Dưới đây là tài liệu Phương pháp giải các bài toán liên quan đến nguồn nhạc âm môn Vật Lý 12 năm 2021-2022 đã được Hoc247 biên soạn. Với tài liệu này, các em sẽ được rèn luyện kĩ năng làm bài và ôn tập các kiến thức đã học. Hi vọng đây là tài liệu hữu ích cho các em. Mời các em cùng xem chi tiết tư liệu ngay sau đây.
1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
a. Miền nghe được
Ngưỡng nghe của âm là cường độ âm nhỏ nhất của một âm để có thế gây ra cảm giác âm đó.
Ngưỡng đau là cường độ của một âm lớn nhất mà còn gây ra cảm giác âm. Lúc đó có cảm giác đau đớn trong tai.
Miền nghe được là miền nằm trong phạm vi từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau.
\({I_{\min }} \le I = \frac{P}{{4\pi {r^2}}} \le {I_{\max }} \Rightarrow \sqrt {\frac{P}{{4\pi {I_{\max }}}}} \le r \le \sqrt {\frac{P}{{4\pi {I_{\min }}}}} \)
b. Nguồn nhạc âm
Giải thích sự tạo thành âm do dây dao động: khi trên dây xuất hiện sóng dừng có những chỗ sợi dây dao động với biên độ cực đại (bụng sóng), đẩy không khí xung quanh nó một cách tuần hoàn và do đó phát ra một sóng âm tương đối mạnh có cùng tần số dao động của dây.
\(\ell = k\frac{\lambda }{2} = k\frac{v}{{2f}} \Rightarrow f = k\frac{v}{{2\ell }}\) (với k = 1, 2, 3….)
Tần số âm cơ bản là \({f_1} = \frac{v}{{2\ell }}\), họa âm bậc 2 là \({f_2} = 2.\frac{v}{{2\ell }} = 2{f_1}\), họa âm bậc ba là \({f_3} = 2.\frac{v}{{2\ell }} = 3{f_1}....\)
Giải thích sự tạo thành âm do cột không khí dao động: Khi sóng âm (sóng dọc) truyền qua không khí trong một ống, chúng phản xạ ngược lại ở mỗi đầu và đi trở lại qua ống (sự phản xạ này vẫn xảy ra ngay cả khi đầu để hở). Khi chiều dài của ống phù hợp với bước sóng của sóng âm
Trong âm nhạc, khoảng cách giữa hai nốt nhạc trong một quãng được tính bằng cung và nửa cung (nc). Mỗi quãng tám được chia thành 12 nC. Hai nốt nhạc cách nhau nửa cung thì hai âm (cao, thấp) tương ứng với hai nốt nhạc này có tần số thỏa mãn \(f_c^{12} = 2f_1^{12}\) . Tập hợp tất cả các âm trong một quãng tám gọi là một gam (âm giai). Xét một gam với khoảng cách từ nốt Đồ đến các nốt tiếp theo Rê, Mi, Fa, Sol, La. Si, Đô tương ứng là 2 nc, 4 nc, 5 nc, 7 11C , 9 nc, 11 nc, 12 nc.
VD: Nốt Rê cách nút La 7nc nên nếu nốt La có tần số 440 Hz thì tần số nốt Rê thỏa mãn: 44012 = 27.f12 => f 294 (Hz) .
2. BÀI TẬP MINH HỌA
Ví dụ 1 : Một cái còi được coi như nguồn âm điểm phát ra âm phân bố đều theo mọi hướng. Cách nguồn âm 10 km một người vừa đủ nghe thấy âm. Biết ngưỡng nghe và ngưỡng đau đối với âm đó lần lượt là 10−9 (W/m2) và 10 (W/m2). Hỏi cách còi bao nhiêu thì tiếng còi bắt đầu gây cảm giác đau cho người đó?
A. 0,1m. B. 0,2m. C. 0,3m. D. 0,4m
Hướng dẫn
\(\left\{ \begin{array}{l} {I_{\min }} = \frac{P}{{4\pi r_1^2}}\\ {I_{\max }} = \frac{P}{{4\pi r_2^2}} \end{array} \right. \Rightarrow \frac{{{I_{\min }}}}{{{I_{\max }}}} = {\left( {\frac{{{r_2}}}{{{r_1}}}} \right)^2} \Rightarrow {r_2} = {r_1}\sqrt {\frac{{{I_{\min }}}}{{{I_{\max }}}}} = {10^4}\sqrt {{{10}^{ - 10}}} = 0,1\left( m \right)\)
Chọn A.
