Giải SGK Vật lí 11 (Cánh diều) Bài 2: Sóng dọc và sóng ngang

Giải Vật lí 11 Bài 2: Sóng dọc và sóng ngang

Mở đầu trang 43 Vật Lí 11: Với một lò xo mềm, ta có thể làm cho đầu tự do của lò xo dao động dọc theo chiều dài của nó (Hình 2.1) hoặc làm cho đầu tự do của lò xo dao động vuông góc với trục lò xo (Hình 2.2).

Trong mỗi trường hợp này, dao động được lan truyền trên lò xo như thế nào?

Lời giải:

Hình 2.1: dao động lan truyền dọc theo phương truyền sóng.

Hình 2.2: dao động lan truyền theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

I. Sóng dọc

Giải Vật Lí 11 trang 44

Câu hỏi 1 trang 44 Vật Lí 11: Hãy chỉ ra hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$, phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$.

Lời giải:

- Hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$: chưa dao động.

- Hướng chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$: cùng hướng với phương truyền sóng và đang có biên độ cực đại.

Luyện tập 1 trang 44 Vật Lí 11: So sánh trạng thái chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$trong Hình 1.4 và Hình 2.4.

Lời giải:

Trạng thái chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$ở cả hai hình 1.4 và 2.4 đều đang ở biên dương.

Giải Vật Lí 11 trang 45

Câu hỏi 2 trang 45 Vật Lí 11: Vì sao sóng âm không truyền được trong chân không?

Lời giải:

Sóng âm không truyền được trong chân không vì môi trường chân không hầu như không có vật chất, không có sự liên kết giữa các phần tử nên năng lượng sóng từ nguồn không truyền được tới các điểm lân cận, do đó sóng âm không truyền được trong chân không.

Thực hành, khám phá trang 45 Vật Lí 11:

Dụng cụ

– Đồng hồ đo điện đa năng có chức năng đo tần số (1).

– Micro (2).

– Bộ khuếch đại tín hiệu (3).

– Âm thoa và hộp cộng hưởng (4).

– Búa cao su (5).

Thiết kế phương án thí nghiệm

Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho. Thiết kế phương án thí nghiệm đo tần số của âm do âm thoa phát ra bằng các dụng cụ này.

Tiến hành

– Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.6.

– Đặt micro sát hộp cộng hưởng của âm thoa.

– Nối micro vào bộ khuếch đại và nối bộ khuếch đại vào đồng hồ (1).

– Dùng búa cao su gõ vào âm thoa.

– Đọc giá trị tần số ở đồng hồ (1) và ghi số đọc được vào vở theo mẫu ở Bảng 2.1.

– Lặp lại bước gõ vào âm thoa và ghi số liệu hai lần nữa.

Lời giải:

Học sinh có thể tham khảo bảng kết quả mẫu dưới đây để làm thí nghiệm.

Coi sai số dụng cụ không đáng kể, sử dụng âm thoa có tần số 256 Hz.

Bảng 2.1. Kết quả đo tần số âm thoa

Giá trị trung bình: $\overline{f}=\frac{f_1+f_2+f_3}{3}=\frac{254+253+254}{3}\approx 254$ Hz

Sai số tuyệt đối trung bình của 3 lần đo: $\overline{\Delta f}=\frac{\Delta f_1+\Delta f_2+\Delta f_3}{3}\approx \mathrm{0,333}$

Kết quả đo: f = 254 ± 0,333 (Hz)

Tìm hiểu thêm trang 45 Vật Lí 11: Đường hiển thị trên màn hình dao động kí điện tử khi đo tần số của một sóng âm có dạng như hình 2.5. Bộ điều chỉnh thời gian của dao động kí được đặt sao cho giá trị của mỗi ô trên trục nằm ngang là 1 ms/độ chia. Hãy nêu cách xác định tần số của sóng âm theo thí nghiệm này.

Lời giải:

Dựa vào đồ thị ta thấy từ A đến B là một dao động hoàn chỉnh, khi đó ta có thể xác định được chu kì của dao động tương ứng vời 3 ô.

Suy ra $T=3ms\Rightarrow f=\frac{1}{{3.10}^{-3}}=\mathrm{333,3}Hz\partial$

Câu hỏi 3 trang 45 Vật Lí 11: So sánh kết quả đo với tần số ghi ở âm thoa.

Lời giải:

Học sinh sau khi thực hiện xong thí nghiệm và xử lí số liệu đối chiếu kết quả sẽ thấy được kết quả đo được gần đúng với tần số ghi ở trên âm thoa.

Vận dụng trang 45 Vật Lí 11: Khi tiến hành đo tần số của âm do âm thoa phát ra, để tránh tạp âm ảnh hưởng đến kết quả đo thì cần phải làm gì?

Lời giải:

Khi tiến hành đo tần số của âm do âm thoa phát ra, để tránh tạp âm ảnh hưởng đến kết quả đo thì cần phải:

- Thực hiện ở phòng thí nghiệm có cách âm tốt.

- Loại bỏ và hạn chế các tạp âm trong phòng thí nghiệm phát ra.

- Các thao tác làm thí nghiệm cần có độ chính xác cao.\

II. Sóng ngang

Câu hỏi 4 trang 46 Vật Lí 11: Phân biệt sóng dọc và sóng ngang.

Lời giải:

- Giống nhau: Sóng dọc và sóng ngang đều là sự lan truyền dao động cơ học trong môi trường vật chất.

- Khác nhau:

+ Sóng dọc có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng.

+ Sóng ngang có phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với phương truyền sóng.

Giải Vật Lí 11 trang 47

Câu hỏi 5 trang 47 Vật Lí 11: Xác định giới hạn bước sóng của miền ánh sáng nhìn thấy trong thang sóng điện từ.

Lời giải:

Tần số của miền ánh sáng nhìn thấy từ 4.10¹⁴ Hz (ánh sáng đỏ) đến 8.10¹⁴ Hz (ánh sáng tím). Sử dụng công thức tính bước sóng $\lambda =\frac{c}{f}$, ta được:

- Bước sóng ánh sáng đỏ: ${\lambda }_d=\frac{{3.10}^8}{{4.10}^{14}}=\mathrm{0,75}\mu m$

- Bước sóng ánh sáng tím: ${\lambda }_d=\frac{{3.10}^8}{{8.10}^{14}}=\mathrm{0,375}\mu m$

Như vậy, giới hạn bước sóng của miền ánh sáng nhìn thấy từ 0,375µm đến 0,75µm.

Luyện tập 2 trang 47 Vật Lí 11: Hãy biểu diễn các miền bức xạ trong Bảng 2.2 theo bậc độ lớn bước sóng của chúng trên cùng một thang đo.

Lời giải:

Sử dụng công thức tính bước sóng $\lambda =\frac{c}{f}$

Học sinh có thể tham khảo thang sóng điện từ dưới đây để vẽ lại thang sóng phù hợp với các bước sóng ở bảng số liệu trên.

Xem thêm các bài giải SGK Vật Lí lớp 11 Cánh diều hay, chi tiết khác: