Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- I. GIỚI THIỆU VỀ SÓNG CƠ
- 1. Sóng cơ là gì?
- 2. Các đại lượng đặc trưng
- 3. Phân loại sóng cơ
- II. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG CƠ
- 1. Phương trình dao động tại nguồn O
- 2. Phương trình sóng tại điểm M
- 3. Độ lệch pha giữa hai điểm
- 4. Điều kiện về pha
- III. CÔNG THỨC TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG
- 1. Công thức cơ bản
- 2. Công thức tính bước sóng (lambda)
- 3. Công thức tính tần số
- 4. Công thức tính chu kỳ
- 5. Liên hệ giữa các đại lượng
- 6. Ví dụ tổng hợp
- IV. TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
- 1. Tốc độ sóng trên dây
- 2. Tốc độ sóng âm trong các môi trường
- 3. Tốc độ sóng trên mặt nước
- V. GIAO THOA SÓNG
- 1. Điều kiện giao thoa
- 2. Công thức giao thoa
- 3. Số điểm cực đại, cực tiểu
- VI. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP
- A. Công thức cơ bản
- B. Phương trình sóng
- C. Điều kiện về pha
- D. Tốc độ truyền sóng
- E. Giao thoa (hai nguồn cùng pha)
- VII. SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG
- 1. Bước sóng vs Chu kỳ
- 2. Tốc độ truyền sóng vs Tốc độ dao động
- VIII. MẸO VÀ LƯU Ý
- 1. Mẹo nhớ công thức
- 2. Các sai lầm thường gặp
- 3. Đơn vị cần nhớ
- IX. BÀI TẬP MẪU
- X. KẾT LUẬN
- Công thức QUAN TRỌNG NHẤT
- Lời khuyên học tập
I. GIỚI THIỆU VỀ SÓNG CƠ
1. Sóng cơ là gì?
Định nghĩa: Sóng cơ là sự lan truyền của dao động cơ trong một môi trường vật chất đàn hồi.
Đặc điểm quan trọng:
- Cần môi trường: Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường đàn hồi (chất rắn, lỏng, khí)
- Không truyền trong chân không: Không có môi trường thì không có sóng cơ
- Truyền năng lượng, không truyền vật chất: Các phần tử môi trường chỉ dao động tại chỗ, năng lượng lan truyền đi xa
Ví dụ thực tế:
- Sóng trên mặt nước
- Sóng âm trong không khí
- Sóng trên dây đàn
- Sóng địa chấn (động đất)
2. Các đại lượng đặc trưng
| Đại lượng | Ký hiệu | Đơn vị | Ý nghĩa |
|---|---|---|---|
| Biên độ | $A$ | m, cm | Độ lệch cực đại của phần tử khỏi VTCB |
| Chu kỳ | $T$ | s (giây) | Thời gian thực hiện 1 dao động toàn phần |
| Tần số | $f$ | Hz (1/s) | Số dao động thực hiện trong 1 giây |
| Bước sóng | $\lambda$ (lambda) | m, cm | Quãng đường sóng truyền trong 1 chu kỳ |
| Tốc độ truyền sóng | $v$ | m/s | Tốc độ lan truyền của sóng |
| Tần số góc | $\omega$ | rad/s | $\omega = 2\pi f$ |
Mối quan hệ:
- $f = \frac{1}{T}$ (tần số nghịch đảo với chu kỳ)
- $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$
3. Phân loại sóng cơ
a) Theo phương dao động:
Sóng ngang:
- Phương dao động vuông góc với phương truyền sóng
- Ký hiệu: ⊥
- Ví dụ: Sóng trên dây căng, sóng trên mặt nước
- Đặc điểm: Có đỉnh (peak) và đáy (trough)
Sóng dọc:
- Phương dao động song song với phương truyền sóng
- Ký hiệu: //
- Ví dụ: Sóng âm trong không khí, sóng trên lò xo
- Đặc điểm: Có vùng nén và vùng dãn
b) Theo chiều truyền:
Sóng một chiều:
- Truyền theo một phương
- Ví dụ: Sóng trên dây thẳng, sóng trên lò xo