Ví dụ 2: Sóng âm truyền trong không khí với tốc độ 340 m/s. Một cái ống có chiều cao 15 cm đặt thẳng đứng và có thể rót nước từ từ vào để thay đổi chiều cao cột khí trong ống. Trên miệng ống đặt một cái âm thoa có tần số 680 Hz. Đổ nước vào ống đến độ cao cực đại bao nhiêu thì khi gõ vào âm thoa thì nghe âm phát ra to nhất?
A. 2,5 cm. B. 2 cm. C. 4,5 cm. D. 12,5 cm.
Hướng dẫn
\(\left\{ \begin{array}{l} \lambda = \frac{v}{f} = \frac{{340}}{{680}} = 0,5\left( m \right)\\ \ell = \left( {2n + 1} \right)\frac{\lambda }{4} \Rightarrow {\ell _{\min }} = \frac{\lambda }{4} = 0,125\left( m \right) \Rightarrow {h_{\max }} = 15 - {\ell _{\min }} = 2,5\left( {cm} \right) \end{array} \right.\)
Chọn A.
Ví dụ 3: Một âm thoa nhỏ đặt trên miệng của một ống không khí hình trụ AB, chiều dài của ống khi có thể thay đổi được nhờ dịch chuyển mực nước ở đầu B. Khi âm thoa dao động ta thấy trong ống có một sóng dừng ổn định. Khi chiều dài ống thích hợp ngắn nhất 13 cm thì âm thanh nghe to nhất. Biết rằng với ống khí này đầu B là một nút sóng, đầu A là một bụng sóng. Khi dịch chuyển mực nước ở đầu B để chiều dài 65 cm thì ta lại thấy âm thanh cũng nghe rất rõ. Tính số nút sóng trong ống.
A. 2. B. 3. C. 4. D. 5.
Hưởng dẫn
\(\ell = \left( {2n + 1} \right)\frac{\lambda }{4} \Rightarrow {\ell _{\min }} = \frac{\lambda }{4} = 13 \Rightarrow \lambda = 52\left( {cm} \right)\)
\( \Rightarrow Sn = Sb = \frac{\ell }{{0,5\lambda }} + 0,5 = \frac{{65}}{{0,5.52}} + 0,5 = 3 \Rightarrow \)
Chọn B
Chú ý:
Nếu hai lần thí nghiệm liên tiếp nghe được âm to nhất hoặc nghe được âm nhỏ nhất thì \(\frac{\lambda }{2} = {\ell _2} - {\ell _1} \Rightarrow \lambda = 2\left( {{\ell _2} - {\ell _1}} \right)\)
Nếu lần thì nghiệm đầu nghe được âm to nhất lần thí nghiệm tiếp theo nghe được âm nghe được âm nhỏ nhất thì \(\frac{\lambda }{4} = {\ell _2} - {\ell _1} \Rightarrow \lambda = 4\left( {{\ell _2} - {\ell _1}} \right)\)
Tốc độ truyền âm: \(v = \lambda f.\)
Ví dụ 4: Một ống có một đầu bịt kín tạo ra âm cơ bản của nốt Đô có tần số 130,5 Hz. Nếu người ta để hở cả đầu đó thì khi đó âm cơ bản tạo có tần số bằng bao nhiêu?
A. 522 Hz. B. 491,5 Hz. C. 261 Hz. D. 195,25 Hz.
Hướng dẫn
\(\ell = \left( {2n + 1} \right)\frac{\lambda }{4} = \left( {2n = 1} \right)\frac{v}{{4f}} \Rightarrow f = \left( {2n + 1} \right)\frac{v}{{4\ell }} \Rightarrow {f_{\min 1}} = \frac{v}{{4\ell }}\)
\(\ell = k\frac{\lambda }{2} = k\frac{v}{{2f}} \Rightarrow f = k\frac{v}{{2\ell }} \Rightarrow {f_{\min 2}} = \frac{v}{{2\ell }} \Rightarrow {f_{\min 2}} = 2{f_{\min 1}} = 261\left( {Hz} \right)\)
Chọn C
3. LUYỆN TẬP
Bài 1: Một nguồn âm O (coi như nguồn điểm) công suất 4n (mW). Giả sử nguồn âm và môi trường đều đẳng hướng, bỏ qua sự hấp thụ âm và phản xạ âm của môi trường. Cho biết ngưỡng nghe và ngưỡng đau đối với âm đó lần lượt 10−11 (W/m2) và 10−3(W/m2). Để nghe được âm mà không có cảm giác đau thì phải đúưg trong phạm vi nào trước O?
A. 1m − 10000 m. B. 1m − 1000m. C. 10m − 1000m. D. 10 m − 10000 m.
Bài 2: Mức cường độ âm tại điểm A ở trước một cái loa một khoảng 1 m là 70 dB. Các sóng âm do loa đó phát ra là sóng cầu. Một người đứng trước loa 100 m thì bắt đầu không nghe được âm do loa đó phát ra nữa. Cho biết cường độ chuẩn của âm là 10−12 (W/m2). Bỏ qua sự hấp thụ âm của không khí và sự phản xạ âm. Hãy xác định ngưỡng nghe của tai người đó (theo đơn vị W/m2).
A. 10−8 (W/m2). B. 10−9(W/m2). C. 10−10 (W/m2). D. 10−11 (W/m2).
Bài 3: Tại một nơi cách một nguồn âm điểm đẳng hướng là 20 m có mức cường độ âm 30 dB. Bỏ qua sự tắt dần của âm. Biết ngưỡng nghe bằng cường độ âm chuẩn là 10−12 (W/m2). Xác đinh khoảng cách từ nguồn tới nơi mà âm không còn nghe được.
A. r > 0,63 km. B. r > 0,62 km. C. r > 0,64 km. D. r > 0,65 km.
Bài 4: Âm cơ bản của một chiếc đàn gita có chu kì 2 (ms). Trong các tần số sau đây tần số nào KHÔNG phải là hoạ âm của đàn đó.
A. 1200 Hz. B. 1000 Hz. C. 1500 Hz. D. 5000 Hz.
Bài 5: Một dây đàn hai đầu cố định dài 1,5 m, dao động phát ra âm. Tốc độ sóng trên dây là 250 m/s. Chọn phương án SAI.
A. Tần số âm cơ bản là 83,3 Hz B. Chu kì của hoạ âm bậc 2 là 6.10−3 s
C. Bước sóng của hoạ âm bậc 3 là 1 m D. Tần số hoạ âm bậc 4 là 130 Hz
Bài 6: Một dây đàn viôlon hai đầu cố định, dao động, phát ra âm cơ bản ứng với nốt nhạc la có tần số 440 Hz. Tốc độ sóng trên dây là 250 m/s. Hỏi độ dài của dây bằng bao nhiêu?
A. 0,42 m. B. 0,28 m. C. 10 m. D. 0,36 m.
Bài 7: Một dây đàn đang phát ra âm cơ bản có tần số 400 Hz và một hoạ âm có tần số 800 Hz, khi đó tai người nghe được âm có tần số
A. 400 Hz. B. 600 Hz. C. 1200 Hz. D. 800 Hz.
Một ống sáo dài 1 m một đầu bịt kín một đầu để hở, thổi luồng khí vào miệng sáo thì nó dao động phát ra âm. Tốc độ sóng âm trong ống sáo là 340 m/s.
Bài 8: Tính tần số âm cơ bản
A. 127 Hz B. 85 Hz C. 129 Hz D. 130 Hz
Bài 9: Tính chu kì của hoạ âm bậc 5
A. 127 ms B. 128 ms C. 129 ms D. 2,35 ms
Bài 10: Tính bước sóng của hoạ âm bậc 3
A. 200 m/s B. 300 m C. 1,33 m D. 1,34 m
Bài 11: Một ống sáo dài = 0,5m phát ra âm cơ bản có tần số 440 Hz, cắt ngắn chiều dài của ống sáo đi một nửa thì ống sáo có thể phát ra hoạ âm bậc 3 có tần số là bao nhiêu? Coi tốc độ truyền âm là không đổi.
