Đề cương ôn tập thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Chương II: Sóng cơ - Trường THPT Thái Phiên

Nội dung text: Đề cương ôn tập thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Chương II: Sóng cơ - Trường THPT Thái Phiên

1. ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP THPT QUỐC GIA CHƯƠNG II: SÓNG CƠ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 1. Sóng cơ + Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất. + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn. + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Sóng cơ không truyền được trong chân không. + Bước sóng cũng là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kỳ:  = vT =.v/f + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha là λ + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là λ/2. + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là λ/4. Giữa n đỉnh (ngọn) sóng có (n - 1) λ 2. Phương trình sóng: Nếu phương trình sóng tại O là: uO = AOcos(t + ) thì OM Sóng truyền từ O đến M phương trình sóng tại M là: uM = Acos (t + - 2 )  ON Sóng truyền từ N đến O phương trình sóng tại N là: uN = Acos (t + + 2 )  d 3. Độ lệch pha: giữa hai điểm trên cùng một phương truyền cách nhau một khoảng x là : 2  * Hai điểm cùng pha thì = 2kπ d = k 1 * Hai điểm ngược pha thì = (2k + 1)π d = (k + )λ 2 1  * Hai điểm vuông pha thì = d k= (k + ) 2 2 2 II. GIAO THOA SÓNG 1. Điều kiện giao thoa: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Nếu tại hai nguồn S 1 và S2 cùng phát ra hai sóng giống hệt nhau: u 1 = u2 = Acost và nếu bỏ qua mất mát năng lượng khi sóng truyền đi thì thì sóng tại M (với S 1M = d1; S2M = d2) là tổng hợp hai sóng từ S1 và S2 truyền tới sẽ (d 2 d1 ) (d 2 d1 ) có phương trình là: uM = 2Acos cos(t - )   2. Độ lệch pha hai sóng (hai dao động ) truyền đến tại M: 2 (d d ) 2 (d d ) 2 1 2 1 M 1 2  o  3. Điều kiện cực đại cực tiểu: (Nói về biên độ dao động tại một điểm A 2Acos M ) M 2 - Cực đại : d d (k 0 ) 2 1 2 1 - Cực tiểu: d d (k 0 ) 2 1 2 2 Trên đường thẳng nối hai nguồn: Khoảng cách giữa hai cực đại liên tiếp hoặc hai cực tiểu liên tiếp : λ/2 Khoảng cách giữa cực đại và cực tiểu liên tiếp: λ/4 Tìm số điểm dao động cực đại, số điểm dao động cực tiểu giữa hai nguồn: L là khoảng cách hai nguồn L L Số cực đại 0 K 0 ( độ lêch pha giữa hai nguồn)  2  2 0 1
2. L 1 L 1 Số cực tiểu: 0 K 0  2 2  2 2 Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu giữa hai nguồn S1 và S2 cùng pha: S S S S * Số cực đại giữa hai nguồn: 1 2 k 1 2 với k Z   S S 1 S S 1 * Số cực tiểu giữa hai nguồn: 1 2 k 1 2  2  2 Tìm số điểm dao động cực đại và cục tiểu giữa hai nguồn S1 và S2 ngược pha: 1 Điểm dao động cực đại: d1- d2 = (k + )λ 2 S S 1 S S 1 Số Cực đại : 1 2 k 1 2  2  2 Điểm dao động cực tiểu (không dao động) : d1 - d2 = kλ S S S S Số Cực tiểu: 1 2 k 1 2   Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu giữa hai nguồn S1 và S2 vuông pha: (2k 1) 2 S S 1 S S 1 Số cực đại: 1 2 k 1 2  4  4 S S 1 S S 1 Số cực tiểu: 1 2 k 1 2  4  4 III. SÓNG DỪNG 1. Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ T/2.  Khoảng cách 2 bụng liên tiếp = khoảng cách 2 nút liên tiếp là 2  2 2. Thiết lập PT sóng dừng: Giả sử sóng tới vật cản B có PT : uB = A cos ωt 2 d - Đầu B là vật cản cố định: (nút): Điểm M cách B khoảng d có pt: uM = 2A sin cos (ωt-π/2)  2 d - Đầu B là vật cản tự do(bụng): Điểm M cách B khoảng d có pt: uM = 2A cos cos (ωt)  3. Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l:  * * Hai đầu là nút sóng: λl k (k N ) max = 2l 2 => fk = kfmin tần số gây ra sóng dừng bằng bội số nguyên lần tần số nhỏ nhất gây ra sóng dừng 2
