Sách bài tập Vật lí 11 Bài 9 (Kết nối tri thức): Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ

Bài 9.1 trang 19 SBT Vật lí 11: Chọn câu đúng.

A. Sóng dọc là sóng truyền dọc theo một sợi dây.

B. Sóng dọc là sóng truyền theo phương thẳng đứng, còn sóng ngang là sóng truyền theo phương nằm ngang.

C. Sóng dọc là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền.

D. Sóng ngang là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền.

Lời giải:

Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng gọi là sóng ngang.

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

Đáp án : C

Bài 9.2 trang 19 SBT Vật lí 11: Tìm phát biểu sai khi nói về sóng cơ.

A. Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động ngược pha nhau.

B. Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng được gọi là sóng dọc.

C. Tại mỗi điểm của môi trường có sóng truyền qua, biên độ của sóng là biên độ dao động của phần tử môi trường.

D. Sóng trong đó các phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng được gọi là sóng ngang.

Lời giải:

Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động ngược pha nhau là $d=\left(2k+1\right)\frac{\lambda }{2}$

Đáp án : A

Bài 9.3 trang 19 SBT Vật lí 11:Sóng cơ không truyền được trong

A. chân không.

B. không khí.

C.nước.

D. kim loại.

Lời giải:

Sóng cơ truyền được trong môi trường vật chất rắn , lỏng , khí .

Đáp án :A

Bài 9.4 trang 19 SBT Vật lí 11: Một sóng ngang có tần số 100 Hz truyền trên một sợi dây nằm ngang với tốc độ 60 m/s, qua điểm A rồi đến điểm B cách nhau 7,95 m. Tại một thời điểm nào đó A có li độ âm và đang chuyển động đi lên thì điểm B đang có li độ

A. âm và đang đi xuống.

B. âm và đang đi lên.

C. dương và đang đi lên.

D. dương và đang đi xuống.

Lời giải:

Ta có bước sóng của dao động : $\lambda =v.T=\frac{v}{f}=\frac{60}{100}=0,6m$

Độ lệch pha giữa 2 điểm A và B trên dây:

$\mathrm{\Delta }\phi =\frac{2\pi d}{\lambda }=\frac{2\pi AB}{\lambda }=\frac{2\pi .7,95}{0,6}=26\pi +\frac{\pi }{2}=\frac{\pi }{2}$

Do sóng truyền từ A đến B nên A sớm pha hơn B một góc $\frac{\pi }{2}$

=> Tại một thời điểm nào đó A có li độ âm và đang chuyển động đi lên thì điểm B đang có li độ âm và đang đi xuống

Đáp án : A

Bài 9.5 trang 19 SBT Vật lí 11: Mũi tên nào trong Hình 9.1 mô tả đúng hướng truyền dao động của các phần tử môi trường?

A. $\uparrow$

B. $\downarrow$

C. $\to$

D. $\leftrightarrow$

Lời giải:

Từ hình ta nhận thấy đây là sóng ngang => các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng

Đáp án : A

Bài 9.6 trang 20 SBT Vật lí 11: Nếu tốc độ truyền sóng âm trong Hình 9.1 là 340 m/s thì tần số của sóng khoảng

A. 566,7 Hz.

B. 204 Hz.

C. 0,00176 Hz.

D. 0,176 Hz.

Lời giải:

Khoảng cách hai điểm gần nhau nhấttrên cùng một phương truyền sóng luôn dao động cùng pha nhau là $1\lambda =>\lambda =0,6m=>f=\frac{v}{\lambda }=566,7Hz$

A. Khi P có li độ cực đại thì Q có vận tốc cực đại.

B. Li độ P, Q luôn trái dấu.

C. Khi Q có li độ cực đại thì P có vận tốc cực đại.

D. Khi P có li độ cực đại thì Q qua vị trí cân bằng theo chiều âm. Khi Q có li độ cực đại thì P qua vị trí cân bằng theo chiều dương.

Lời giải:

P sớm pha hơn Q một góc $\mathrm{\Delta }\phi =\frac{2\pi d}{\lambda }=2,5\pi (rad)$=> P và Q vuông pha nhau

=> Khi P có Khi P có li độ cực đại thì Q có vận tốc cực đại

Đáp án : A

Bài 9.8 trang 20 SBT Vật lí 11: Một sóng cơ có tần số 20 Hz truyền trên mặt nước với tốc độ 1,5 m/s. Trên phương truyền sóng, sóng truyền tới điểm P rồi mới tới điểm Q cách nó 16,125 cm. Tại thời điểm t , điểm P hạ xuống thấp nhất thì sau thời gian ngắn nhất là bao nhiêu điểm Q sẽ hạ xuống thấp nhất?

Lời giải:

Ta có : $\lambda =\frac{v}{f}=\frac{1,5}{20}=7,5cm$

Chu kì $T=\frac{1}{f}=\frac{1}{20}=0,05s$

Độ lệch pha giữa 2 điểm P và Q là : $\mathrm{\Delta }\phi =\frac{2\pi d}{\lambda }=\frac{2\pi .16,125}{7,5}=\frac{43\pi }{10}=4\pi +\frac{3\pi }{10}$

=> P sớm pha hơn Q một góc $\phi =\frac{3\pi }{10}$

Tại thời điểm t , điểm P hạ xuống thấp nhất thì sau thời gian ngắn nhất để điểm Q sẽ hạ xuống thấp nhất là $t=\frac{3T}{20}+\frac{T}{2}=\frac{13T}{20}=0,0325s$

Bài 9.9 trang 20 SBT Vật lí 11: Hình 9.2 mô tả một phần của sóng dọc truyền trên một sợi dây lò xo. Hãy nêu cách xác định bước sóng của sóng này và chỉ ra điểm tương đồng của nó với sóng âm truyền trong không khí.

