Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 cánh diều bài 4: Sóng dừng

MỞ ĐẦU

Một sợi dây đàn hồi có một đầu cố định. Làm cho dầu tự do của dây dao động thì có những lúc ta thấy trên dây xuất hiện những điểm đứng yên. Những điểm đứng yên này có giống với những điểm đứng yên trong hiện tượng giao thoa của sóng nước không? Vì sao dao động tại những điểm đó lại triệt tiêu nếu chỉ nhận sóng từ đầu dao động truyền đến?

Hướng dẫn trả lời:

• Những điểm đứng yên trên sợi dây đàn hồi giống những điểm đứng yên trong hiện tượng giao thoa của sóng nước bởi đều là do sự giao thoa của các sóng kết hợp tạo thành.

• Nguyên nhân là bởi vì tại những điểm đứng yên đó, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau

I. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG TRÊN DÂY

LT 1. Hãy chỉ ra các nút sóng và các bụng sóng trên các Hình 4.1 và 4.2.

Hướng dẫn trả lời:

CH 1. Tiến hành thí nghiệm tạo sóng dừng trên dây và lập bảng ghi kết quả vào vở như mẫu Bảng 4.1.Nhận xét về mối liên hệ giữa tần số sóng trên dây và số bụng sóng quan sát được...

Hướng dẫn trả lời:

Nhận xét:

• Khi tần số sóng trên dây càng cao thì số bụng sóng trên dây càng lớn. 

• Ngược lại, khi tần số sóng trên dây càng thấp thì số bụng sóng trên dây càng ít. 

II GIẢI THÍCH SỰ TẠO TÀNH SÓNG DỪNG

CH 2. Hãy chỉ ra vị trí các nút sóng trên Hình 4.4. Xác định khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp.

Hướng dẫn trả lời:

Khi có sóng dừng trên dây, khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng một nửa bước sóng

CH 3. Hãy chỉ ra vị trí các bụng sóng trên Hình 4.4. So sánh biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng với biên độ của sóng tới

Hướng dẫn trả lời:

Biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng thường lớn hơn biên độ của sóng tới.

CH 4. Có thể nói sóng dừng trên dây là hiện tượng giao thoa sóng được không? Nếu có thì đây là giao thoa của những sóng nào?

Hướng dẫn trả lời:

Sóng dừng trên dây là một hiện tượng của giao thoa sóng của hai sóng đối pha và cùng tần số trên cùng một dây.

LT 2. Kiểm tra lại công thức (4.4) với kết quả của Bảng 4.1 thu được trong thí nghiệm quan sát sóng dừng trên dây đã thực hiện.

Hướng dẫn trả lời:

• Sử dụng công thức $L = k\frac{1}{2}$  với k = 1,2,3... nếu k = 1 và bước sóng λ = 30 cm, công thức (4.4) sẽ dự đoán độ dài sóng L = 15 cm. 

• Nếu kết quả quan sát trong bảng là 14.9 cm hoặc 15.1 cm, thì công thức (4.4) có thể được xem là chính xác.

Tương tự, ta có thể kiểm tra các giá trị khác của k và λ trong bảng 4.1 để xác định tính chính xác của công thức (4.4).

III. ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM

CH 5. Từ công thức tính tốc độ sóng, hãy chỉ ra các đại lượng cần xác định khi muốn đo tốc độ truyền âm trong không khí.

Hướng dẫn trả lời:

Ta cần xác định các đại lượng sau:

• Áp suất khí

• Khối lượng riêng của khí

• Hệ số nhiệt riêng của khí

Khi đã xác định được các đại lượng trên, ta có thể sử dụng công thức tính tốc độ sóng để tính toán tốc độ truyền âm trong không khí.

CH 6. Đề xuất phương án ứng dụng hiện tượng sóng dùng để đo tốc độ truyền âm trong không khí:

Vì sao một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển được? Tìm phương án giúp thay đổi độ dài của cột khí trong ống.

Vì sao cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất?

Nêu cách tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng

Hướng dẫn trả lời:

* Đề xuất phương án thí nghiệm

Dụng cụ

(1) Máy phát âm tần,

(2) loa nhỏ,

(3) ống cộng hưởng là ống nhựa trong suốt (rải đều các hạt xốp trong lòng ống).

Tiến hành thí nghiệm

– Đặt loa ở một đầu ống, loa nối với máy phát âm tần.

– Điều chỉnh để ống có chiều dài ngắn nhất.

– Điều chỉnh để máy phát âm tần phát ra tần số f = 650 Hz và biên độ âm thanh không quá to.

– Thay đổi từ từ chiều dài ống sao cho tại đầu ống không đặt loa, có các vị trí mà các hạt xốp dồn lại nhiều nhất. Đó là các bụng sóng. Ghi lại khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp được xác định là bụng sóng. Thực hiện lại từ bước 3 với âm thanh có tần số f = 850 Hz.

– Ghi kết quả vào vở theo mẫu Bảng 4.2.

– Một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển vì cần thay đổi chiều dài của cột khí trong ống cộng hưởng. Có thể sử dụng một pittong ở đầu ống, di chuyển pittong sẽ gián tiếp thay đổi chiều dài cột khí.

– Cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất vì để xác định được ở đó là bụng sóng hay nút sóng và từ đó tính được bước sóng, tốc độ truyền âm, ….

– Sử dụng công thức $L=\frac{(2k+1)\lambda}{4}$ để tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng

CH 7. Tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi kết quả như mẫu Bảng 4.2. Tính sai số của phép đo.

Hướng dẫn trả lời:

Sai số tuyệt đối: Trung bình cộng của |giá trị đo được - giá trị trung bình đo được|

Vận dụng. Vì sao ở thí nghiệm tạo sóng dừng trong ống cộng hưởng nếu một đầu ống để hở thì khi có sóng dừng, ta có thể nghe được âm rất to tại đầu ống đó?

Hướng dẫn trả lời:

Nếu một đầu ống để hở, khi sóng dừng được tạo ra, âm thanh sẽ được phát ra từ đầu ống đó. Mà đầu ống hở nên tại đó sẽ là bụng sóng nên âm thanh nghe được rất to.