3. Và fmin = fk+1- fk - Số bụng sóng = số bó sóng = k, Số nút sóng = k + 1  Vị trí các điểm bụng cách đầu B của sợi dây là: d = (k + 1/2) 2 Vị trí các điểm nút cách đầu B của sợi dây là : d = kλ/2 * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng:    l k (2k 1) (k N) k là số bó sóng. => λmax = 4L 4 2 4 Số bụng = số nút = K + 1 fk = (2k + 1)fmin tần số gây ra sóng dừng bằng bội số nguyên lẻ lần tần số nhỏ nhất gây ra sóng dừng Và fmin = (fk+1 - fk)/2 Vị trí các điểm bụng cách đầu A của sợi dây là: d = kλ/2  Vị trí các điểm nút cách đầu A của sợi dây là: d = (k + 1/2) 2 IV. SÓNG ÂM Giả sử có nguồn âm có công suất P đặt tại O, và điểm M cách O một đoạn r. Tại M, có hai đại lượng đặc trưng về âm: cường độ âm (I) và mức cường độ âm (L) Cường độ âm I tại M:Công suất P tại O truyền âm dạng cầu lan đến điểm M, vậy nên cường độ âm tại M chính bằng công suất P gửi đến trên một đơn vị diện tích của mặt cầu, công thức tính là: W P P L 1. Cường độ âm: I = = = I0.10 tS S 4 R2 S là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu truyền 3 hướng thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR2) I -12 2 Mức cường độ âm tại M L = lg với I0 là chuẫn cường độ âm I0 = 10 W/m I 0 2 I A OB Cường độ âm tại A, B cách nguồn O : 2 I B OA Đơn vị của mức cường độ âm ben (B). Trong thực tế người ta thường dùng ước số của ben là đêxiben (dB): 1dB = 0,1B. Khi I tăng lên 10n lần thì mức cường độ âm L tăng thêm 10n (dB) IB RA LB LA lg 2.lg I A RB 2. Đặc trưng sinh lí của sóng âm + Ba đặc trưng sinh lí của sóng âm là: độ cao, độ to và âm sắc, + Độ cao của âm là đặc trưng liên quan đến tần số của âm. + Độ to của âm là đặc trưng liên quan đến mức cường đô âm L. + Âm sắc là đặc trưng của âm giúp ta phân biệt được các âm phát ra từ các nguồn khác nhau. Âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm. Âm sắc phụ thuộc vào tần số và biên độ của các hoạ âm. v 3. Tần số do đàn phát ra: Hai đầu là nút sóng : f k 2l 4. Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng): v f (2k 1) ( k N) 4l B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Một sóng có có tần số 1000 Hz truyền đi với tốc độ 330 m/s thì bước sóng của nó là A. 330000 m.B. 0,3 m -1.C. 0,33 m/s.D. 0,33 m. 3
4. Câu 2: Nguồn phát sóng được biểu diễn: u = 3cos20 t (cm). Vận tốc truyền sóng là 4 m/s. Phương trình dao động của một phần tử vật chất trong môi trường truyền sóng cách nguồn 20 cm là A. u = 3cos(20 t - ) (cm). B. u = 3cos(20 t + ) (cm). 2 2 C. u = 3cos(20 t - ) (cm). D. u = 3cos(20 t) (cm). Câu 3: Một nguồn phát sóng dao động theo phương trình u = acos20 t (cm) với t tính bằng giây. Trong khoảng thời gian 2 s, sóng này truyền đi được quãng đường bằng bao nhiêu lần bước sóng ? A. 10.B. 20.C. 30.D. 40. Câu 4: Một sóng lan truyền với vận tốc 200 m/s có bước sóng 4 m. Tần số và chu kì của sóng là A. f = 50 Hz; T = 0,02 s.B. f = 0,05 Hz; T = 200 s. C. f = 800 Hz; T = 1,25 s.D. f = 5 Hz; T = 0,2 s. Câu 5: Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô lên cao 10 lần trong 18 s. Khoảng cách giữa hai ngọn sóng kề nhau là 2 m. Tốc độ truyền sóng là A. 1 m/s.B. 2 m/s.C. 4 m/s.D. 8 m/s. Câu 6: Một sóng truyền trên mặt nước có bước sóng 0,4 m. Hai điểm gần nhau nhất trên một phương truyền sóng, dao động lệch pha nhau góc , cách nhau 2 A. 0,10 m.B. 0,20.C. 0,15 m.D. 0,40 m. Câu 7: Nguồn sóng có phương trình u = 2cos(2 t + ) (cm). Biết sóng lan truyền với bước sóng 0,4 m. Coi biên 4 độ sóng không đổi. Phương trình dao động của sóng tại điểm nằm trên phương truyền sóng, cách nguồn sóng 10 cm là A. u = 2cos(2 t + ) (cm). B. u = 2cos(2 t - ) (cm). 2 4 3 3 C. u = 2cos(2 t - ) (cm). D. u = 2cos(2 t + ) (cm). 4 4 푡 Câu 8: Cho sóng ngang có phương trình u = 8cos 2π(0,1 ― 50) (mm), trong đó x tính bằng cm , t tính bằng s. Bước sóng là A. 0,1 m.B. 50 cm.C. 8 mm.D. 1 m. 푡 Câu 9: Một sóng ngang truyền dọc theo trục tọa độ Ox với phương trình u = 5cosπ( 0,1 ― 2) (mm), trong đó x tính bằng cm, t tính bằng s. Li độ của phần tử môi trường tại M nằm trên phương truyền sóng, cách gốc tọa độ 3 m ở thời điểm 2 s là A. uM = 0 mm.B. u M = 5 mm.C. u M = 5 cm.D. u M = 2,5 cm. Câu 10. Một nguồn sóng dao động điều hòa theo phương trình: u 0 = 2cos5πt (cm), lan truyền với vận tốc 25 cm/s. Biên độ sóng A, bước sóng λ nhận giá trị A. A = 2 cm, λ = 10 cm.B. A = 2 cm, λ = 62,5 cm. C. A = 10 cm, λ = 2 cm.D. A = 2 cm, λ = 10 m. Câu 11: Trong thí nghiệm giao thoa trên mặt nước, hai nguồn kết hợp giống nhau dao động với tần số 80 Hz, tốc độ truyền sóng 0,8 m/s. Tính từ đường trung trực của 2 nguồn, điểm M cách hai nguồn lần lượt 20,25 cm và 26,75 cm ở trên A. đường cực tiểu thứ 6. B. đường cực tiểu thứ 7. C. đường cực đại bậc 6.D. đường cực đại bậc 7. Câu 12: Trên mặt thoáng của chất lỏng có hai nguồn kết hợp A, B có phương trình dao động u A = uB = 2cos10 t (cm). Tốc độ truyền sóng là 3 m/s. Phương trình dao động sóng tại M cách A, B lần lượt d1 = 15 cm; d2 = 20 cm là 7 7 A. u = 2cos .sin(10 t - ) (cm).B. u = 4cos .cos(10 t - ) (cm). 12 12 12 12 7 7 C. u = 4cos .cos(10 t + ) (cm).D. u = 2 cos .sin(103 t - ) (cm). 12 6 12 6 4
5. Câu 13: Tại hai điểm A và B trên mặt nước cách nhau 8 cm là hai nguồn sóng kết hợp luôn dao động cùng pha, cùng tần số 80 Hz. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 40 cm/s. Giữa A và B có số điểm dao động với biên độ cực đại là A. 30 điểm.B. 31 điểm.C. 32 điểm.D. 33 điểm. Câu 14: Tại hai điểm A và B trên mặt nước cách nhau 10 cm là hai nguồn sóng kết hợp luôn dao động cùng pha, cùng tần số 40 Hz. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 80 cm/s. Số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn AB là A. 10 điểm.B. 9 điểm.C. 11 điểm.D. 12 điểm. Câu 15: Tại hai điểm A, B trên mặt nước có hai nguồn dao động cùng pha và cùng tần số f = 12 Hz. Tại điểm M cách các nguồn A, B những đoạn d1 = 18 cm, d2 = 24 cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực của AB có hai đường vân dao động với biên độ cực đại. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước bằng A. 24 cm/s.B. 26 cm/s.C. 28 cm/s.D. 20 cm/s. Câu 16: Trong một thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A và B dao động với cùng tần số 50 Hz, cùng biên độ dao động, cùng pha ban đầu. Tại một điểm M cách hai nguồn sóng đó những khoảng lần lượt là d1 = 42 cm, d2 = 50 cm, sóng tại đó có biên độ cực đại. Biết tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 80 cm/s. Số đường cực đại giao thoa nằm trong khoảng giữa M và đường trung trực của hai nguồn là A. 2 đường.B. 3 đường.C. 4 đường.D. 5 đường. Câu 17: Trên mặt nước tại A, B có hai nguồn sóng kết hợp có phương trình u A = Acos t