Delta u_{max}|=|10-15|=5 cm\\l_{max}=|O_{1}O_{2}-\Delta u_{max}|=10+15=25\end{matrix}\right.$