Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng I. ĐẠI CƯƠNG SÓNG CƠ HỌC Ví dụ 1. Một người ngồi ở bờ biển quan sát thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 10 m. Ngoài ra người đó đếm được 20 ngọn sóng đi qua trước mặt trong 76 [s]. a] Tính chu kỳ dao động của nước biển. b] Tính vận tốc truyền của nước biển. Hướng dẫn giải: a] Khi người đó quan sát được 20 ngọn sóng đi qua thì sóng đã thực hiện được quãng đường là 19λ. Thời gian tương ứng để sóng lan truyền được quãng đường trên là 19T, theo bài ta có 19T = 76 → T = 4 [s]. b] Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp chính là bước sóng, λ = 10 m. Tốc độ truyền sóng được tính theo công thức 10v 2,5 m/s.T 4λ= = = Ví dụ 2. Một người quan sát sóng trên mặt hồ thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 2 m và có 6 ngọn sóng truyền qua trước mặt trong 8 [s]. Tốc độ truyền sóng nước là A. v = 3,2 m/s. B. v = 1,25 m/s. C. v = 2,5 m/s. D. v = 3 m/s. Hướng dẫn giải: Khoảng cách giữa 2 ngọn sóng liên tiếp là λ nên ta có λ = 2 m. 6 ngọn sóng truyền qua tức là sóng đã thực hiện được 5 chu kỳ dao động, khi đó 5T = 8 ⇒ T = 1,6 [s]. Từ đó, tốc độ truyển sóng là v = λ/T = 1,25 m/s → chọn đáp án B. Ví dụ 3. Một sóng cơ lan truyền với tần số f = 500 Hz, biên độ A = 0,25 mm. Sóng lan truyền với bước sóng λ = 70 cm. Tìm a] tốc độ truyền sóng. b] tốc độ dao động cực đại của các phần tử vật chất môi trường. Hướng dẫn giải: a] Ta có vv f 0,7.500 350 m/s.fλ = ⇒ = λ = = b] Tốc độ cực đại của phần tử môi trường: vmax = ω.A = 2πf.A = 2π.500.0,25.10-3 = 0,25π = 0,785 m/s. II. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG CƠ HỌC Ví dụ 1: Tại t = 0, đầu A của một sợi dây dao động điều hòa với phương trình u = 5cos[10πt + π/2] cm. Dao động truyền trên dây với biên độ không đổi và tốc độ truyền sóng là v = 80 cm/s. a] Tính bước sóng. b] Viết phương trình dao động tại điểm M cách A một khoảng 24 cm. Hướng dẫn giải: a] Từ phương trình ta có ω v 80f 5Hzλ 16 cm/s.2π f 5= = → = = = b] Sóng truyền từ A đến M nên dao động tại M chậm pha hơn dao động tại A khi đó A M M A M2πd π 2π.24 5π 5πφ φ φ φ 10πt 10πt u 5cos 10πt cmλ 2 16 2 2 > ⇒ = − = + − = − → = − Thời gian sóng truyền từ A đến M là dt 0,3[s]v∆ = = Vậy phương trình dao động tại M là M5πu 5cos 10πt cm,2 = − với t ≥ 0,3 [s]. Ví dụ 2. Sóng truyền từ điểm M đến điểm O rồi đến điểm N trên cùng 1 phương truyền sóng với tốc độ v = 20 m/s. Cho biết tại O dao động có phương trình uO = 4cos[2πft – π/6] cm và tại hai điểm gần nhau nhất cách nhau 6 m trên cùng phương truyền sóng thì dao động lệch pha nhau góc 2π/3 rad. Cho ON = 0,5 m. Phương trình sóng tại N là A. N20πt 2πu 4cos cm.9 9 = − B. N20πt 2πu 4cos cm.9 9 = + C. N40πt 2πu 4cos cm.9 9 = − D. N40πt 2πu 4cos cm.9 9 = + Tài liệu bài giảng: MỞ ĐẦU VỀ SÓNG CƠ HỌC Thầy Đặng Việt Hùng Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Hướng dẫn giải: Từ giả thiết ta có 2π 2πd 2π 2π.6 v 10φ λ 18 m f Hz.3λ 3 λ λ 9∆ = = ⇔ = ⇔ = → = = Độ lệch pha của sóng tại O và tại N là O/N2π.ON 2π.0,5 πφ rad.