Lời giải:

Khoảng cách hai điểm gần nhau nhấttrên cùng một phương truyền sóng luôn dao động cùng pha nhau là $1\lambda$

Điểm tương đồng của nó với sóng âm truyền trong không khí là : sóng âm truyền trong không khí là sóng dọc.

Bài 9.10 trang 20 SBT Vật lí 11: P và Q là hai điểm trên mặt nước cách nhau một khoảng 20 cm. Tại một điểm O trên đường thẳng PQ và nằm ngoài đoạn PQ, người ta đặt nguồn dao động điều hoà theo phương vuông góc với mặt nước với phương trình $u=5\cos \omega t(cm)$, tạo ra sóng trên mặt nước với bước sóng $\lambda =15$ cm. Khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa hai phần tử môi trường tại P và Q khi có sóng truyền qua là bao nhiêu?

Lời giải:

Giả sử P gần nguồn hơn lúc này P nhanh pha hơn Q một góc bằng

$\mathrm{\Delta }\phi =\frac{2\pi d}{\lambda }=\frac{2\pi d_{PQ}}{\lambda }=\frac{2\pi }{3}$

Phương trình sóng tại P và Q lần lượt là :

$u_P=5\cos \left(\omega t-\frac{2\pi d_{OP}}{15}\right)$

$u_Q=5\cos \left(\omega t-\frac{2\pi d_{OP}}{15}-\frac{2\pi }{3}\right)$

=> $\mathrm{\Delta }u=u_P-u_Q=5\sqrt{3}\cos \left(\omega t-\frac{2\pi d_{OP}}{15}-\frac{5\pi }{6}\right)=>\mathrm{\Delta }{u}_{max}=5\sqrt{3}$

=> $d_{max}=\sqrt{{20}^2+{\left(5\sqrt{3}\right)}^2}\approx 21,79cm$

=> $d_{min}=PQ=20cm$

Bài 9.11 trang 20 SBT Vật lí 11: Một sóng dọc truyền trong môi trường với bước sóng 15 cm, biên độ không đổi $A=5\sqrt{3}$ cm. Gọi P và Q là hai điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng. Khi chưa có sóng truyền đến hai điểm P và Q nằm cách nguồn các khoảng lần lượt là 20 cm và 30 cm. Khoảng cách xa nhất và gần nhất giữa hai phần tử môi trường tại P và Q khi có sóng truyền qua là bao nhiêu ?

Lời giải:

Độ lệch pha dao động giữa 2 điểm PQ : $\mathrm{\Delta }\phi =\frac{2\pi \mathrm{\Delta }d}{\lambda }=\frac{2\pi 10}{15}=\frac{4\pi }{3}$

=> Khoảng cách giữa hai điểm P và Q là : $d=\mathrm{\Delta }x+\mathrm{\Delta }{x}_{\phi }$với $\mathrm{\Delta }{x}_{\phi }$là khoảng cách thêm vào do sự dao động dọc theo phương truyền sóng .

Từ hình vẽ ta có : $l_{max}=25cm$ (ứng với P chuyển động tới vị trí $u_P=\frac{-A\sqrt{3}}{2}$ theo chiều dương và Q đến vị trí $u_Q=\frac{+A\sqrt{3}}{2}$ theo chiều dương)

$l_{min}=0$ (ứng với P chuyển động tới vị trí $u_P=\frac{A\sqrt{3}}{2}$ theo chiều âm và Q đến vị trí $u_Q=\frac{A\sqrt{3}}{2}$ theo chiều âm)

Lý thuyết Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ

I. Sóng ngang

- Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng gọi là sóng ngang

II. Sóng dọc

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

III. Quá trình truyền năng lượng bởi sóng

- Khi sóng lan truyền đến đâu thì các phần tử nước ở đó bắt đầu dao động. Năng lượng dao động mà các phần tử nước này có được là do sóng mang năng lượng của nguồn đến cho chúng

- Các phần tử nước chỉ dao động tại chỗ, quanh VTCB của nó chứ không chuyển động theo sóng. Điều đó chứng tỏ sóng mang năng lượng mà không mang các phần tử nước đi theo

- Đối với sóng dọc trên lò xo thì năng lượng được truyền đi bằng sự nén, dãn liên tiếp của các vòng lò xo

- Mọi sóng cơ khác như sóng âm mang năng lượng đi xa theo cách như vậy

IV. Sử dụng mô hình sóng để giải thích một số tính chất của âm

- Nguồn dao động làm cho các phần tử không khí trên dao động theo phương truyền âm, các phần tử không khí dao động lệch pha nhau tạo nên các lớp không khí nén, dãn giống như ở lò xo

- Các nén, giãn này truyền đi tạo thành sóng âm theo mọi hướng trong không khí, chỉ xét sóng âm truyền theo hướng Ox.

- Khi sóng âm truyền đến tai người làm cho màng nhĩ dao động, do đó ta nghe được âm thanh

- Biên độ của sóng âm càng lớn thì biên độ dao động của màng nhĩ càng lớn, âm nghe càng to. Tần số của sóng âm càng lớn thì tần số dao động của màng nhĩ càng lớn, âm nghe càng cao

Sơ đồ tư duy về “Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ”