Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 CTST bài 9: Sóng dừng

I. SỰ PHẢN XẠ SÓNG

Thảo luận 1 trang 56 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 9.2 và nhận xét chiều biến dạng của dây khi có sóng tới và sóng phản xạ trong hai trường hợp: đầu dây cố định và đầu dây tự do.

Đáp án: 

- Đầu dây cố định: Sóng phản xạ đổi chiều biến dạng tại điểm phản xạ 

- Đầu dây tự do: Sóng phản xạ không đổi chiều biến dạng tại điểm phản xạ 

II. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG

Thảo luận 2 trang 57 sgk vật lý 11 ctst

Nhận xét về sự phụ thuộc của số lượng điểm cực đại, cực tiểu trên sợi dây với tần số của máy phát tần số.

Đáp án:

Nếu tần số tăng thì bước sóng sẽ giảm và số lượng điểm cực đại, cực tiểu trên sợi dây sẽ tăng và ngược lại.

Thảo luận 3 trang 58 sgk vật lý 11 ctst

Dựa vào sự hình thành của các điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu trong hiện tượng giao thoa, hãy dự đoán nguyên nhân hình thành bụng sóng và nút sóng trong hiện tượng sóng dừng.

Đáp án:

Khi sóng tới và sóng phản xạ trên dây gặp nhau, chúng tạo ra hiện tượng giao thoa vì chúng là hai sóng kết hợp. Khi hai sóng tăng cường nhau trên dây xuất hiện các điểm dao động với biên độ cực đại tương ứng với các bụng sóng và khi hai sóng làm suy yếu nhau trên dây xuất hiện những điểm đứng yên tương ứng với các nút sống (do sóng tới và sóng phản xạ có cùng biên độ).

III. ĐIỀU KIỆN CÓ SÓNG DỪNG

Luyện tập 1 trang 60 sgk vật lý 11 ctst

Một dây đàn guitar dài 64 cm phát ra âm cơ bản có tần số f khi được gảy. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là 422 m/s.

a) Tính giá trị f.

b) Người chơi đàn ấn đầu ngón tay lên một phím đàn để tạo thành một vật cản (cố định) làm cho chiều dài của dây ngắn đi (Hình 9.5). Khoảng cách từ phím đàn này đến đầu dây là 3,7 cm. Tinh tần số âm cơ bản phát ra bởi dây đàn trong trường hợp này.

Đáp án:

a) f =$\frac{v}{2l}$=$\frac{422}{2.0,64}$ = 329,69Hz

b) Chiều dài dây giảm 3,7 cm

f =$\frac{v}{2l}$=$\frac{422}{2.(0,64-0,037)}$ = 349,92Hz

Luyện tập 2 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm sóng dừng trên sợi dây AB dài 120 cm với đầu B tự do, đầu A được kích thích để thực hiện dao động với biên độ nhỏ. Ngoài đầu A, trên dây xuất hiện thêm một nút. Biết tần số sóng là 12,5 Hz.

a) Tính tốc độ truyền sóng.

b) Để có thêm một nút sóng trên dây thì tần số sóng khi này phải bằng bao nhiêu?

Đáp án:

a) Ngoài đầu A, trên dây xuất hiện thêm một nút nên ta có l = 3. 4 ⇒ λ = 160cm

=> v = f.λ = 12,5.160 = 2000 cm/s = 20 m/s

b) Để có thêm một nút sóng thì 

l = 5.$\frac{\lambda }{4}$ =$\frac{\lambda }{4}.\frac{v}{l\frac{4}{s}}$=$\frac{2000}{120.\frac{4}{5}}$ = 20,833Hz

Vận dụng trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao khi vặn khoá để chỉnh dây đàn guitar (Hình 9,7), ta có thể tạo ra hệ sống dừng trên dây. Biết tốc độ truyền sóng trên dây phụ thuộc lực căng dây.

Đáp án:

Với chiều dài của dây đàn guitar thông thường là l = 64 cm, với một tần số f xác định, sóng dừng chỉ có thể được tạo thành trên dây chiều dài dây bằng một số nguyên nửa lần bước sóng. 

Trong khi đó, tốc độ v của sóng âm trên dây đàn phụ thuộc vào lực căng. Do đó, việc vặn khoá để chỉnh lực căng của dây đàn nhằm để điều chỉnh tốc độ sóng âm phù hợp với điều kiện tạo ra sóng dừng trên dây đàn.

Bài tập 1 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Người ta thực hiện thí nghiệm sóng dừng trên một dây đàn hồi có hai đầu cố định dài 75,0 cm để đo tốc độ truyền sóng trên dây. Khi tần số sóng bằng 120 Hz thì trên dây xuất hiện 6 bụng sóng.

a) Tính tốc độ truyền sóng trên dây.

b) Tăng lực căng dây để tăng tốc độ truyền sóng gấp hai lần. Với những giá trị nào của tần số sóng dừng có thể được hình thành trên dây?

 Đáp án:

a) Điều kiện hình thành sóng dừng là l = 6.λ/2 ⇒ λ = 25cm

v = λf = 25.120 = 3000 cm/s

b) l = k.$\frac{\lambda }{4}$ =kλv’f’ = k.$\frac{2v}{f}

Áp dụng điều kiện tạo ra sóng dừng:

f'= 2k.$\frac{f}{3}$ = 80k Hz (k=1, 2, 3,...)

 => f' = 80Hz; 160 Hz; 240 Hz;...

Bài tập 2 trang 61 sgk vật lý 11 ctst

Trong một thử nghiệm nướng bánh bằng lò vi sóng, người ta đo được khoảng cách giữa hai phần nóng nhất và gần nhau nhất của bánh là khoảng 6,13 cm. Biết tần số sóng vi ba được sử dụng trong lò là 2,45 GHz. Sử dụng các số liệu đã cho để ước lượng tốc độ của sóng điện từ.

Đáp án:

λ/2 = 6,13cm ⇒ λ = 2.6,13.10$^{−2}$m

Tốc độ của sóng điện từ là v = λ.f = 2.6,13.10$^{−2}$.2,45.10$^{9}$ ≈ 3.10$^{8}$m/s