Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 cánh diều bài 1: Mô tả sóng

MỞ ĐẦU

Ở bờ biển, ta thấy các con sông nối tiếp nhau xô vào bờ. Các con sóng lớn có thể lan truyền hàng trăm kilômét trên mặt biển trước khi đập vào bờ. Hình 1.1 mô tả các con sóng đến gần bờ sau quãng đường dài lan truyền trên mặt biển. Vậy sóng được tạo ra và lan truyền như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Sóng biển là một dạng sóng cơ học được tạo ra bởi sự chuyển động của nước trong đại dương. Dưới tác dụng của gió, các điểm cận nguồn sẽ dao động lên xuống, từ đó truyền đi xa.

I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

CH 1. Lấy một ví dụ về sóng

Hướng dẫn trả lời:

Ví dụ: Sóng âm thanh do loa phát ra

LT 1. Xác định biên độ và bước sóng của sóng được mô tả trong đồ thị li độ u (cm) - khoảng cách x (cm) ở Hình 1.3.

Hướng dẫn trả lời:

A = 6 cm

Ta thấy từ gốc x = 0 đến vị trí x = 56 có 7 khoảng => độ dài mỗi khoảng là 8 cm.

=> λ = 8.8 = 64cm.

CH 2. Chứng tỏ rằng từ định nghĩa về bước sóng, tốc độ sóng, tần số sóng, có thể rút ra công thức (1.2). v=fλ

Hướng dẫn trả lời:

Bước sóng λ là khoảng cách giữa hai điểm trên đường truyền sóng có pha giống nhau, là quãng đường sóng truyền đi trong 1 chu kì T

Tốc độ sóng là quãng đường mà sóng đi được trong một giây.

=> λ = v.T =$\frac{v}{f}$

=> v = f.λ

LT 2. Xác định bước sóng của các sóng ở Bảng 1.1. Cho rằng tốc độ sóng trong mỗi môi trường là hằng số với một nhiệt độ và áp suất xác định...

Hướng dẫn trả lời:

λ _{sóng nước trong bể khí} = $\frac{v}{f}$ = $\frac{0,12}{6}$ = 0,02m 

λ _{sóng âm trong không khí}  chạy từ 0,015m đến 15m

CH 3. Lấy ví dụ chứng tỏ sóng truyền năng lượng.

Hướng dẫn trả lời:

Khi bạn đánh mạnh một phần của nước trong một hồ bằng tay, năng lượng của đòn đập sẽ truyền qua nước dưới dạng sóng nước, và bạn có thể quan sát sóng này lan truyền ra xa khỏi điểm đòn đập ban đầu.

LT 3. Cường độ của một sóng sẽ bị suy giảm khi truyền đi trong không gian. Khi sóng lan truyền, biên độ sóng giảm dần. Biết rằng cường độ sóng tỉ lệ với bình phương của biên độ sóng. Tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa so với nguồn phát thì cường độ sóng tại đó thay đổi như thế nào so với tại nguồn

Hướng dẫn trả lời:

Cường độ sóng tại vị trí đó còn một nửa so với nguồn

II. LIÊN HỆ GIỮA SÓNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA ĐIỂM

CH 4. Mô tả chuyển động của phần tử số 0 trên Hình 1.4 trong thời gian từ t = 0  t=T. Từ đó, chỉ ra mối liên hệ giữa khoảng thời gian T biểu diễn trong Hình 1.4 với chu kì dao động của phần tử số 0 và với chu kì sóng trên dây.

Hướng dẫn trả lời:

Sau thời gian T, phần tử số 0 quay lại ví trí ban đầu tại vị trí cân bằng, trạng thái như trạng thái tại thời điểm đầu tiên. Vì vậy nên chu kì dao động của phần tử số 0 bằng chu kì sóng trên dây

CH5. Hãy chỉ ra hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$, phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$ , phần tử số 18 ở thời điểm $\frac{6T}{4}$ và so sánh với hướng truyền sóng. Phân biệt phương dao động với phương truyền sóng. Từ đó, phân biệt tốc độ của phần tử môi trường đang dao động với tốc độ sóng.

Hướng dẫn trả lời:

Hướng chuyển động của các phần tử:

• Phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$: đang đứng yên vì chưa có sóng truyền qua

• Phần tử số 18 ở thời điểm $\frac{6T}{4}$: đang ở VTCB, tiến ra biên dương

• Phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$ : đang ở biên dương và hướng về cân bằng

Phân biệt ghương dao động và phương truyền sóng:

• Phương dao động: Phương thẳng đứng, phần tử dao động lên xuống quanh VTCB

• Phương truyền sóng: Phương nằm ngang, từ trái qua phải

Tốc độ sóng và tốc độ dao động của môi trường là hai đại lượng khác nhau và có thể được phân biệt bằng cách quan sát phương chuyển động của các phân tử trong môi trường khi sóng truyền qua. 

III. MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐƠN GIẢN CỦA ÂM THANH VÀ ÁNH SÁNG

VD 1. Hãy giải thích vì sao về đêm và sáng sớm, ta có thể nghe rõ tiếng chuông chùa hoặc chuông nhà thờ từ rất xa.

Hướng dẫn trả lời:

Vào ban đêm và sáng sớm, khi tiếng ồn từ giao thông và các hoạt động con người giảm, môi trường âm thanh trở nên yên tĩnh hơn. Điều này làm cho các âm thanh như tiếng chuông chùa hoặc nhà thờ có thể truyền xa hơn mà không bị giảm độ rõ. Ngoài ra, độ ẩm và nhiệt độ của không khí thường thấp hơn vào ban đêm, làm cho âm thanh truyền qua không khí được giữ lại lâu hơn, giúp chúng có thể đi xa hơn.

VD 2. Bạn sẽ nghe được âm thanh bổng hơn hay trầm hơn của còi xe dẫn đường khi xe đó chạy lại gần bạn?

Hướng dẫn trả lời:

Khi một xe đang tiếp cận bạn, âm thanh của còi xe sẽ có hiệu ứng Doppler, dẫn đến việc thay đổi tần số của âm thanh. Điều này khiến âm thanh trở nên bổng hơn khi xe gần bạn và trầm hơn khi xe xa bạn. Hiệu ứng Doppler này xảy ra do sự thay đổi vị trí giữa nguồn âm thanh (còi xe) và người nghe (bạn) khi hai đối tượng này đang di chuyển liên quan đến nhau.