Giải vật lí 12 bài 10: Đặc trưng vật lí của âm
Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 10: Đặc trưng vật lí của âm - sách giáo khoa vật lí 12. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 12 bài 10: Đặc trưng vật lí của âm nhé.
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Âm. Nguồn âm
Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí. Sóng âm là sóng ngang.
Tần số của sóng âm cũng là tần số âm.
Nguồn âm: Là một vật dao động phát ra âm.
Âm nghe được (hay còn gọi là âm thanh): Là âm có tác dụng làm cho màng nhĩ trong tai ta dao động, gây ra cảm giác ấm. Tần số của sóng âm: Từ 16 Hz đến 20 000 Hz.
Hạ âm: là âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz (tai người không nghe được).
Siêu âm: là âm có tần số lớn hơn 20 000 Hz (tai người không nghe thấy được).
Vận tốc truyền âm: Vận tốc lan truyền các dao động cơ trong môi trường. Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào môi trường truyền âm: $v_{rắn} > v_{lỏng} > v_{khí}$.
Phân loại: Âm gồm có hai loại là nhạc âm (âm có tần số xác định) và tạp âm (âm không có tần số xác định).
Chú ý: Trong một môi trường xác định, tốc độ truyền âm luôn không đổi. Âm không truyền được trong chân không.
II. Các đặc trưng vật lí của âm
Tần số âm (f, Hz): là tần số dao động của nguồn âm, là một trong những đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm, cho biết mức độ trầm bổng (độ cao) của âm.
Cường độ âm (I, $W/m^{2}$): Cường độ âm tại một điểm là đại lượng do bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.
$I = \frac{W}{S.t} = \frac{P}{4\pi .d}$
Mức cường độ âm (L, Ben (B)): $L = \lg \frac{I}{I_{0}} (B) = 10\lg \frac{I}{I_{0}} (dB)$.
Trong đó:
- I: Cường độ âm tại điểm đang xét ($W/m^{2}$).
- W: Năng lượng sóng âm tại điểm đang xét (J).
- t: Thời gian truyền âm (s).
- S: Diện tích ($m^{2}$).
- P: Công suất của nguồn âm (W).
- d: Khoảng cách từ điểm đang xét tới nguồn âm (m).
- $I_{0} = 10^{-12} (W/m^{2})$: Cường độ âm chuẩn: là cường độ nhỏ nhất của âm mà tai người bình thường còn nghe thấy được.
- L: Mức cường độ âm (B).
- Đổi đơn vị 1B = 10 dB.
Đồ thị dao động của âm
Khi một nhạc âm phát ra một âm có tần số $f_{0}$ thì nó cũng đồng thời phát ra âm có tần số 2$f_{0}$; 3$f_{0}$; ....
- Âm cơ bản: Âm có tần số $f_{0}$.
- Họa âm: Các âm có tần số 2$f_{0}$; 3$f_{0}$; .... (gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3,...).
- Biên độ của cá họa âm lớn nhỏ không như nhau, phụ thuộc vào nguồn phát ra nhạc âm.
Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động âm. Đồ thị dao động âm của các nhạc âm khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau và được phân biệt bởi âm sắc.
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Hạ âm và siêu âm có cùng bản chất...
Hạ âm và siêu âm có cùng bản chất không?
Bài giải:
Hạ âm và siêu âm có cùng bản chất. Chúng đều có bản chất là các sóng cơ truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí.
Giải câu 2: Sóng âm là gì?...
Sóng âm là gì?
Bài giải:
Sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn.
Giải câu 3: Nhạc âm là gì?...
Nhạc âm là gì?
Bài giải:
Nhạc âm là âm có tần số xác định.
Giải câu 4: Trong ba môi trường rắn, lỏng và khí...
Trong ba môi trường rắn, lỏng và khí, âm truyền nhanh nhất trong môi trường nào, chậm nhất trong môi trường nào?
Bài giải:
Âm truyền nhanh nhất trong môi trường rắn, chậm nhất trong môi trường khí.
Giải câu 5: Cường độ âm được đo bằng gì?...
Cường độ âm được đo bằng gì?
Bài giải:
Cường độ âm được đo bằng $W/m^{2}$.
Giải câu 6: Chọn câu đúng....
Chọn câu đúng.
Siêu âm là âm
A. có tần số lớn.
B. có cường độ lớn.
C. có tần số trên 20 000 Hz.
D. truyền trong mọi môi trường nhanh hơn âm.
Bài giải:
Chọn đáp án C.
Giải thích: Bạn đọc tham khảo nội dung lí thuyết tại đây.
Giải câu 7: Chọn câu đúng....
Chọn câu đúng.
Cường độ âm được đo bằng
A. oát trên mét vuông.
B. oát.
C. newton trên mét vuông.
D. newton trên mét.
Bài giải:
Chọn đáp án A.
Giải thích: Bạn đọc tham khảo nội dung kiến thức trọng tâm tại đây.
Giải câu 8: Một lá thép dao động với chu kì T...
Một lá thép dao động với chu kì T = 80 ms. Âm do nó phát ra có nghe được không?
Bài giải:
Tần số của âm do lá thép phát ra là: $f = \frac{1}{T} = \frac{1}{80.10^{-3}} = 12,5 Hz$ < 20 Hz.
Vậy âm do lá thép phát ra là hạ âm nên tai người không nghe được.
Giải câu 9: Một siêu âm có tần số 1 MHz. Sử dụng...
Một siêu âm có tần số 1 MHz. Sử dụng bảng 10.1, hãy tính bước sóng của siêu âm này trong không khí ở $0^{\circ} C$ và trong nước ở $15^{\circ} C$.
Bài giải:
Bước sóng của sóng siêu âm này là:
- Trong không khí ở $0^{\circ} C$ là: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{331}{1.10^{6}} = 3,31.10^{-4} (m)$.
- Trong nước ở $15^{\circ} C$ là: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{1500}{1.10^{6}} = 1,15.10^{-3} (m)$.
Giải câu 10: Để đo tốc độ âm trong gang, nhà vật...
Để đo tốc độ âm trong gang, nhà vật lí Pháp Bi-ô đã dùng một ống bằng gang dài 951,25 m. Một người đập một nhát búa vào một đầu ống gang, một người ở đầu kia nghe thấy hai tiếng gõ, một truyền qua gang, một truyền qua không khí trong ống gang; hai tiếng ấy cách nhau 2,5 s. Biết tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s, hãy tính tốc độ âm trong gang.
Bài giải:
Gọi thời gian truyền âm trong không khí là $t_{1}$, trong gang là $t_{2}$.
Gọi tốc độ truyền âm trong không khí là $v_{1} = 340 m/s$, trong gang là $v_{1}$.
Vì người ta nghe thấy hai tiếng gõ cách nhau 2,5 s, nên ta có:
$\left | t_{1} - t_{2} \right | = 2,5 s$.
$\Leftrightarrow $ $\left | \frac{L}{v_{1}} - \frac{L}{v_{2}} \right | = 2,5 s$ (L: là chiều dài ống gang.
$\Leftrightarrow $ $\left | \frac{951,25}{340} - \frac{951,25}{v_{2}} \right | = 2,5 s$.
$\Leftrightarrow $ $v_{2} \approx 3194 (m/s)$.