Phương pháp giải bài tập về sóng cơ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022

Tóm tắt nội dung

Xem online

Tải về

Phương pháp giải bài tập về sóng cơ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022 tóm tắt toàn bộ lý thuyết và các bài tập trắc nghiệm, tự luận Lý lớp 12. Việc luyện tập với các bài tập sẽ giúp các bạn học sinh nâng cao kỹ năng giải bài tập Lý và rút kinh nghiệm cho các bài thi. Vậy sau đây là nội dung chi tiết tài liệu, mời các bạn theo dõi tại đây.

1. Tóm tắt lý thuyết

2. Bài tập minh họa

3. Luyện tập

1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1.1. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ :

a.Sóng cơ - Định nghĩa - phân loại

+ Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong môi trường.

+ Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định.

+ Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

+ Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.

b.Các đặc trưng của một sóng hình sin

+ Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

+ Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường sóng truyền qua.

+ Tần số f: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng: f = 1/T

+ Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

+ Bước sóng l: là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ. $\lambda =vT=\frac{v}{f}.$

+ Bước sóng l cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha.

+ Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là $\frac{\lambda }{2}$.

+ Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là $\frac{\lambda }{4}$

+ Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha là: kl.

+ Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là: (2k+1)$\frac{\lambda }{2}$.

+ Lưu ý: Giữa n đỉnh (ngọn) sóng có (n - 1) bước sóng.

c. Phương trình sóng:

- Tại nguồn O: ${{\mathbf{u}}_{0}}={{\mathbf{A}}_{0}}\mathbf{cos}(\omega \mathbf{t})$

- Tại M trên phương truyền sóng:

${{\mathbf{u}}_{\mathbf{M}}}={{\mathbf{A}}_{\mathbf{M}}}\mathbf{cos}\omega (\mathbf{t}-\Delta \mathbf{t})$. Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và M bằng nhau: A_o = A_M = A.

Thì: ${{u}_{M}}=Acos\omega (t\text{ }-\Delta t)=Acos2\pi (t-\frac{x}{v})$ Với $t\ge \frac{x}{v}$

- Tổng quát:

Tại điểm O: ${{\mathbf{u}}_{0}}={{\mathbf{A}}_{0}}\mathbf{cos}(\omega \mathbf{t}+\varphi )$

Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng.

* Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì: ${{u}_{M}}=Acos(\omega t+\varphi \text{ }-\Delta t)=Acos(\omega t+\varphi -\frac{2\pi x}{v})$

\[\]* Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì:${{u}_{M}}=Acos(\omega t+\varphi \text{ +}\Delta t)=Acos(\omega t+\varphi +\frac{2\pi x}{v})$

-Tại một điểm M xác định trong môi trường sóng: $x=const;$ u_M là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T.

-Tại một thời điểm xác định $t=const;$ u_M là hàm biến thiên điều hòa theo không gian x với chu kỳ l.

d. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng x_M, x_N: $\Delta {{\varphi }_{MN}}=\omega \frac{{{x}_{N}}-{{x}_{M}}}{v}=2\pi \frac{{{x}_{N}}-{{x}_{M}}}{\lambda }$

+ Nếu 2 điểm M và N dao động cùng pha thì:

$\Delta {{\varphi }_{MN}}=2k\pi <=>2\pi \frac{{{x}_{N}}-{{x}_{M}}}{\lambda }=2k\pi <=>{{x}_{N}}-{{x}_{M}}=k\lambda $

+ Nếu 2 điểm M và N dao động ngược pha thì:

$\Delta {{\varphi }_{MN}}=(2k+1)\pi <=>2\pi \frac{{{x}_{N}}-{{x}_{M}}}{\lambda }=(2k+1)\pi <=>{{x}_{N}}-{{x}_{M}}=(2k+1)\frac{\lambda }{2}$.

+ Nếu 2 điểm M và N dao động vuông pha thì:

$\Delta {{\varphi }_{MN}}=(2k+1)\frac{\pi }{2}<=>2\pi \frac{{{x}_{N}}-{{x}_{M}}}{\lambda }=(2k+1)\frac{\pi }{2}<=>{{x}_{N}}-{{x}_{M}}=(2k+1)\frac{\lambda }{4}$.

- Nếu 2 điểm M và N nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng x thì: $\Delta \varphi =\omega \frac{x}{v}=2\pi \frac{x}{\lambda }$

(Nếu 2 điểm M và N trên phương truyền sóng và cách nhau một khoảng d thì: Dj = )

- Vậy 2 điểm M và N trên phương truyền sóng sẽ:

+ dao động cùng pha khi: d = kl

+ dao động ngược pha khi: d = (2k + 1)$\frac{\lambda }{2}$

+ dao động vuông pha khi: d = (2k + 1)$\frac{\lambda }{4}$

với k = 0, ±1, ±2 ...

Lưu ý: Đơn vị của x, x₁, x₂,d, l và v phải tương ứng với nhau.

e. Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f.

1.2. GIAO THOA SÓNG

- Điều kiện để có giao thoa:

Hai sóng là hai sóng kết hợp tức là hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian (hoặc hai sóng cùng pha).

- Lý thuyết giao thoa:

Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S₁, S₂ cách nhau một khoảng l:

+ Phương trình sóng tại 2 nguồn:(Điểm M cách hai nguồn lần lượt d₁, d₂)

${{u}_{1}}=\text{Acos}(2\pi ft+{{\varphi }_{1}})$ và ${{u}_{2}}=\text{Acos}(2\pi ft+{{\varphi }_{2}})$

+ Phương trình sóng tại M do hai sóng từ hai nguồn truyền tới:

${{u}_{1M}}=\text{Acos}(2\pi ft-2\pi \frac{{{d}_{1}}}{\lambda }+{{\varphi }_{1}})$ và ${{u}_{2M}}=\text{Acos}(2\pi ft-2\pi \frac{{{d}_{2}}}{\lambda }+{{\varphi }_{2}})$

+ Phương trình giao thoa sóng tại M: u_M = u_1M + u_2M

${{u}_{M}}=2Ac\text{os}\left[ \pi \frac{{{d}_{1}}-{{d}_{2}}}{\lambda }+\frac{\Delta \varphi }{2} \right]c\text{os}\left[ 2\pi ft-\pi \frac{{{d}_{1}}+{{d}_{2}}}{\lambda }+\frac{{{\varphi }_{1}}+{{\varphi }_{2}}}{2} \right]$

+ Biên độ dao động tại M: ${{A}_{M}}=2A\left| c\text{os}\left( \pi \frac{{{d}_{1}}-{{d}_{2}}}{\lambda }+\frac{\Delta \varphi }{2} \right) \right|$ với $\Delta \varphi ={{\varphi }_{2}}-{{\varphi }_{1}}$

- Tìm số điểm dao động cực đại, số điểm dao động cực tiểu giữa hai nguồn:

Cách 1 :

* Số cực đại: $-\frac{l}{\lambda }+\frac{\Delta \varphi }{2\pi }$

* Số cực tiểu: $-\frac{l}{\lambda }-\frac{1}{2}+\frac{\Delta \varphi }{2\pi }$

Cách 2:

Ta lấy: S₁S₂/l = n, p (n nguyên dương, p phần thập phân sau dấu phảy)

Số cực đại luôn là: 2n +1( chỉ đối với hai nguồn cùng pha)

Số cực tiểu là:

+ Trường hợp 1: Nếu p<5 thì số cực tiểu là 2n.

+Trường hợp 2: Nếu p ³ 5 thì số cức tiểu là 2n+2.

Nếu hai nguồn dao động ngược pha thì làm ngược lại.

- Hai nguồn dao động cùng pha ($\Delta \varphi ={{\varphi }_{1}}-{{\varphi }_{2}}=0$ hoặc 2kp)

+ Độ lệch pha của hai sóng thành phần tại M: $\Delta \phi =\frac{2\pi }{\lambda }\left( {{d}_{2}}-{{d}_{1}} \right)$

+ Biên độ sóng tổng hợp:${{A}_{M}}=2A\left| \cos \frac{\pi }{\lambda }\left( {{d}_{2}}-{{d}_{1}} \right) \right|$

v A_max= 2A khi:

+ Hai sóng thành phần tại M cùng pha

+ Hiệu đường đi d = d₂ – d₁= k.l

v A_min= 0 khi:

+ Hai sóng thành phần tại M ngược pha nhau « Dj=(2.k+1)p (kÎZ)

+ Hiệu đường đi d=d₂ – d₁=(k + $\frac{1}{2}$).l

+ Để xác định điểm M dao động với A_max hay A_min ta xét tỉ số

- Nếu k = số nguyên thì M dao động với A_max và M nằm trên cực đại giao thoa thứ k

- Nếu k + thì tại M là cực tiểu giao thoa thứ (k+1)

+ Khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp của hai hypecbol cùng loại (giữa hai cực đại (hai cực tiểu) giao thoa): l/2.