Sóng hai chiều:
- Truyền trên mặt phẳng
- Ví dụ: Sóng trên mặt nước
Sóng ba chiều:
- Truyền trong không gian ba chiều
- Ví dụ: Sóng âm trong không khí, sóng địa chấn
II. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG CƠ
1. Phương trình dao động tại nguồn O
Nguồn sóng (điểm O) dao động điều hòa:
$$\boxed{u_O = A\cos(\omega t + \varphi)}$$
Hoặc dạng sin:
$$u_O = A\sin(\omega t + \varphi)$$
Trong đó:
- $u_O$: Li độ của nguồn tại thời điểm $t$ (m)
- $A$: Biên độ dao động (m)
- $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$: Tần số góc (rad/s)
- $\varphi$: Pha ban đầu (rad)
- $t$: Thời gian (s)
Ví dụ: Nguồn dao động: $u_O = 5\cos(20\pi t)$ cm
- Biên độ: $A = 5$ cm
- Tần số góc: $\omega = 20\pi$ rad/s
- Tần số: $f = \frac{\omega}{2\pi} = 10$ Hz
- Chu kỳ: $T = \frac{1}{f} = 0.1$ s
- Pha ban đầu: $\varphi = 0$
2. Phương trình sóng tại điểm M
Điểm M cách nguồn O một khoảng $x$ (theo phương truyền sóng):
Sóng từ O truyền đến M mất thời gian: $$\Delta t = \frac{x}{v}$$
Do đó, M dao động chậm pha hơn O một lượng: $$\Delta \varphi = \omega \Delta t = \omega \cdot \frac{x}{v} = \frac{2\pi f x}{v} = \frac{2\pi x}{\lambda}$$
📌 Phương trình sóng tại M (dạng cos):
$$\boxed{u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)}$$
Dạng khác:
$$u_M = A\cos\left(2\pi\left(\frac{t}{T} – \frac{x}{\lambda}\right) + \varphi\right)$$
Hoặc:
$$u_M = A\cos\left(\omega\left(t – \frac{x}{v}\right) + \varphi\right)$$
📌 Phương trình sóng tại M (dạng sin):
$$u_M = A\sin\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$$
Lưu ý dấu “-” quan trọng:
- Dấu “-” trong $\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ thể hiện M dao động chậm pha hơn O
- Nếu sóng truyền ngược chiều (từ phải sang trái), dùng dấu “+”
Ví dụ: Nguồn O dao động: $u_O = 4\cos(10\pi t)$ cm. Sóng truyền với tốc độ $v = 20$ cm/s. Viết phương trình dao động tại điểm M cách O là 5 cm.
Lời giải:
Bước 1: Tính bước sóng
- Tần số góc: $\omega = 10\pi$ rad/s
- Tần số: $f = \frac{10\pi}{2\pi} = 5$ Hz
- Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{20}{5} = 4$ cm
Bước 2: Viết phương trình tại M $$u_M = 4\cos\left(10\pi t – \frac{2\pi \times 5}{4}\right)$$ $$= 4\cos\left(10\pi t – \frac{5\pi}{2}\right) \text{ cm}$$
Rút gọn: $\frac{5\pi}{2} = 2\pi + \frac{\pi}{2}$, nên: $$u_M = 4\cos\left(10\pi t – \frac{\pi}{2}\right) = 4\sin(10\pi t) \text{ cm}$$
3. Độ lệch pha giữa hai điểm
Hai điểm M, N trên phương truyền sóng cách nhau khoảng $d$:
Độ lệch pha:
$$\boxed{\Delta \varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}}$$
Các trường hợp đặc biệt:
| Quan hệ dao động | Độ lệch pha | Điều kiện về khoảng cách |
|---|---|---|
| Cùng pha | $\Delta \varphi = 2k\pi$ | $d = k\lambda$ |
| Ngược pha | $\Delta \varphi = (2k+1)\pi$ | $d = (k+\frac{1}{2})\lambda$ |
| Vuông pha | $\Delta \varphi = (2k+1)\frac{\pi}{2}$ | $d = (k+\frac{1}{4})\lambda$ |
Trong đó: $k = 0, \pm 1, \pm 2, …$
4. Điều kiện về pha
a) Cùng pha:
Hai điểm dao động giống hệt nhau về li độ, vận tốc, gia tốc tại mọi thời điểm.
Điều kiện: $$\boxed{d = k\lambda} \quad (k = 0, 1, 2, …)$$
Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 0, 4, 8, 12,… cm thì dao động cùng pha.
b) Ngược pha:
Hai điểm dao động đối nhau (khi điểm này ở vị trí biên dương thì điểm kia ở vị trí biên âm).
Điều kiện: $$\boxed{d = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{2}} \quad (k = 0, 1, 2, …)$$
Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 2, 6, 10,… cm thì dao động ngược pha.
c) Vuông pha:
Hai điểm có độ lệch pha $\frac{\pi}{2}$ (90°).
Điều kiện: $$d = \left(k + \frac{1}{4}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{4}$$
Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 1, 3, 5,… cm thì dao động vuông pha.
III. CÔNG THỨC TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG
1. Công thức cơ bản
📌 Công thức 1: Liên hệ $\lambda$, $T$, $v$
$$\boxed{v = \frac{\lambda}{T}}$$
Ý nghĩa: Tốc độ truyền sóng bằng quãng đường sóng truyền trong một đơn vị thời gian.
📌 Công thức 2: Liên hệ $\lambda$, $f$, $v$ (QUAN TRỌNG NHẤT!)
$$\boxed{v = \lambda f}$$
Đây là công thức cốt lõi của sóng cơ!
Trong đó:
- $v$: Tốc độ truyền sóng (m/s)
- $\lambda$: Bước sóng (m)
- $T$: Chu kỳ (s)
- $f$: Tần số (Hz)
Quan hệ: $f = \frac{1}{T}$, nên $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$
2. Công thức tính bước sóng (lambda)
📌 Từ $v$ và $T$:
$$\boxed{\lambda = vT}$$
Ý nghĩa: Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ.
📌 Từ $v$ và $f$:
$$\boxed{\lambda = \frac{v}{f}}$$
Ví dụ 1: Sóng âm trong không khí có tốc độ $v = 340$ m/s, tần số $f = 680$ Hz. Tính bước sóng.
Lời giải: $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{680} = 0.5 \text{ m} = 50 \text{ cm}$$
Đáp án: Bước sóng là 0.5 m.
3. Công thức tính tần số
$$\boxed{f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}}$$
Ví dụ 2: Sóng truyền với $v = 340$ m/s, bước sóng $\lambda = 0.68$ m. Tính tần số.
Lời giải: $$f = \frac{v}{\lambda} = \frac{340}{0.68} = 500 \text{ Hz}$$
4. Công thức tính chu kỳ
$$\boxed{T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}}$$
Ví dụ 3: Sóng có bước sóng $\lambda = 2$ m, tốc độ $v = 4$ m/s. Tính chu kỳ.
Lời giải: $$T = \frac{\lambda}{v} = \frac{2}{4} = 0.5 \text{ s}$$
5. Liên hệ giữa các đại lượng
Sơ đồ quan hệ:
v (tốc độ truyền sóng)
↕
λ ←→ f ←→ T
Các công thức suy ra:
- $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$
- $\lambda = vT = \frac{v}{f}$
- $f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}$
- $T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}$
Nguyên tắc: Biết 2 trong 4 đại lượng $(v, \lambda, f, T)$ → tính được 2 đại lượng còn lại.
6. Ví dụ tổng hợp
Bài toán: Sóng truyền trên dây với tốc độ $v = 2$ m/s, tần số $f = 10$ Hz. Tính bước sóng $\lambda$ và chu kỳ $T$.
Lời giải:
Cách 1: Tính trực tiếp
- Chu kỳ: $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{10} = 0.1$ s
- Bước sóng: $\lambda = vT = 2 \times 0.1 = 0.2$ m
Cách 2: Dùng công thức khác
- Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{2}{10} = 0.2$ m ✓
Đáp án:
- $\lambda = 0.2$ m = 20 cm
- $T = 0.1$ s
IV. TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
1. Tốc độ sóng trên dây
📌 Công thức:
$$\boxed{v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}}$$
Trong đó:
- $F$: Lực căng dây (N)
- $\mu$ (mu): Mật độ khối lượng dây (kg/m)
- $\mu = \frac{m}{l}$ với $m$ là khối lượng dây, $l$ là chiều dài dây
Nhận xét:
- Lực căng $F$ tăng → tốc độ $v$ tăng
- Mật độ $\mu$ tăng (dây nặng hơn) → tốc độ $v$ giảm
Ví dụ 4: Một sợi dây dài 2 m, khối lượng 0.01 kg, được căng nằm ngang bởi lực $F = 50$ N. Tính tốc độ truyền sóng trên dây.
Lời giải:
Bước 1: Tính mật độ khối lượng $$\mu = \frac{m}{l} = \frac{0.01}{2} = 0.005 \text{ kg/m}$$
Bước 2: Tính tốc độ $$v = \sqrt{\frac{F}{\mu}} = \sqrt{\frac{50}{0.005}} = \sqrt{10000} = 100 \text{ m/s}$$
Đáp án: Tốc độ truyền sóng là 100 m/s.
2. Tốc độ sóng âm trong các môi trường
Bảng tham khảo:
| Môi trường | Tốc độ (m/s) | Ghi chú |
|---|---|---|
| Không khí (0°C) | 331 | Nhiệt độ thấp |
| Không khí (20°C) | 340 | Nhiệt độ phòng |
| Nước (25°C) | 1500 | Gấp ~4 lần không khí |
| Thép | 5000 | Chất rắn |
| Sắt | 5000 | Chất rắn |
| Nhôm | 5100 | Chất rắn |
| Bê tông | 3700-4000 | Chất rắn |
Quy luật chung:
$$v_{rắn} > v_{lỏng} > v_{khí}$$
Giải thích: Chất rắn có độ đàn hồi cao nhất → sóng truyền nhanh nhất.
Ảnh hưởng của nhiệt độ:
- Trong chất khí: Nhiệt độ tăng → tốc độ âm tăng
- Công thức gần đúng: $v = 331 + 0.6t$ (m/s) với $t$ là nhiệt độ °C
3. Tốc độ sóng trên mặt nước
Tốc độ sóng trên mặt nước phụ thuộc vào độ sâu $h$ và bước sóng $\lambda$:
Nước nông ($h < \frac{\lambda}{20}$): $$v \approx \sqrt{gh}$$
Nước sâu ($h > \frac{\lambda}{2}$): $$v \approx \sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}}$$
Trong đó: $g = 10$ m/s² (hoặc 9.8 m/s²) là gia tốc trọng trường.
V. GIAO THOA SÓNG
1. Điều kiện giao thoa
Hai nguồn sóng kết hợp $S_1$ và $S_2$:
- Cùng tần số: $f_1 = f_2$
- Độ lệch pha không đổi theo thời gian
Khi đó, hai sóng giao thoa với nhau tạo ra vùng giao thoa ổn định.
2. Công thức giao thoa
Giả sử: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau khoảng $l$, dao động cùng pha.
Điểm M cách $S_1$ là $d_1$, cách $S_2$ là $d_2$.
Hiệu đường đi: $$\Delta d = |d_1 – d_2|$$
a) Điểm dao động với biên độ cực đại (cực đại giao thoa):
Điều kiện: $$\boxed{|d_1 – d_2| = k\lambda} \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, …)$$
Giải thích: Hai sóng từ $S_1$ và $S_2$ đến M cùng pha → tăng cường lẫn nhau → biên độ cực đại.
b) Điểm dao động với biên độ cực tiểu (cực tiểu giao thoa):
Điều kiện: $$\boxed{|d_1 – d_2| = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{2}} \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, …)$$
Giải thích: Hai sóng từ $S_1$ và $S_2$ đến M ngược pha → triệt tiêu lẫn nhau → biên độ cực tiểu (bằng 0 nếu hai nguồn cùng biên độ).
Trường hợp hai nguồn ngược pha:
Đổi vị trí cực đại và cực tiểu:
- Cực đại: $|d_1 – d_2| = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda$
- Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = k\lambda$
3. Số điểm cực đại, cực tiểu
Trên đoạn thẳng $S_1S_2$ (hai nguồn cùng pha):
Số điểm cực đại:
$$\boxed{-\frac{l}{\lambda} < k < \frac{l}{\lambda}}$$
Đếm số giá trị nguyên $k$ thỏa mãn.
Số điểm cực tiểu:
$$-\frac{l}{\lambda} < k + \frac{1}{2} < \frac{l}{\lambda}$$
Hay:
$$-\frac{l}{\lambda} – \frac{1}{2} < k < \frac{l}{\lambda} – \frac{1}{2}$$
Đếm số giá trị nguyên $k$ thỏa mãn.
Ví dụ 5: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau $l = 10$ cm, dao động cùng pha với bước sóng $\lambda = 2$ cm. Tính số điểm cực đại trên đoạn $S_1S_2$.
Lời giải:
Điều kiện cực đại: $$-\frac{10}{2} < k < \frac{10}{2}$$ $$-5 < k < 5$$
Các giá trị nguyên của $k$: $-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4$
Số điểm cực đại: 9 điểm
Đáp án: 9 điểm cực đại.
Ví dụ 6: Với cùng dữ liệu trên, tính số điểm cực tiểu.
Lời giải:
Điều kiện cực tiểu: $$-5 < k + \frac{1}{2} < 5$$ $$-5.5 < k < 4.5$$
Các giá trị nguyên của $k$: $-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4$
Số điểm cực tiểu: 10 điểm
Đáp án: 10 điểm cực tiểu.
VI. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP
A. Công thức cơ bản
| Đại lượng | Công thức | Đơn vị |
|---|---|---|
| Tần số góc | $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$ | rad/s |
| Tốc độ truyền sóng | $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$ | m/s |
| Bước sóng | $\lambda = vT = \frac{v}{f}$ | m |
| Chu kỳ | $T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}$ | s |
| Tần số | $f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}$ | Hz |
B. Phương trình sóng
| Vị trí | Phương trình |
|---|---|
| Tại nguồn O | $u_O = A\cos(\omega t + \varphi)$ |
| Tại điểm M | $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$ |
| Độ lệch pha | $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$ |
C. Điều kiện về pha
| Quan hệ | Độ lệch pha | Điều kiện khoảng cách |
|---|---|---|
| Cùng pha | $\Delta\varphi = 2k\pi$ | $d = k\lambda$ |
| Ngược pha | $\Delta\varphi = (2k+1)\pi$ | $d = (k+\frac{1}{2})\lambda$ |
| Vuông pha | $\Delta\varphi = (2k+1)\frac{\pi}{2}$ | $d = (k+\frac{1}{4})\lambda$ |
D. Tốc độ truyền sóng
| Loại sóng | Công thức | Ghi chú |
|---|---|---|
| Sóng trên dây | $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$ | $\mu = \frac{m}{l}$ |
| Sóng âm | Phụ thuộc môi trường | Xem bảng tham khảo |
E. Giao thoa (hai nguồn cùng pha)
| Loại điểm | Điều kiện |
|---|---|
| Cực đại | $|d_1 – d_2| = k\lambda$ |
| Cực tiểu | $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$ |
VII. SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG
1. Bước sóng vs Chu kỳ
| Tiêu chí | Bước sóng ($\lambda$) | Chu kỳ ($T$) |
|---|---|---|
| Định nghĩa | Khoảng cách trong không gian | Khoảng thời gian |
| Đơn vị | m (mét) | s (giây) |
| Đặc trưng | Đặc trưng không gian | Đặc trưng thời gian |
| Ý nghĩa vật lý | Quãng đường sóng truyền trong 1 chu kỳ | Thời gian thực hiện 1 dao động |
| Liên hệ | $\lambda = vT$ | $T = \frac{\lambda}{v}$ |
Nhận xét: Bước sóng và chu kỳ liên hệ với nhau qua tốc độ truyền sóng.
2. Tốc độ truyền sóng vs Tốc độ dao động
| Tiêu chí | Tốc độ truyền sóng ($v$) | Tốc độ dao động ($v_{dao động}$) |
|---|---|---|
| Ý nghĩa | Tốc độ lan truyền của sóng | Tốc độ dao động của phần tử |
| Phụ thuộc | Môi trường (F, $\mu$) | Biên độ, tần số |
| Công thức | $v = \lambda f$ | $v_{max} = A\omega$ |
| Hướng | Dọc theo phương truyền sóng | Vuông góc (sóng ngang) hoặc song song (sóng dọc) |
Lưu ý quan trọng: Hai tốc độ này HOÀN TOÀN KHÁC NHAU!
- Tốc độ truyền sóng: Không đổi (phụ thuộc môi trường)
- Tốc độ dao động: Biến thiên điều hòa theo thời gian
VIII. MẸO VÀ LƯU Ý
1. Mẹo nhớ công thức
Mẹo 1: Công thức trung tâm
$v = \lambda f$
Đây là công thức cốt lõi! Từ đây suy ra tất cả các công thức khác:
- $\lambda = \frac{v}{f}$
- $f = \frac{v}{\lambda}$
- Kết hợp $f = \frac{1}{T}$ → $v = \frac{\lambda}{T}$
Mẹo 2: Nhớ hệ số $2\pi$
Các công thức liên quan đến góc đều có $2\pi$:
- Độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$
- Tần số góc: $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$
- Phương trình sóng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$
Mẹo 3: Giao thoa – nhớ theo “k”
- Cực đại: Hiệu đường đi = k lần $\lambda$ (số nguyên)
- Cực tiểu: Hiệu đường đi = (k + 1/2) lần $\lambda$ (số bán nguyên)
Cách nhớ: “Cực Đại – Đủ (k nguyên)”, “Cực Tiểu – Thiếu nửa (k + 1/2)”
Mẹo 4: Phân biệt $\lambda$ và A
- $\lambda$ (lambda): Bước sóng – khoảng cách (m)
- $A$: Biên độ – độ lệch cực đại (m)
Hai đại lượng này hoàn toàn khác nhau!
2. Các sai lầm thường gặp
❌ SAI LẦM 1: Nhầm bước sóng $\lambda$ với biên độ A
Sai: Bước sóng là độ lệch cực đại ❌
Đúng:
- Biên độ $A$ là độ lệch cực đại
- Bước sóng $\lambda$ là khoảng cách giữa 2 điểm cùng pha liên tiếp ✓
❌ SAI LẦM 2: Nhầm tốc độ truyền sóng với tốc độ dao động
Sai: $v = A\omega$ là tốc độ truyền sóng ❌
Đúng:
- $v = \lambda f$ là tốc độ truyền sóng ✓
- $v_{max} = A\omega$ là tốc độ dao động cực đại ✓
❌ SAI LẦM 3: Quên dấu âm trong phương trình sóng
Sai: $u_M = A\cos\left(\omega t + \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ ❌
Đúng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ ✓
Dấu “-” thể hiện M dao động chậm pha hơn O.
❌ SAI LẦM 4: Nhầm điều kiện cực đại và cực tiểu
Sai: Cực đại khi $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$ ❌
Đúng:
- Cực đại: $|d_1 – d_2| = k\lambda$ ✓
- Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$ ✓
3. Đơn vị cần nhớ
Bảng đơn vị:
| Đại lượng | Đơn vị SI | Đơn vị khác |
|---|---|---|
| Tần số $f$ | Hz (Hertz) | 1/s, vòng/giây |
| Chu kỳ $T$ | s (giây) | ms, phút |
| Tốc độ $v$ | m/s | cm/s, km/h |
| Bước sóng $\lambda$ | m (mét) | cm, mm, km |
| Biên độ $A$ | m (mét) | cm, mm |
Lưu ý: Luôn đổi về đơn vị SI trước khi tính toán!
IX. BÀI TẬP MẪU
Bài 1: Tính bước sóng
Đề bài: Sóng truyền trong không khí với tốc độ $v = 320$ m/s, tần số $f = 800$ Hz. Tính bước sóng.
Lời giải:
Áp dụng công thức: $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{320}{800} = 0.4 \text{ m} = 40 \text{ cm}$$
Đáp án: Bước sóng là 0.4 m (hoặc 40 cm).
Bài 2: Tính tốc độ truyền sóng
Đề bài: Sóng có bước sóng $\lambda = 2$ m, chu kỳ $T = 0.5$ s. Tính tốc độ truyền sóng.
Lời giải:
Áp dụng công thức: $$v = \frac{\lambda}{T} = \frac{2}{0.5} = 4 \text{ m/s}$$
Đáp án: Tốc độ truyền sóng là 4 m/s.
Bài 3: Tốc độ sóng trên dây
Đề bài: Một sợi dây dài 1.5 m, khối lượng 30 g, được căng bởi lực $F = 60$ N. Tính tốc độ truyền sóng trên dây.
Lời giải:
Bước 1: Đổi đơn vị
- $m = 30$ g $= 0.03$ kg
Bước 2: Tính mật độ khối lượng $$\mu = \frac{m}{l} = \frac{0.03}{1.5} = 0.02 \text{ kg/m}$$
Bước 3: Tính tốc độ $$v = \sqrt{\frac{F}{\mu}} = \sqrt{\frac{60}{0.02}} = \sqrt{3000} \approx 54.77 \text{ m/s}$$
Đáp án: Tốc độ truyền sóng khoảng 54.77 m/s.
Bài 4: Độ lệch pha
Đề bài: Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau 1.5 m. Biết bước sóng $\lambda = 2$ m. Tính độ lệch pha giữa hai điểm.
Lời giải:
Áp dụng công thức: $$\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda} = \frac{2\pi \times 1.5}{2} = 1.5\pi \text{ rad}$$
Hoặc: $1.5\pi \times \frac{180°}{\pi} = 270°$
Đáp án: Độ lệch pha là $1.5\pi$ rad (hoặc 270°).
Bài 5: Giao thoa sóng
Đề bài: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau 8 cm, dao động cùng pha với bước sóng $\lambda = 2$ cm. Tính số điểm cực đại trên đoạn $S_1S_2$.
Lời giải:
Điều kiện cực đại: $$-\frac{l}{\lambda} < k < \frac{l}{\lambda}$$ $$-\frac{8}{2} < k < \frac{8}{2}$$ $$-4 < k < 4$$
Các giá trị nguyên của $k$: $-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3$
Số điểm cực đại: 7 điểm
Đáp án: 7 điểm cực đại.
Bài 6: Phương trình sóng
Đề bài: Nguồn O dao động theo phương trình $u_O = 4\cos(20\pi t)$ cm. Sóng truyền với tốc độ $v = 40$ cm/s. Viết phương trình sóng tại điểm M cách O là 10 cm.
Lời giải:
Bước 1: Tính bước sóng
- Tần số góc: $\omega = 20\pi$ rad/s
- Tần số: $f = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{20\pi}{2\pi} = 10$ Hz
- Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{40}{10} = 4$ cm
Bước 2: Viết phương trình tại M $$u_M = 4\cos\left(20\pi t – \frac{2\pi \times 10}{4}\right)$$ $$= 4\cos(20\pi t – 5\pi) \text{ cm}$$
Rút gọn: $5\pi = 4\pi + \pi$, nên: $$u_M = 4\cos(20\pi t – \pi) = -4\cos(20\pi t) \text{ cm}$$
Đáp án: $u_M = -4\cos(20\pi t)$ cm (hoặc $u_M = 4\cos(20\pi t – 5\pi)$ cm)
X. KẾT LUẬN
Bài viết đã trình bày đầy đủ công thức sóng cơ:
Công thức tốc độ: $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$
Công thức bước sóng: $\lambda = vT = \frac{v}{f}$
Phương trình sóng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$
Độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$
Giao thoa:
- Cực đại: $|d_1 – d_2| = k\lambda$
- Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$
Tốc độ trên dây: $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$
Công thức QUAN TRỌNG NHẤT
$$\boxed{v = \lambda f}$$
Từ công thức này, có thể suy ra tất cả các công thức khác!
Mối quan hệ:
- $\lambda = \frac{v}{f}$
- $f = \frac{v}{\lambda}$
- Với $f = \frac{1}{T}$ → $v = \frac{\lambda}{T}$
Lời khuyên học tập
📌 Học thuộc công thức $v = \lambda f$ – Đây là nền tảng của mọi bài toán sóng cơ
📌 Phân biệt rõ $\lambda$ và $T$ – Một cái đặc trưng không gian (m), một cái đặc trưng thời gian (s)
📌 Nhớ hệ số $2\pi$ trong độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$
📌 Chú ý dấu “-“ trong phương trình sóng: $\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}$
📌 Luyện tập giao thoa sóng – Đây là dạng bài khó và hay ra thi
📌 Phân biệt hai tốc độ – Tốc độ truyền sóng $\neq$ Tốc độ dao động
📌 Làm nhiều bài tập – Đặc biệt các dạng tính $\lambda$, giao thoa, phương trình sóng

Cô Trần Thị Bình
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định
