100 bài tập về đại cương về sóng cơ (có đáp án năm 2023) - Vật lí 12

Kiến thức cần nhớ

1. Sóng cơ

a. Thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Một mũi nhọn dao động điều hòa theo phương thẳng đứng chạm nhẹ vào nước yên lặng tại điểm O, ta thấy xuất hiện những vòng tròn từ O lan rộng ra trên mặt nước với biên độ sóng ngày càng giảm dần. Thả nhẹ một mấu giấy xuống mặt nước, ta thấy nó nhấp nhô theo sóng nhưng không bị đẩy ra xa. Ta nói, đã có sóng trên mặt nước và O là một nguồn sóng.

Thí nghiệm 2: Một lò xo rất nhẹ một đầu giữ cố định đầu còn lại dao động nhỏ theo phương trùng với trục của lò xo, ta thấy xuất hiện các biến dạng nén dãn lan truyền dọc theo trục của lò xo.

b. Định nghĩa

Sóng cơ là sự lan truyền của dao động cơ trong một môi trường.

 Các phần tử vật chất của môi trường mà sóng truyền qua chi dao động xung quanh vị trí cân bằng.

Sóng ngang:

Là sóng cơ trong đó phương dao động (của chất điểm ta đang xét) $\perp$  với phương truyền sóng.

Chỉ truyền được trong chất rắn và trên mặt thoáng của chất lỏng.

Sóng dọc:

Là sóng cơ trong đó phương dao động // (hoặc trùng) với phương truyền sóng.

Truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Sóng cơ không truyền được trong chân không.

2. Sự truyền sóng cơ

a. Các đặc trưng của một sóng hình sin

Biên độ A của sóng là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Chu kì T của sóng là chu kì dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua. Tần số của sóng f = 1/T.

Tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường $v=\Delta s/\Delta t$ . Đối với mỗi môi trường, tốc độ truyền sóng có một giá trị không đổi.

Bước sóng λ là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì λ = vT = v/f. Hai phần tử cách nhau một bước sóng thì dao động đồng pha với nhau. Hai phần tử cách nhau một nửa bước sóng thì dao động ngược pha với nhau.

Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường mà sóng truyền qua.

B. Phương trình sóng

Giả sử phương trình dao động của đầu O của dây là: u₀ = Acosωt.

Điểm M cách O một khoảng λ. Sóng từ O truyền đến M mất khoảng thời gian Δt = x/v. Phương trình dao động của M là: u_M = Acosω(t – Δt)

$u_M=A\cos \omega \left(t-\frac{x}{v}\right)=A\cos 2\pi \left(\frac{t}{T}-\frac{x}{\lambda }\right)$ . Với  $\omega =\frac{2\pi }{T};\lambda =vT$

Phương trình trên là phương trình sóng của một sóng hình sin theo trục x (sóng truyền theo chiều dương thì lấy dấu trừ trước x, còn theo chiều âm thì lấy dấu + trước x)

Phương trình sóng là một hàm vừa tuần hoàn theo thời gian, vừa tuần hoàn theo không gian.

Các dạng bài tập về đại cương về sóng cơ

Dạng 1: Bài toán liên quan đến sự truyền sóng

1. Sự truyền pha dao động

2. Biết trạng thái ở điểm này xác định trạng thái điểm khác

3. Tìm thời điểm tiếp theo để một điểm ở một trạng thái nhất định

4. Biết li độ hai điểm ở cùng một thời điểm xác định thời điểm tiếp theo, xác định bước sóng

5. Trạng thái hai điểm cùng pha, ngược pha vuông pha

6. Đồ thị sóng hình sin

7. Quan hệ li độ tại ba điểm trên phương truyền sóng

Dạng 2: Bài toán liên quan đến phương trình sóng

1. Phương trình sóng

2. Li độ và vận tốc dao động tại các điểm ở các thời điểm

3. Khoảng cách cực đại cực tiểu giữa hai điểm trên phương truyền sóng

Bài tập tự luyện có hướng dẫn