Phương pháp giải các bài toán liên quan đến các đặc tính Vật lý của âm năm 2021-2022

a. Sự truyền âm

* Thời gian truyền âm trong môi trường 1 và môi trường 2 lần lượt là (v₂ < v₁):

 * Gọi t là thời gian từ lúc phát âm cho đến lúc nghe được âm phản xạ thì

\(\left\{ \begin{array}{l} {t_1} = \frac{\ell }{{{v_1}}}\\ {t_2} = \frac{\ell }{{{v_2}}} \end{array} \right. \Rightarrow \Delta t = {t_2} - {t_1} = \frac{\ell }{{{v_2}}} - \frac{\ell }{{{v_1}}}\)

* Gọi t là thời gian từ lúc phát âm cho đến lúc nghe được âm phản xạ thì \(t = \frac{{2\ell }}{v}\)

b. Cường độ âm. Mức cường độ âm

Cường độ âm I (Đơn vị W/m2) tại một điểm là năng lượng gửi qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó trong một đơn vị thời gian: \(I = \frac{A}{{St}} = \frac{A}{{4\pi {r^2}t}} = \frac{P}{{4\pi {r^2}}}\)

Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm: \(I = \mu {A^2} \Rightarrow \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = {\left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}} \right)^2}\)

Mức cường đô âm L đươc định nghĩa là \(L\left( B \right) = \lg \frac{I}{{{I_0}}}\) , với I cường độ âm tại điểm đang xét và I₀ là cường độ âm chuẩn (I₀ = 10⁻¹²W/m²) ứng với tần số f = 1000 Hz. Đơn vị của l là ben (B) và đêxiben 1dB = 0,1B

c. Phân bố năng lượng âm khi truyền đi

Giả sử nguồn âm điểm phát công suất P từ điểm O, phân bố đều theo mọi hướng.

* Nếu bỏ qua sự hấp thụ âm và phản xạ âm của môi trường thì cường độ âm tai môt điểm M cách O một khoảng r là \(I = \frac{P}{{4\pi {r^2}}}\)

* Nếu cứ truyền đi 1 m năng lượng âm giảm a% so với năng lượng lúc đầu thì cường độ âm tại một điểm M cách O một khoảng r là \(I = \frac{{P\left( {100\%  - r.a\% } \right)}}{{4\pi {r^2}}}\)

* Nếu cứ truyền đi 1 m năng lượng âm giảm a% so với năng lượng 1 m ngay trước đó thì cường độ âm tại một điểm M cách O một khoảng r là: \(I = \frac{{P\left( {100\%  - a\% } \right)}}{{4\pi {r^2}}}\)

d. Quan hệ cường độ âm, mức cường độ âm ở nhiều điểm                     

Trên một đường thắng có bốn điểm theo đúng thứ tự là O, A, M và B. Nếu AM = nMB hay \({r_M} - {r_A} = n\left( {{r_B} - {r_M}} \right) \Rightarrow \left( {n + 1} \right){r_M} = n{r_B} + {r_A}\) . Nếu nguồn âm điểm đặt tại O, xuất phát từ công thức \(I = \frac{P}{{4\pi {r^2}}} = {I_0} = {I_0}{.10^L} \Rightarrow r = {10^{ - 0,5L}}\sqrt {\frac{P}{{4\pi {I_0}}}} \) 

Thay này vào công thức  sẽ được: \({\left( {n + 1} \right){{.10}^{ - 0,5{L_M}}} = n{{.10}^{ - 0,5{L_B}}} + {{10}^{ - 0,5{L_A}}}}\)

Nếu M là trung điểm của AB thì n = 1 nên \({{{2.10}^{ - 0,5{L_M}}} = {{10}^{ - 0,5{L_B}}} + {{10}^{ - 0,5{L_A}}}}\)

Ví dụ 1: Một người dùng búa gõ vào đầu vào một thanh nhôm. Người thứ hai ở đầu kia áp tai vào thanh nhôm và nghe được âm của tiếng gõ hai lần (một lần qua không khí, một lần qua thanh nhôm). Khoảng thời gian giữa hai lần nghe được là 0,12 s. Hỏi độ dài của thanh nhôm bằng bao nhiêu? Biết tốc độ truyền âm trong nhôm và trong không khí lần lượt là 6260 (m/s) và 331 (m/s).