λ 18 18∆ = = = Khi đó phương trình dao động tại N là N20π π π 20π 2πu 4cos t 4cos t cm9 6 18 9 9 = − − = − ⇒ chọn A. Ví dụ 3. Một sóng cơ học có tần số 45 Hz lan truyền với tốc độ 360 cm/s. Tính a] khoảng cách gần nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động cùng pha. b] khoảng cách gần nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động ngược pha. c] khoảng cách gần nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động vuông pha. Hướng dẫn giải: Từ giả thiết ta tính được bước sóng λ = v/f = 360/45 = 8 cm. a] Khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động cùng pha là dmin = λ = 8 cm. b] Khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động ngược pha là dmin = λ/2 = 4 cm. c] Khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động vuông pha là dmin = λ/4 = 2 cm. Ví dụ 4. Một sóng cơ làn truyền với tần số 50 Hz, tốc độ 160 m/s. Hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng dao động lệch pha nhau là π/4 thì cách nhau một khoảng A. d = 80 cm. B. d = 40 m. C. d = 0,4 cm. D. d = 40 cm. Hướng dẫn giải: Từ giả thiết ta có bước sóng λ = 160/50 = 3,2 m. Lại có π 2πd λ 320d 40 cm.4λ 8 8= → = = = Vậy d = 40 cm ⇒ chọn D. Ví dụ 5. Một sóng cơ học truyền theo phương Ox có phương trình sóng u = 10cos[800t – 20d] cm, trong đó tọa độ d tính bằng mét [m], thời gian t tính bằng giây. Tốc độ truyền sóng trong môi trường là A. v = 40 m/s. B. v = 80 m/s. C. v = 100 m/s. D. v = 314 m/s. Hướng dẫn giải: Từ phương trình dao động của sóng ta có 400800 2πffπvλ.f 40 m.2πdπ20dλλ10== ⇔ → = = = = ⇒ chọn A. Ví dụ 6. Một sóng ngang có phương trình sóng t du 6cos 2π cm,0,5 50 = − với d có đơn vị mét, t đơn vị giây. Tốc độ truyền sóng có giá trị là A. v = 100 cm/s . B. v = 10 m/s. C. v = 10 cm/s. D. v = 100 m/s. Hướng dẫn giải: 2πtωtω 4πt d 2πd0,5u 6cos 2π cm Acos ωt v λ.f 100 m/sλ 50 m0,5 50 λ2πd 2πd50 λ== = − ≡ − ⇔ ⇒ ⇒ = = = = ⇒ chọn D. Ví dụ 7: Cho một mũi nhọn S chạm nhẹ vào mặt nước và dao động điều hoà với tần số f = 20 Hz. Người ta thấy rằng hai điểm A và B trên mặt nước cùng nằm trên phương truyền sóng cách nhau một khoảng d = 10 cm luôn dao động ngược pha với nhau. Tính vận tốc truyền sóng, biết rằng vận tốc đó chỉ vào khoảng từ 0,8 m/s đến 1 m/s. Hướng dẫn giải: Hai điểm A và B dao động ngược pha nên ta có [ ] [ ]2πdφ 2k 1 π 2k 1 π.λ∆ = + ⇔ = + Thực hiện phép biến đổi ta được 2d v 2d 2d.fv .2k 1 f 2k 1 2k 1λ = ⇔ =⇒=+ + + Thay giá trị của d = 10 cm, f = 20 Hz vào ta được 400 4v [cm/s] [m].2k 1 2k 1= =+ + Do 4 30,8 v 1 0,8 1 k 2 k 2 v 0,8 m/s 80 cm/s.2k 1 2≤ ≤⇒≤ ≤ ⇔ ≤ ≤⇒=⇒= =+ Nhận xét: Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Trong những bài toán liên quan đến độ lệch pha [cùng pha, ngược pha, vuông pha] như trên thường cho khoảng giá trị của v hay f. Để làm tốt chúng ta biến đổi biểu thức độ lệch pha rồi rút ra λ. Nếu cho khoảng giá trị của v thì chúng ta biến đổi biểu thức theo v như ví dụ trên Nếu cho khoảng giá trị của f thì chúng ta rút biểu thức theo f rồi giải bất phương trình để tìm k nguyên. Ví dụ 8: Một sóng cơ học truyền trên dây với tốc độ v = 4 m/s, tần số sóng thay đổi từ 22 Hz đến 26 Hz. Điểm M trên dây cách nguồn 28 cm luôn dao động lệch pha vuông góc với nguồn. Bước sóng truyền trên dây là A. λ = 160 cm. B. λ = 1,6 cm. C. λ = 16 cm. D. λ = 100 cm. Hướng dẫn giải: Dao động tại M và nguồn vuông pha nên [ ] [ ][]2k 1 v2πd π λ vk2π d 2k 1 2k 1 f .λ 2 4 4f 4d+= + ⇒ = + = + → = Mà 22 Hz ≤ f ≤ 26 Hz nên [][]2k 1 v 2k 1 40022 26 22 26 k 3 f 25 Hz.4d 4.28+ +≤ ≤ ⇔ ≤ ≤ → =⇒= Vậy chọn đáp án C. Ví dụ 9: Sóng ngang truyền trên mặt chất lỏng với tần số f = 100 Hz. Trên cùng phương truyền sóng ta thấy 2 điểm cách nhau 15 cm dao động cùng pha nhau. Tính tốc độ truyền sóng, biết tốc độ sóng này nằm trong khoảng từ 2,8 m/s đến 3,4 m/s. A. v = 2,8 m/s. B. v = 3 m/s. C. v = 3,1 m/s. D. v = 3,2 m/s. Hướng dẫn giải: Hai điểm dao động cùng pha nên 2πd v d.fk2π d kλ d k. vλ f k= ⇔ = ⇔ = → = Mà 0,15.100 152,8 [m/s] v 3,4 [m/s] 2,8 3,4 k 5 v 3 [m/s].k k≤ ≤ ⇒ ≤ = ≤ ⇒ = ⇒ = Vậy chọn đáp án B. Ví dụ 10: Một sóng ngang truyền trên trục Ox được mô tả bởi phương trình u = 0,5cos[50x – 1000t] cm, trong đó x có đơn vị là cm. Tốc độ dao động cực đại của phần tử môi trường lớn gấp bao nhiêu lần tốc độ truyền sóng ? A. 20 lần. B. 25 lần. C. 50 lần. D. 100 lần. Hướng dẫn giải: Tốc độ cực đại của phần tử môi trường là vmax = ωA = 1000.0,5 = 500 cm/s. Tốc độ truyền sóng là λ = 1000/50 = 20 cm/s ⇒ tốc độ của phần tử môi trường có sóng truyền qua gấp 25 lần tốc độ truyền sóng. Ví dụ 11: Một sóng hình sin, tần số 110 Hz truyền trong không khí với tốc độ 340 m/s. Tính khoảng cách nhỏ nhất giữa hai điểm a] dao động cùng pha b] dao động ngược pha c] dao động vuông pha d] dao động lệch pha nhau π/4 Ví dụ 12: Một sóng có tần số 500 Hz và tốc độ truyền 350 m/s. Hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền cách nhau một khỏang bằng bao nhiêu để giữa chúng có độ lệch pha bằng π/3 ? Suy ra khoảng cách giữa hai điểm bất kì có độ lệch pha π/3. Ví dụ 13: Một rợi dây cao su dài căng thẳng , đầu A của dây dao động theo phương trình u 2cos[40πt]cm=. Tốc độ truyền sóng trên dây là 2 m/s. a] Viết phương trình dao động tại điểm M cách A một khoảng AM = 15 cm. b] Xét một điểm N cách A một khoảng d, tìm điều kiện để điểm N luôn dao động ngược pha với A. Vào thời điểm t dao động tại A có li độ là 1,6 cm thì dao động tại N có li độ bằng bao nhiêu ? Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Ví dụ 14: Nguồn sóng tại O dao động với tần số f = 20 Hz và biên độ 2 cm, sóng truyền đi với tốc độ 2 m/s trên phương Ox. Xét 3 điểm M, N, P liên tiếp theo phương truyền sóng có khoảng cách MN = 5 cm, NP = 12,5 cm. Biết biên độ dao động không đổi và pha ban đầu của dao động tại N là π/3. Hãy viết phương trình dao động tại M, N, P. Ví dụ 15: Sóng tại nguồn 2πu a cos tT = , truyền đi trên một rợi dây dài với biên độ không đổi. Tại một điểm M cách nguồn 17/6 lần bước sóng ở thời điểm 3/2 lần chu kì có li độ là −2 cm. a] Xác định biên độ của sóng b] Xác định li độ sóng tại N cách nguồn sóng 7/2 lần bước sóng ở thời điểm 20/3 lần chu kì? Ví dụ 16: Một sóng cơ lan truyền như sau : M → O → N , với tốc độ v = 20 cm/s. Phương trình dao động của điểm O là oπu 4sin 2πft cm6 = − . Coi biên độ của sóng không đổi. a] Cho biết hai điểm trên cùng phương truyền dao động lệch pha π/2 gần nhau nhất thì cách nhau 5 cm. Tần số của sóng có giá trị bằng bao nhiêu ? b] Viết phương trình sóng tại điểm M và điểm N ? Biết OM = ON = 50 cm. Ví dụ 17: Một sóng cơ lan truyền với tần số f = 50 Hz. Người ta thấy rằng hai điểm A và B cùng nằm trên phương truyền sóng cách nhau một khoảng d = 20 cm luôn dao động vuông pha với nhau. Tính vận tốc truyền sóng, biết rằng vận tốc đó chỉ vào khoảng từ 7 m/s đến 8,5 m/s. [Đ/s: v = 8 m/s] Ví dụ 18: Sóng có có phương trình tại nguồn sóng 2π πu a cos t cmT 3 = + . Tại điểm M cách O một khoảng λd3= tại thời điểm Tt6= có độ dịch chuyển uM = 10 cm. Tính biên độ sóng a? [Đ/s: a = 10 cm] Giáo viên : Đặng Việt Hùng Nguồn : Hocmai.vn