và uB = Acos t + ). Những điểm nằm trên đường trung trực của AB sẽ A. dao động với biên độ lớn nhất.B. dao động với biên độ nhỏ nhất. C. dao động với biên độ bất kì.D. dao động với biên độ trung bình. Câu 18: Hai nguồn kết hợp A và B cách nhau 50 mm lần lượt dao động theo phương trình u 1 = Acos200πt (cm) và u2 = Acos(200πt + π) (cm) trên mặt thoáng của thuỷ ngân. Xét về một phía của đường trung trực của AB, người ta thấy vân bậc k đi qua điểm M có MA – MB = 12 mm và vân bậc (k + 3) (cùng loại với vân bậc k) đi qua điểm N có NA – NB = 36 mm. Số điểm cực đại giao thoa trên đoạn AB l à A. 11.B. 12.C. 13.D. 14. Câu 1 9: Trên mặt thoáng chất lỏng có hai nguồn kết hợp A và B. Phương trình dao động tại A, B là u A = uB = cos100πt (cm). Tại O là trung điểm của AB sóng có biên độ A. 1 cm.B. 2 cm.C. 0 cm.D. cm. 2 Câu 20: Ở mặt chất lỏng có hai nguồn sóng A, B cách nhau 18 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình là uA = uB = acos50πt (với t tính bằng s). Tốc độ truyền sóng ở mặt chất lỏng là 50 cm/s. Gọi O là trung điểm của AB, điểm M ở mặt chất lỏng nằm trên đường trung trực của AB và gần O nhất sao cho phần tử chất lỏng tại M dao động cùng pha với phần tử chất lỏng tại O. Khoảng cách MO là A. 10 cm. B. 2 cm. C. 2 2 cm. D. cm. 2 10 Câu 21. Một sợi dây đàn hồi 80 cm, đầu B giữ cố định, đầu A dao động điều hoà với tần số 50 Hz. Trên dây có một sóng dừng với 4 bụng sóng, coi A và B là nút sóng. Vận tốc truyền sóng trên dây là A. 10 m/s.B. 5 m/s.C. 20 m/s.D. 40 m/s. Câu 22. Trên một sợi dây đàn hồi dài 2,0 m, hai đầu cố định có sóng dừng với 2 bụng sóng. Bước sóng trên dây là A. 2,0 m. B. 0,5 m.C. 1,0 m.D. 4,0 m. Câu 23: Một sợi dây dài  = 2 m, hai đầu cố định. Người ta kích để có sóng dừng xuất hiện trên dây. Bước sóng dài nhất bằng A. 1 m.B. 2 m.C. 4 m.D. 0,5 m. Câu 24: Sóng dừng trên dây AB có chiều dài 32 cm với đầu B cố định, đầu A dao động với tần số 50 Hz, vận tốc truyền sóng trên dây là 4 m/s. Trên dây có A. 5 nút, 4 bụng.B. 4 nút, 4 bụng.C. 8 nút, 8 bụng.D. 9 nút, 8 bụng. Câu 25: Sóng dừng trên một sợ dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngoài hai đầu dây cố định còn có hai điểm khác trên dây không dao động. Biết khoảng thời gian giữa hai lần dây duỗi thẳng là 0,05 s. tốc độ truyền sóng trên dây là A. 4 m/s.B. 8 m/s.C. 12 m/s.D. 16 m/s. -5 2 -12 Câu 26: Cường độ âm tại một điểm trong môi trường truyền âm là 10 W/m . Biết cường độ âm chuẩn là I0 = 10 W/m2. Mức cường độ âm tại điểm đó bằng A. 50 dB.B. 60 dB. C. 70 dB. D. 80 dB. 5
6. Câu 27: Dây AB = 40 cm căng ngang hai đầu cố định, khi có sóng dừng thì tại M là bụng thứ 4 (kể từ B), biết BM = 14 cm. Tổng số bụng trên dây AB là A. 5. B. 10.C. 6. D. 12. Câu 28: Người ta đo được mức cường độ âm tại điểm A là 60 dB và tại điểm B là 80 dB. Hãy so sánh cường độ âm tại A và cường độ âm tại B 6 6 A. IB = 100IA. B. I A = 100IB. C. IA = IB. D. I B = IA. 8 8 Câu 29: Một sợi dây nhẹ đàn hồi dài 1 m, đầu trên được treo vào cần rung, đầu dưới cố định. Vận tốc truyền sóng trên dây v = 4 m/s. Cần rung dao động theo phương ngang với tần số 50 Hz f 60 Hz. Khi có sóng dừng, đầu trên là một nút sóng. Trong quá trình thay đổi tần số của cần rung, số lần tạo sóng dừng trên dây là A. 4. B. 5.C. 6.D. nhiều hơn 6 lần. -12 2 Câu 30: Cho cường độ âm chuẩn I0 = 10 W/m . Một âm có mức cường độ 80 dB thì cường độ âm là A. 10-4 W/m2. B. 3.10 -5 W/m2. C. 1066 W/m2. D. 10-20 W/m2. 6