A. 42 m                       B. 299 m                     C. 10 m                                   D. 10000 m

Hướng dẫn

\(0,12\left( s \right) = {t_k} - {t_n} = \frac{\ell }{{331}} - \frac{\ell }{{6260}} \Rightarrow \ell  \approx 42\left( m \right) \Rightarrow \) Chọn A.

Ví dụ 2: Một người dùng búa gõ nhẹ vào đường sắt và cách đó 1376 m, người thứ hai áp tai vào đường sắt thì nghe thấy tiếng gõ sớm hơn 3,3 s so với tiếng gõ nghe trong không khí. Tốc độ âm trong không khí là 320 m/s. Tốc độ âm trong sắt là

A. 1582 m/s.                B. 1376 m/s.                C. 1336 m/s.                D. 1348 m/s.

Hướng dẫn

\(3,3 = {t_s} - {t_k} = \frac{{1376}}{{320}} - \frac{{1376}}{v} \Rightarrow v = 1376\left( {m/s} \right) \Rightarrow \) Chọn B

Ví dụ 3: Tại một điểm trên phương truyền sóng âm với biên độ 0,2mm có cường độ âm bằng 2 W/m². Cường độ âm tại điểm đó sẽ bằng bao nhiêu nếu tại dố biên độ âm bằng 0,3 mm?

A. 2,5 W/m².               B. 3,0 W/m².               C. 4,0 W/m².              D. 4,5 W/m².

Hướng dẫn

\(I = \mu {A^2} \Rightarrow \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = {\left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}} \right)^2}{I_2} = {I_1}{\left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}} \right)^2} = 4,5\left( {{\rm{W}}/{m^2}} \right) \Rightarrow \) Chọn D

Chú ý: Nếu liên quan đến cường độ âm và mức cường độ â ta sử dụng công thức

\(L\left( B \right) = \lg \frac{I}{{{I_0}}} \Leftrightarrow I = {I_0}{.10^{L\left( B \right)}}\)

Thực tế, mức cường độ âm thường đo bằng đơn vị dB  nên ta đối về đơn vị Ben để tính toán thuận lợi.

Ví dụ 4: Công suất âm thanh cực đại của một máy nghe nhạc là 20 W. Cho rằng, cứ truyền đi trên khoảng cách 1 m thì năng lượng âm giảm 5% so với lần đầu do sự hấp thụ của môi trường truyền âm. Cho biết cường độ âm chuẩn 10⁻¹² (W/m²). Nếu mở to hết cỡ thì cường độ âm và mức cường độ âm ở khoảng cách 6 m là bao nhiêu?

Hướng dẫn

\(I = \frac{{P\left( {100\%  - 6.5\% } \right)}}{{4\pi r{h^2}}} = \frac{{20.0,7}}{{4\pi {{.6}^2}}} \approx 0,030947\left( {{\rm{W}}/{m^2}} \right) \Rightarrow L = \lg \frac{I}{{{I_0}}} \approx 10,49\left( B \right)\)

Ví dụ 5: Ba điểm O, A, B cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát từ O. Tại O đặt một nguồn điểm phát sóng âm đẳng hướng ra không gian, môi trường không hấp thụ âm. Mức cường độ âm tại A là 60 dB, tại B là 10 dB. Mức cường độ âm tại trung điểm M của đoạn AB là

A. 26 dB.                    B. 16 dB.                    C. 34 dB.                    D. 40 dB.

Hướng dẫn

Vì M là trung điểm của AB nên \(2{{r}_{M}}={{r}_{A}}+{{r}_{B}}\) (1)

Vì \(I=\frac{P}{4\pi {{r}^{2}}}={{I}_{0}}{{.10}^{L}}\Rightarrow r=\sqrt{\frac{{{W}_{0}}}{4\pi I}}=\sqrt{\frac{P}{4\pi {{I}_{0}}}}{{.10}^{-0,5L}},\)  r tỉ lệ với \({{10}^{-0,5L}}\) 

