Ôn Tập Vật Lý 12 Chương 2 Sóng Cơ

Đề cương Ôn tập Vật Lý 12 Chương 2

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

1.1. Sóng cơ - Định nghĩa- phân loại

+ Sóng cơ là những dao động 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.

1.2. 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 quảng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ.

\(\lambda \)= vT = v/f.

+Bước sóng \(\lambda \) 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: k\(\lambda \).

+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.

1.3. Phương trình sóng:

a. Tại nguồn O: uO =Aocos(wt)

b. Tại M trên phương truyền sóng:

uM=AMcosw(t- Dt)

c. Tổng quát: Tại điểm O: uO = Acos(wt + j).

d. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng xM, xN:

\(\Delta {\varphi _{MN}} = \omega \frac{{{x_N} - {x_M}}}{v} = 2\pi \frac{{{x_N} - {x_M}}}{\lambda }\)

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

\(\Delta {\varphi _{MN}} = 2k\pi < = > 2\pi \frac{{{x_N} - {x_M}}}{\lambda } = 2k\pi < = > {x_N} - {x_M} = k\lambda \). ( k \( \in \) Z )

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

\(\Delta {\varphi _{MN}} = (2k + 1)\pi < = > 2\pi \frac{{{x_N} - {x_M}}}{\lambda } = (2k + 1)\pi < = > {x_N} - {x_M} = (2k + 1)\frac{\lambda }{2}\). ( k \( \in \) Z )

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

\(\Delta {\varphi _{MN}} = (2k + 1)\frac{\pi }{2} < = > 2\pi \frac{{{x_N} - {x_M}}}{\lambda } = (2k + 1)\frac{\pi }{2} < = > {x_N} - {x_M} = (2k + 1)\frac{\lambda }{4}\). ( k \( \in \) Z )

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

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

+ dao động cùng pha khi: d = k\(\lambda \)

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

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

với k = 0, ±1, ±2 ...

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.

2. Giao thoa sóng

2.1. 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).

2.2. 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)

\({u_1} = {\rm{Acos}}(2\pi ft + {\varphi _1})\) và \({u_{2M}} = {\rm{Acos}}(2\pi ft - 2\pi \frac{{{d_2}}}{\lambda } + {\varphi _2})\)

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

\({u_{1M}} = {\rm{Acos}}(2\pi ft - 2\pi \frac{{{d_1}}}{\lambda } + {\varphi _1})\) và \({u_{2M}} = {\rm{Acos}}(2\pi ft - 2\pi \frac{{{d_2}}}{\lambda } + {\varphi _2})\)

+Phương trình giao thoa sóng tại M: uM = u1M + u2M

\({u_M} = 2Ac{\rm{os}}\left[ {\pi \frac{{{d_1} - {d_2}}}{\lambda } + \frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right]c{\rm{os}}\left[ {2\pi ft - \pi \frac{{{d_1} + {d_2}}}{\lambda } + \frac{{{\varphi _1} + {\varphi _2}}}{2}} \right]\)

+Biên độ dao động tại M: \({A_M} = 2A\left| {c{\rm{os}}\left( {\pi \frac{{{d_1} - {d_2}}}{\lambda } + \frac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)} \right|\) với \(\Delta \varphi = {\varphi _2} - {\varphi _1}\)

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

* Số cực đại: \( - \frac{l}{\lambda } + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < + \frac{l}{\lambda } + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}{\rm{ (k}} \in {\rm{Z)}}\)

* Số cực tiểu: \( - \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2} + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < + \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2} + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}{\rm{ (k}} \in {\rm{Z)}}\)

2.4. 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: AM =2.A.\(\left| {\cos \frac{\pi }{\lambda } \cdot \left( {{d_2} - {d_1}} \right)} \right|\)

+ Số đường dao động với Amax và Amin :

Số đường dao động với Amax (luôn là số lẻ) là số giá trị của k thỏa mãn điều kiện

(không tính hai nguồn):

* Số Cực đại: \( - \frac{l}{\lambda } < k < \frac{l}{\lambda }\) và ( k \( \in \) Z ).

Số đường dao động với Amin (luôn là số chẵn) là số giá trị của k thỏa mãn điều kiện

(không tính hai nguồn):

* Số Cực tiểu: \( - \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2}\) và k \( \in \) Z .Hay \( - \frac{l}{\lambda } < k + 0,5 < + \frac{l}{\lambda }{\rm{ (k}} \in {\rm{Z)}}\)

⇒ Số cực đại giao thoa bằng số cực tiểu giao thoa + 1.

2.5. Hai nguồn dao động ngược pha: (\(\Delta \varphi = {\varphi _1} - {\varphi _2} = \pi \))

* Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = (2k+1) (k \( \in \) Z)

Số đường hoặc số điểm dao động cực đại (không tính hai nguồn):

\( - \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{l}{\lambda } - \frac{1}{2}\) Hay \( - \frac{l}{\lambda } < k + 0,5 < + \frac{l}{\lambda }{\rm{ (k}} \in {\rm{Z)}}\)

* Điểm dao động cực tiểu (không dao động):d1 – d2 = kl (k \( \in \) Z)

Số đường hoặc số điểm dao động cực tiểu (không tính hai nguồn):

\( - \frac{l}{\lambda } < k < + \frac{l}{\lambda }{\rm{ (k}} \in {\rm{Z)}}\)

2.6.Tìm số điểm dao động cực đại, dao động cực tiểu giữa hai điểm M N:

Các công thức tổng quát :

a. Độ lệch pha của hai sóng từ hai nguồn đến M là:

\(\Delta {\varphi _M} = {\varphi _{2M}} - {\varphi _{1M}} = \frac{{2\pi }}{\lambda }({d_1} - {d_2}) + \Delta \varphi \) (1)

với \(\Delta {\varphi _{}} = {\varphi _2} - {\varphi _1}\)

b. Hiệu đường đi của sóng từ hai nguồn đến M là:

\(({d_1} - {d_2}) = (\Delta {\varphi _M} - \Delta \varphi )\frac{\lambda }{{2\pi }}\) (2)

-Chú ý: + \(\Delta {\varphi _{}} = {\varphi _2} - {\varphi _1}\) là độ lệch pha của hai sóng thành phần của nguồn 2 so với nguồn 1

+ \(\Delta {\varphi _M} = {\varphi _{2M}} - {\varphi _{1M}}\) là độ lệch pha của hai sóng thành phần tại M của nguồn 2 so với nguồn 1

do sóng từ nguồn 2 và nguồn 1 truyền đến

3. Sóng dừng

- Định Nghĩa: Sóng dừng là sóng có các nút(điểm luôn đứng yên) và các bụng (biên độ dao động cực đại) cố định trong không gian

- Nguyên nhân: Sóng dừng là kết quả của sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ, khi sóng tới và sóng phản xạ truyền theo cùng một phương.

3.1. Một số chú ý

* Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. Đầu tự do là bụng sóng

* Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng luôn dao động ngược pha.

* Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha.

* Các điểm trên dây đều dao động với biên độ không đổi ⇒ năng lượng không truyền đi

* Bề rông 1 bụng là 4A, A là biên độ sóng tới hoặc sóng phản xạ.

* Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ.

3.2. Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l:

* Hai đầu là nút sóng: \(l = k\frac{\lambda }{2}{\rm{ }}(k \in {N^*})\)

Số bụng sóng = số bó sóng = k ; Số nút sóng = k + 1

Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng:

\(l = (2k + 1)\frac{\lambda }{4}{\rm{ }}(k \in N)\)

Số bó (bụng) sóng= k; Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1

3.3. Đặc điểm của sóng dừng:

-Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là \(\frac{\lambda }{2}\).

-Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là \(\frac{\lambda }{4}\).

-Khoảng cách giữa hai nút (bụng, múi) sóng bất kỳ là : k.\(\frac{\lambda }{2}\).

3.4. Phương trình sóng dừng trên sợi dây (đầu P cố định hoặc dao động nhỏ là nút sóng)

* Đầu Q cố định (nút sóng):

Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại Q: \({u_B} = Ac{\rm{os2}}\pi ft\) và \(u{'_B} = - Ac{\rm{os2}}\pi ft = Ac{\rm{os(2}}\pi ft - \pi )\)

Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách Q một khoảng d là:

\({u_M} = Ac{\rm{os(2}}\pi ft + 2\pi \frac{d}{\lambda })\) và \(u{'_M} = Ac{\rm{os(2}}\pi ft - 2\pi \frac{d}{\lambda } - \pi )\)

Phương trình sóng dừng tại M: \({u_M} = {u_M} + u{'_M}\)

\({u_M} = 2Ac{\rm{os}}(2\pi \frac{d}{\lambda } + \frac{\pi }{2})c{\rm{os}}(2\pi ft - \frac{\pi }{2}) = 2A{\rm{sin}}(2\pi \frac{d}{\lambda })c{\rm{os}}(2\pi ft + \frac{\pi }{2})\)

Biên độ dao động của phần tử tại M: \({A_M} = 2A\left| {c{\rm{os}}(2\pi \frac{d}{\lambda } + \frac{\pi }{2})} \right| = 2A\left| {{\rm{sin}}(2\pi \frac{d}{\lambda })} \right|\)

* Đầu Q tự do (bụng sóng):

Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại Q: \({u_B} = u{'_B} = Ac{\rm{os2}}\pi ft\)

Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách Q một khoảng d là:

\({u_M} = Ac{\rm{os(2}}\pi ft + 2\pi \frac{d}{\lambda })\) và \(u{'_M} = Ac{\rm{os(2}}\pi ft - 2\pi \frac{d}{\lambda })\)

Phương trình sóng dừng tại M: \({u_M} = {u_M} + u{'_M}\); \({u_M} = 2Ac{\rm{os}}(2\pi \frac{d}{\lambda })c{\rm{os}}(2\pi ft)\)

Biên độ dao động của phần tử tại M: \({A_M} = 2A\left| {{\rm{cos}}(2\pi \frac{d}{\lambda })} \right|\)

Lưu ý: * Với x là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ: \({A_M} = 2A\left| {{\rm{sin}}(2\pi \frac{x}{\lambda })} \right|\)

* Với x là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ: \({A_M} = 2A\left| {{\rm{cos}}(2\pi \frac{x}{\lambda })} \right|\)

4. Sóng âm

4.1. Sóng âm:

Sóng âm là những sóng cơ truyền trong môi trường khí, lỏng, rắn.Tần số của sóng âm là tần số âm.

+Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000Hz và gây ra cảm giác âm trong tai con người.

+Hạ âm : Những sóng cơ học tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm, tai người không nghe được

+Siêu âm :Những sóng cơ học tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm , tai người không nghe được.

4.2. Các đặc tính vật lý của âm

a. Tần số âm: Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm .

b. Cường độ âm: \({\rm{I = }}\frac{{\rm{W}}}{{{\rm{tS}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{P}}}{{\rm{S}}}\)

Cường độ âm tại 1 điểm cách nguồn một đoạn R: \({\rm{I = }}\frac{{\rm{P}}}{{4\pi {R^2}}}\)

Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn.S (m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR2)

+ Mức cường độ âm:

\(L(B) = lg\frac{I}{{{I_0}}}\) Hoặc \(L(dB) = 10.lg\frac{I}{{{I_0}}}\)

=> \({L_2} - {L_1} = lg\frac{{{I_2}}}{{{I_0}}} - lg\frac{{{I_1}}}{{{I_0}}} = lg\frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} < = > \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = {10^{{L_2} - {L_1}}}\)

Với I0 = 10-12 W/m2 gọi là cường độ âm chuẩn ở f = 1000Hz

Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thường dùng đềxiben (dB): 1B = 10dB.

c. Âm cơ bản và hoạ âm : Sóng âm do một nhạc cụ phát ra là tổng hợp của nhiều sóng âm phát ra cùng một lúc. Các sóng này có tần số là f, 2f, 3f, ….Âm có tần số f là hoạ âm cơ bản, các âm có tần số 2f, 3f, … là các hoạ âm thứ 2, thứ 3, …. Tập hợp các hoạ âm tạo thành phổ của nhạc âm nói trên

-Đồ thị dao động âm : của cùng một nhạc âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau.

4.3. Các nguồn âm thường gặp:

+Dây đàn: Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định ⇒ hai đầu là nút sóng)

+Ống sáo: Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín (nút sóng), một đầu để hở (bụng sóng)

B. Bài tập minh họa

Bài 1:

Trên A,B có 2 nguồn sóng kết hợp cùng pha,bước sóng \(\lambda\) . AB=11 \(\lambda\). Hỏi trên AB có mấy điểm dao động cực đại và ngược pha với 2 nguồn, có mấy điểm cực đại và cùng pha với 2 nguồn ?

Hướng dẫn giải:

Với hai nguồn cùng pha

+ Số cực đại cùng pha với 2 nguồn : \(\frac{{ - L}}{{2\lambda }} \le k \le \frac{L}{{2\lambda }} \Leftrightarrow - 5,5 \le k \le 5,5 \Rightarrow \) có 10 cực đại

+ Số cực đại ngược pha với 2 nguồn : \(\frac{{ - L}}{{2\lambda }} - \frac{1}{2} \le k \le \frac{L}{{2\lambda }} - \frac{1}{2} \Leftrightarrow - 5 \le k \le 5 \Rightarrow \) có 11 cực đại

Bài 2:

Tại một điểm nghe được đồng thời hai âm: am truyền tới có mức cường độ âm là 65dB, âm phản xạ có mức cường độ âm là 60dB. Mức cường độ âm toàn phần tại điểm đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Gọi I1 và I2 là cường độ âm tới và âm phản xạ tại điểm đó. Khi đó cường độ âm toàn phần là I = I1 + I2

lg \(\frac{{{I_1}}}{{{I_0}}}\) = 6,5 => I1 = 106,5I0

lg \(\frac{{{I_2}}}{{{I_0}}}\) = 6 => I2 = 106I0

=> L = 10lg \(\frac{{{I_1} + {I_2}}}{{{I_0}}}\) = 10lg(106,5 + 106) = 66,19 dB.

Trắc nghiệm Vật Lý 12 Chương 2

• Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 7 Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

• Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 8 Giao thoa sóng cơ

• Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 9 Sóng dừng

• Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 10 Đặc trưng Vật lý của âm

• Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 11 Đặc trưng sinh lí của âm

Đề kiểm tra Vật Lý 12 Chương 2

Đề kiểm tra trắc nghiệm online Chương 2 Vật lý 12 (Thi Online)

Phần này các em được làm trắc nghiệm online trong vòng 45 phút để kiểm tra năng lực và sau đó đối chiếu kết quả và xem đáp án chi tiết từng câu hỏi.

• 40 câu hỏi trắc nghiệm Giao thoa sóng Vật lý 12 hay và có đáp án

• 40 câu hỏi trắc nghiệm định lượng Tính chất của sóng cơ Vật lý 12

• 40 Bài tập trắc nghiệm Vật Lý 12 chủ đề Sóng âm

• 40 câu hỏi trắc nghiệm Sóng dừng Vật lý 12 hay và có đáp án

• 50 câu trắc nghiệm Vật lý 12 Chương 2 Sóng cơ cực hay và khó

• 30 Bài tập trắc nghiệm Vật lý 12 chương Sóng cơ và sóng âm nâng cao

Đề kiểm tra Chương 2 Vật lý 12 (Tải File)

Phần này các em có thể xem online hoặc tải file đề thi về tham khảo gồm đầy đủ câu hỏi và đáp án làm bài.

• 5 đề kiểm tra 45' chương Dao Động Cơ và Sóng môn Vật lý 12

Lý thuyết từng bài chương 2 và hướng dẫn giải bài tập SGK

Lý thuyết các bài học Vật lý 12 Chương 2

• Vật lý 12 Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

• Vật lý 12 Bài 8: Giao thoa sóng

• Vật lý 12 Bài 9: Sóng dừng

• Vật lý 12 Bài 10: Đặc trưng Vật lý của âm

• Vật lý 12 Bài 11: Đặc trưng sinh lí của âm

Hướng dẫn giải Vật lý 12 Chương 2

• Giải bài tập Vật lý 12 Chương 2 Bài 7

• Giải bài tập Vật lý 12 Chương 2 Bài 8

• Giải bài tập Vật lý 12 Chương 2 Bài 9

• Giải bài tập Vật lý 12 Chương 2 Bài 10

• Giải bài tập Vật lý 12 Chương 2 Bài 11

Trên đây là tài liệu Ôn tập Vật lý 12 Chương 2 Sóng cơ học. Hy vọng rằng tài liệu này sẽ giúp các em ôn tập tốt và hệ thống lại kiến thức Chương 2 hiệu quả hơn. Để thi online và tải file đề thi về máy các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net và ấn chọn chức năng "Thi Online" hoặc "Tải về". Ngoài ra, các em còn có thể chia sẻ lên Facebook để giới thiệu bạn bè cùng vào học, tích lũy thêm điểm HP và có cơ hội nhận thêm nhiều phần quà có giá trị từ HỌC247 !