---(Để xem đầy đủ, chi tiết của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---

2. BÀI TẬP MINH HỌA

Ví dụ 1: Một người ngồi ở bờ biển trông thấy có 10 ngọn sóng qua mặt trong 36 giây, khoảng cách giữa hai ngọn sóng là 10m.. Tính tần số sóng biển và vận tốc truyền sóng biển.

A. 0,25Hz; 2,5m/s

B. 4Hz; 25m/s

C. 25Hz; 2,5m/s

D. 4Hz; 25cm/s

Hướng dẫn giải:

Xét tại một điểm có 10 ngọn sóng truyền qua ứng với 9 chu kì. T= $\frac{36}{9}$= 4s. Xác định tần số dao động. $f=\frac{1}{T}=\frac{1}{4}=0,25Hz$. Vận tốc truyền sóng: $\lambda = vT \to v = \frac{\lambda }{T} = \frac{{10}}{4} = 2,5m/s$

Đáp án A

Ví dụ 2: Một sóng cơ truyền trên một sợi dây đàn hồi rất dài. Phương trình sóng tại một điểm trên dây: u = 4cos(20pt -$\frac{\pi .x}{3}$)(mm).Với x: đo bằng met, t: đo bằng giây. Tốc độ truyền sóng trên sợi dây có giá trị.

A. 60mm/s

B. 60 cm/s

C. 60 m/s

D. 30mm/s

Hướng dẫn giải:

Ta có $\frac{\pi .x}{3}$ = $\frac{2\pi .x}{\lambda }$ => λ = 6 m => v = λ.f = 60 m/s (chú ý: x đo bằng met).

Đáp án C

Ví dụ 3: Một sợi dây đàn hồi nằm ngang có điểm đầu O dao động theo phương đứng với biên độ A=5cm, T=0,5s. Vận tốc truyền sóng là 40cm/s. Viết phương trình sóng tại M cách O d=50 cm.

A. ${{u}_{M}}=5\cos (4\pi t-5\pi )(cm)$

B ${{u}_{M}}=5\cos (4\pi t-2,5\pi )(cm)$

C. ${{u}_{M}}=5\cos (4\pi t-\pi )(cm)$

D ${{u}_{M}}=5\cos (4\pi t-25\pi )(cm)$

Giải: Phương trình dao động của nguồn: ${{u}_{o}}=A\cos (\omega t)(cm)$

Với : ${{u}_{o}}=5\cos (4\pi t)(cm)$.Phương trình dao động tai M: ${{u}_{M}}=A\cos (\omega t-\frac{2\pi d}{\lambda })$

Trong đó: ;d= 50cm . ${{u}_{M}}=5\cos (4\pi t-5\pi )(cm)$.

Chọn A.

Ví dụ 4: Một sóng cơ học truyền theo phương Ox với biên độ coi như không đổi. Tại O, dao động có dạng u = acosωt (cm). Tại thời điểm M cách xa tâm dao động O là $\frac{1}{3}$ bước sóng ở thời điểm bằng 0,5 chu kì thì ly độ sóng có giá trị là 5 cm?. Phương trình dao động ở M thỏa mãn hệ thức nào sau đây:

A. ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{2\lambda }{3})cm$

B. ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{\pi \lambda }{3})cm$

C. ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{2\pi }{3})cm$

D. ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{\pi }{3})cm$

Giải :

Sóng truyền từ O đến M mất một thời gian là :t = $\frac{d}{v}$ = $\frac{\lambda }{3v}$

Phương trình dao động ở M có dạng:${{u}_{M}}=a\cos \omega (t-\frac{1.\lambda }{v.3})$ .

Với v =l/T .

Suy ra :

Ta có:$\frac{\omega }{v}=\frac{2\pi }{T.\frac{\lambda }{T}}=\frac{2\pi }{\lambda }$

Vậy ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{2\pi .\lambda }{\lambda .3})$

Hay : ${{u}_{M}}=a\cos (\omega t-\frac{2\pi }{3})cm$

Chọn C

3. LUYỆN TẬP

Câu 1: Sóng dọc là sóng các phần tử

A. có phương dao động nằm ngang.

B. có phương dao động động thẳng đứng.

C. có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng.

D. có phương dao động trùng với phương truyền sóng.

Câu 2: Sóng ngang truyền được trong

A. rắn, lòng khí B. rắn và khí.

C. rắn và lỏng. D. Chất rắn và bề mặt chất lỏng

Câu 3: Sóng dọc truyền được trong các chất

A. rắn, lỏng và khí B. rắn và khí. C. rắn và lỏng. D. lỏng và khí.

Câu 4: Sóng ngang không truyền được trong các chất

A. rắn, lỏng và khí B. rắn và khí. C. rắn và lỏng. D. lỏng và khí.

Câu 5: Khi nói về sóng cơ, phát biểu nào sau đây sai?

A. Quá trình truyền sóng cơ là quá trình truyền năng lượng.

B. Sóng cơ là quá trình lan truyền các phần tử vật chất trong một môi trường.

C. Sóng cơ không truyền được trong chân không.

D. Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

Câu 6: Kết luận nào sau đây không đúng về quá trình lan truyền của sóng cơ?

A. Quãng đường mà sóng đi được trong nửa chu kỳ đúng bằng nửa bước sóng.

B. Không có sự truyền pha của dao động.

C. Không mang theo phần tử môi trường khi lan truyền.

D. Là quá trình truyền năng lượng.

Câu 7: Đối với sóng cơ học, tốc độ truyền sóng

A. phụ thuộc vào bước sóng và bản chất môi trường truyền sóng.

B. phụ thuộc vào bản chất môi trường truyền sóng.

C. phụ thuộc vào chu kỳ, bước sóng và bản chất môi trường truyền sóng.

D. phụ thuộc vào tần số sóng và bước sóng.

Câu 8: Một sóng cơ truyền trên một sợi dây rất dài với tốc độ 1 m/s và chu kì 0,5 s. Sóng cơ này có bước sóng là

A. 25 cm. B. 100 cm. C. 50 cm. D. 150 cm.

Câu 9: Một nguồn phát sóng dao động theo phương trình u = acos20πt (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. 20 B. 40 C. 10 D. 30

Câu 10: Người ta gây một chấn động ở đầu O một dây cao su căng thẳng làm tạo nên một dao động theo phương vuông góc với vị trí bình thường của dây, với chu kì 1,8 s. Sau 4 s chuyển động truyền được 20 m dọc theo dây. Bước sóng của sóng tạo thành truyền trên dây:

A. 9 m B. 6 m C. 4 m D. 3 m

Câu 11: Một người quan sát một chiếc phao nổi trên mặt biển , thấy nó nhô lên cao 6 lần trong 15 giây. Coi sóng biển là sóng ngang. Chu kỳ dao động của sóng biển là

A. 2,5 s B. 3 s C. 5 s D. 6 s

Câu 12: Khi âm truyền từ không khí vào nước, bước sóng của nó tăng hay giảm bao nhiêu lần? Biết tốc độ âm trong nước là 1530 m/s, trong không khí là 340 m/s.

A. không đổi B. tăng 4,5 lần C. giảm 4,5 lần D. giảm 1190 lần.

Câu 13: Sóng truyền trong một môi trường đàn hồi với tốc độ 360 m/s. Ban đầu tần số sóng là 180 Hz. Để có bước sóng là 0,5m thì cần tăng hay giảm tần số sóng một lượng như nào ?

A. Tăng thêm 420 Hz. B. Tăng thêm 540 Hz. C. Giảm bớt 420 Hz. D. Giảm xuống còn 90Hz.

Câu 14 : Một sóng cơ truyền dọc theo trục Ox có phương trình u = Acos(20πt – πx) (cm), với t tính bằng s. Tần số của sóng này bằng

A. 15 Hz. B. 10 Hz. C. 5 Hz. D. 20 Hz

Câu 15: Một sóng truyền theo trục Ox với phương trình u = acos(4πt – 0,02πx) (u và x tính bằng cm, t tính bằng giây). Tốc độ truyền của sóng này là

A. 100 cm/s. B. 150 cm/s. C. 200 cm/s. D. 50 cm/s.

---(Để xem đầy đủ, chi tiết của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---

ĐÁP ÁN

01. D	02. D	03. A	04. D	05. B	06. B	07. B	08. C	09. A	10. A
11. B	12. B	13. B	14. B	15. C	16. A	17. A	18. C	19. C	20. B
21. A	22. B	23. A	24. B	25. D	26. C	27. A	28. B	29. B	30. A

Trên đây là một phần trích dẫn nội dung Phương pháp giải bài tập về sóng cơ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.