Do đó trong (1) ta thay r bởi \({{10}^{-0,5L}}:{{2.10}^{-0,5{{L}_{M}}}}={{10}^{-0,5{{L}_{A}}}}+{{10}^{-0,5{{L}_{B}}}}\)

\(\Rightarrow {{2.10}^{-0,5{{L}_{M}}}}={{10}^{-3}}+{{10}^{-0,5}}\Rightarrow {{L}_{M}}\approx 1,6\left( B \right)\Rightarrow \) Chọn B

Kinh nghiệm giải nhanh:

Nếu có hệ thức \(x{{r}_{M}}=y{{r}_{B}}+z{{r}_{A}}\)  ta thay r bởi \({{10}^{-0,5L}}\) sẽ được: \(x{{.10}^{-0,5{{L}_{M}}}}=y{{.10}^{-0,5{{L}_{B}}}}+z{{.10}^{-0,5{{L}_{A}}}}\)

Bài 1: Nhà vật lí người Pháp Bi−Ô dùng búa gõ vào đầu vào một thanh gang dài 951,25 m. Người thứ hai ở đầu kia áp tai vào thanh gang và nghe được âm của tiếng gõ hai lần (một lần qua không khỉ, một lần qua thanh gang). Khoảng thời gian giữa hai lần nghe được là 2,5 s. Biết tốc độ truyền âm trong không khí lần lượt là 340 (m/s). Tốc độ truyền âm trong gang là 

A. 3194 m/s.                B. 2999 m/s.                C. 1000 m/s.                D. 2500 m/s.

Bài 2: Một người dùng búa gõ nhẹ vào đường sắt và cách đó 1056 m, người thứ hai áp tai vào đường dắt thì nghe thấy tiếng gõ sớm hơn 3s so với tiếng gõ nghe trong không khí. Tốc độ âm trong không khí là 330m/s. Tốc độ âm trong sắt là:                      

A. 1238 m/s.                B. 1376 m/s.                C. 1336 m/s.                D. 5280 m/s.

Bài 3: Nếu khoảng thời gian từ khi nhìn thấy tiếng sét đến khi nghe thấy tiếng sấm là 1 phút thì khoảng cách từ nơi sét đánh đến người quan sát là bao nhiêu? Tốc độ truyền âm trong không khí là 340 (m/s).

A. 402 m                     B. 299 m                     C. 10 m                                   D. 20400 m

Bài 4: Một người đứng áp tai vào đường ray. Người thứ 2 đứng cách đó một khoảng x gõ mạnh búa vào đường ray. Người thứ nhất nghe thấy 2 tiếng búa cách nhau một khoảng thời gian là 14/3 s. Biết tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s. Tốc độ truyền âm trong thép gấp 15 lần trong không khí. Tính x.

A. 42 m,                      B. 299 m.                    C. 10 m.                                  D. 1700m,

Bài 5: Một nam châm điện dùng dòng điện xoay chiều có chu kì 0,1 (s). Nam châm tác dụng lên một lá thép mỏng làm cho lá thép dao động điều hòa và tạo ra sóng âm. sóng âm do nó phát ra truyền trong không khí là:

A. Âm mà tai người có thể nghe được.                      B. sóng ngang

C. Hạ âm.                                                                   D. siêu âm.

Bài 6: Người ta gõ vào thanh thép và nghe thấy âm phát ra, quan sát thấy hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động ngược pha cách nhau 4 m. Tốc độ truyền âm là 5000 m/s. Tần số âm phát ra là

A. 625 Hz.                  B. 725 Hz.                   C. 645 Hz.                  D. 425 Hz.

Bài 7: Sóng âm truyền trong thép với tốc độ 5000 m/s. Hai điểm trong thép dao động lệch pha nhau π/2 mà ở gần nhau nhất thì cách nhau đoạn 1,54 m. Tần số của âm là

A. 920 Hz.                  B. 7800Hz.                  C. 812 Hz                   D. 900 Hz.

Bài 8: Micro được dịch chuyên tới vị trí mới cách loa 5 m. So sánh với âm thu được tại vị tri 10 m, âm tại vị trí mới khác âm cũ về     