A. 1320 Hz B. 880 Hz. C. 2640 Hz. D. 220 Hz.
Bài 11:Một ống sáo dọc có miệng lỗ thổi hơi (nguồn âm, nút sóng) cách lỗ ứng với âm la cao 19 cm. Tốc độ truyền âm trong không khí ở nhiệt độ phòng lúc thổi sáo là 331 (m/s).
Bài 12: Tính tần số của âm la cao đó (âm cơ bản).
A. 435,5 Hz. B. 85 Hz. C. 129 Hz. D. 130 Hz.
Bài 13: Tính khoảng cách giữa miệng lỗ thổi hơi và lỗ ứng với âm đô cao (âm cơ bàn, có tần số 518 Hz) trên ống sáo.
A. 0,825 m. B. 0,16 m. C. 0,625 m. D. 0,875 m.
Bài 14: Biết rằng có âm la trầm (âm cơ bản) và âm đô trầm (âm cơ bản) có tần số bằng nửa tần số của các âm la cao và đô cao. Hãy tính khoảng cách giữa hai lỗ ứng với hai âm la và khoảng cách giữa hai lỗ ứng với hai âm đô trên ống sáo đó.
A. 0,825 m. B. 0,855 m. C. 0,05 m. D. 0,06 m.
Bài 15: Một cái sáo (kín một đầu, hở một đầu) phát âm cơ bản là nốt nhạc La tần số 440,0 Hz. Tần số nhỏ nhất của các họa âm do sáo này phát ra là
A. 1320 Hz. B. 880,0 Hz. C. 1760 Hz. D. 440,0 Hz.
Bài 16: Trong một ống thẳng, dài 2 m, hai đầu hở, hiện tượng sóng dừng xảy ra với một âm có tần số f. Biết trong ống có 2 nút sóng và tốc độ truyền âm là 330 m/s. Tần số f có giá trị là
A. 165 Hz. B. 330 Hz. C. 495 Hz. D. 660 Hz.
Bài 17: Một ống sáo dài 80 cm, hở 2 đầu, tạo ra một sóng dừng trong ống sáo với âm là cực đại ở 2 đầu ống, trong khoảng giữa ống sáo có 2 nút sóng. Bước sóng của âm là
A. 80 cm. B. 40 cm. C. 160 cm. D. 120 cm.
Bài 18: Một âm thoa nhỏ đặt trên miệng của một ống không khí hình trụ AB, chiều dài 75 cm Khi âm thoa dao động ta thấy trong ống có một sóng dừng ổn định với bước sóng 12 cm. Biết rằng với ông khí này đầu B là một nút sóng, đầu A là một bụng sóng. Số nút sóng trong phần giữa hai đầu A, B là
A. 12. B. 13, C. 14. D. 15.
Bài 19: Một âm thoa phát tần số 440 Hz, đặt sát miệng một bình trụ đựng nước có mực nước cách miệng bình sao cho âm thanh phát ra từ miệng bình là to nhất. Tốc độ truyền âm trong không khí là 330 m/s. Hỏi cần rót thêm vào bình một cột nước có chiều cao tối thiểu bằng bao nhiêu thì âm thanh hở nên nhỏ nhất?
A. 37,5 cm. B. 27,5 cm. C. 18,75 cm. D.17,85 cm.
Bài 20: Mực nước trong ống thuỷ tinh đặt thẳng đứng, chiều dài 1,0 m có thể điều chỉnh ở bất kì vị trí nào trong ống. Một âm thoa dao động với tần số 680 Hz được đặt ở trên đầu hở của ống. Tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s. Hỏi mực nước ở vị trí nào thì nghe âm phát ra to nhất? Chọn phương án sai.
A. 0,825 m. B. 0,875 m. C. 0,625 m. D. 0,125m.
ĐÁP ÁN
1.C |
2.B |
3.A |
4.B |
5.D |
6.B |
7.A |
8.B |
9.D |
10.C |
11.C |
12.A |
13.B |
14.D |
15.A |
16.A |
17.A |
18.A |
19.C |
20.A |
21.A |
22.A |
23.D |
24.B |
25.C |
26.B |
27.D |
28.C |
29.D |
30. |
Trên đây là một phần trích dẫn nội dung Phương pháp giải các bài toán liên quan đến nguồn nhạc âm 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.