A. biên độ.                  B. bước sóng.              C. tốc độ truyền sóng. D. tần số.

Bài 9: Một người lấy búa gõ mạnh vào một đầu của một ống kim loại bằng thép có chiều dài L. Người khác ở đầu kia của ống nghe thấy hai âm do sóng truyền dọc theo ống và sóng truyền qua không khí cách nhau một khoảng thời gian là 1 giây. Biết vận tốc truyền âm trong kim loại và trong không khí lần lượt là v_kl = 5900 m/s và v_kk = 340 m/s. Chiều dài L là

A. 200 m.                    B. 280 m.                    C. 361 m.                    D. 400 m.

Bài 10: Hai nhân viên đường sắt đúng cách nhau 1100 m, một người lấy búa gõ mạnh vào đường ray, người kia áp tai vào đường ray thì nghe được hai âm, một âm truyền trong thép đến trước và sau đó 3 s thì có âm khác truyền từ không khí đến. Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 340,0m/s, vận tốc truyền âm trong thép là

A. 5500m/s.                 B. 4700 m/s.                C. 4675 m/s.                D. 2120 m/s.

Bài 11: Tốc độ âm trong không khí là 320 m/s. Tai người không thể phân biệt được hai âm giống nhau nếu chúng tới tai chênh nhau về thời gian một lượng nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 s. Một người đứng cách vách đá một khoảng L, bắn một phát súng chỉ nghe thấy một tiếng thì

A. L > 16 m.                B. L < 16 m.                C. L > 32m.                 D. L < 32m.

Bài 12: Một người thả một viên đá từ miệng giếng đến đáy giếng cạn và 3 s sau nghe thấy tiếng động do viên đá chạm đáy giếng. Cho biết tốc độ âm trong không là 340 m/s, lấy g = 10 m/s². Độ sâu của giếng là

A. 41,42 m.                 B. 40,42 m.                 C. 39,42 m.                 D. 38,42 m.

Bài 13: Tại một nơi bên bờ vực sâu, một người thả rơi một viên đá xuống vực, sau thời gian 2 s thì người đó nghe thấy tiếng viên đá va vào đáy vực. Coi chuyển động rơi của viên đá là rơi tự do, lấy g = 10m/s²; tốc độ âm trong không khí là 340m/s. Độ sâu của đáy vực là    

A. 19 m.                      B. 340 m.                    C. 680 m.                    D. 20 m.

Bài 14: Tại một điểm trên phương tmyền sóng âm với biên độ 0,4 mm, có cường độ âm bằng 1,5 W/m². Cường độ âm tại điểm đó sẽ bằng bao nhiêu nếu tại đó biên độ âm bằng 0,8 mm?

A. 2,5 W/m²                B. 6,0 W/m²                C. 4,0 W/m²                D. 4,5 W/m²

Bài 15: Tại một điểm trên phương truyền sóng âm với biên độ 0,12 mm, có cường độ âm bằng 1,8 W/m². Cường độ âm tại điểm đó sẽ bằng bao nhiêu nếu tại đó biên độ âm bằng 0,36 mm?

A. 0,6 W/m2.              B. 2,7 W/m².               C. 5,4 W/m².               D. 16,2 W/m².

 -(Để xem nội dung tài liệu, các em vui lòng xem online hoặc đăng nhập tải về máy)-

ĐÁP ÁN

1.A	2.D	3.D	4.D	5.A	6.A	7.C	8.A	9.C	10.C
11.B	12.A	13.A	14.B	15.D	16.A	17.A	18.C	19.B	20.A
21.B	22.B	23.D	24.C	25.D	26.B	27.D	28.C	29.D	30.A
31.A	32.D	33.C	34.C	35.D	36.C	37.C	38.A	39.D	40.A
41.A	42.C	43.D	44.A	45.C	46.B	47.C	48.C	49.D	50.B

 

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Phương pháp giải các bài toán liên quan đến các đặc tính Vật lý của âm năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc 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.