Câu hỏi mở đầu trang 52

Đề bài: Khi vỗ tay đều trước miệng các ống của đàn K’lông pút có độ dài khác nhau như hình bên, thì thấy âm phát ra ở các miệng ống trầm bổng khác nhau. Sóng âm lan truyền trong mỗi ống không phải là sóng chạy. Vậy đó là loại sóng gì và có những đặc điểm nào?

Lời giải:

Sóng âm trong mỗi ống của đàn K’lông pút là sóng dừng, có các đặc điểm sau:

• Là sóng tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ trong cột không khí của ống.
• Trên sóng dừng có những điểm luôn đứng yên gọi là nút sóng, và những điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng.
• Chiều dài ống quyết định bước sóng, do đó quyết định tần số → quyết định độ cao thấp của âm phát ra (ống dài cho âm trầm, ống ngắn cho âm cao).

I. Thí nghiệm tạo sóng dừng

Hoạt động trang 52

Đề bài: Thực hiện thí nghiệm tạo sóng dừng trên sợi dây PQ (Hình 13.1) theo các bước trong SGK và rút ra nhận xét.

Lời giải:

Nhận xét rút ra từ thí nghiệm:

• Bước 1: Bố trí dây PQ căng, đầu P nối với bộ rung, đầu Q cố định qua ròng rọc.
• Bước 2: Khi điều chỉnh tần số bộ rung đến một giá trị phù hợp, trên dây xuất hiện:
  • Các điểm dao động với biên độ cực đại (bụng sóng).
  • Các điểm đứng yên (nút sóng).

  → Hiện tượng này gọi là sóng dừng.

• Bước 3: Khi thay đổi tần số đến một giá trị thích hợp khác, ta lại quan sát thấy sóng dừng nhưng với số bụng và số nút khác.

→ Kết luận: Sóng dừng chỉ xuất hiện khi tần số rung có giá trị xác định sao cho chiều dài dây và bước sóng thoả mãn một điều kiện cụ thể.

Câu hỏi trang 52

Đề bài: Từ kết quả thí nghiệm rút ra điều kiện để có sóng dừng.

Lời giải:

Từ kết quả thí nghiệm trên sợi dây có hai đầu cố định:

• Trên dây phải xuất hiện các nút sóng và bụng sóng xen kẽ.
• Hai đầu P và Q là hai nút sóng (vì chúng được giữ cố định).
• Giữa hai nút liên tiếp là một bụng sóng, khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng $\dfrac{\lambda}{2}$.

→ Điều kiện để có sóng dừng trên dây hai đầu cố định:

$$L = n \cdot \dfrac{\lambda}{2} ; \text{với} ; n = 1, 2, 3,\ldots$$

(L là chiều dài dây, n là số bụng sóng trên dây.)

II. Giải thích sự tạo thành sóng dừng

Câu hỏi trang 53

Đề bài: Hãy xác định số nút và số bụng của sóng dừng trên sợi dây Hình 13.3.

Lời giải:

Quan sát Hình 13.3:

• Số bụng sóng: 3 (3 chỗ dao động với biên độ cực đại).
• Số nút sóng: 4 (gồm 2 nút ở hai đầu P, Q cố định và 2 nút giữa các bụng).

Lưu ý: Trong một sóng dừng có n bụng thì số nút là (n + 1) (nếu hai đầu là nút).

III. Sóng dừng trong các nhạc cụ

Câu hỏi trang 53 (sóng dừng trên dây PQ)

Đề bài: Hãy giải thích sự tạo thành sóng dừng trên dây PQ ở thí nghiệm Hình 13.1.

Lời giải:

Sự tạo thành sóng dừng trên dây PQ được giải thích như sau:

• Bộ rung làm đầu P dao động → tạo ra sóng tới truyền dọc theo dây từ P đến Q.
• Đầu Q được giữ cố định → sóng tới đến Q sẽ bị phản xạ ngược lại, tạo thành sóng phản xạ.
• Sóng tới và sóng phản xạ có cùng tần số, cùng biên độ nhưng truyền theo hai hướng ngược nhau → đây là hai sóng kết hợp.
• Khi hai sóng gặp nhau, chúng giao thoa với nhau:
  • Điểm hai sóng ngược pha: triệt tiêu lẫn nhau → nút sóng (đứng yên).
  • Điểm hai sóng đồng pha: tăng cường lẫn nhau → bụng sóng (dao động cực đại).

→ Kết quả tạo thành sóng dừng trên dây PQ.

Câu hỏi trang 54

Đề bài:

1. Một dây đàn hồi dài 0,6 m có hai đầu cố định dao động với một bụng sóng.

a) Tính bước sóng λ của sóng trên dây.

b) Nếu dây dao động với 3 bụng sóng thì bước sóng là bao nhiêu?

2. Trên sợi dây đàn hồi, có chiều dài L = 1,2 m, người ta tạo ra sóng dừng có hình dạng được mô tả ở Hình 13.6. Biết tần số rung của sợi dây là f = 13,3 Hz. Xác định tốc độ truyền sóng trên dây.

Lời giải:

Câu 1.

Áp dụng điều kiện sóng dừng trên dây hai đầu cố định: $L = n \cdot \dfrac{\lambda}{2}$.

a) Dây dao động với 1 bụng sóng → n = 1:

$$L = \dfrac{\lambda}{2} \Rightarrow \lambda = 2L = 2 \cdot 0{,}6 = 1{,}2 ; \text{(m)}$$

b) Dây dao động với 3 bụng sóng → n = 3:

$$L = 3 \cdot \dfrac{\lambda}{2} \Rightarrow \lambda = \dfrac{2L}{3} = \dfrac{2 \cdot 0{,}6}{3} = 0{,}4 ; \text{(m)}$$

Câu 2.

Quan sát Hình 13.6: trên dây có 3 bụng sóng → n = 3.

Bước 1: Tính bước sóng.

$$L = 3 \cdot \dfrac{\lambda}{2} \Rightarrow \lambda = \dfrac{2L}{3} = \dfrac{2 \cdot 1{,}2}{3} = 0{,}8 ; \text{(m)}$$

Bước 2: Tính tốc độ truyền sóng.

$$v = \lambda \cdot f = 0{,}8 \cdot 13{,}3 = 10{,}64 ; \text{(m/s)}$$

→ Tốc độ truyền sóng trên dây là v = 10,64 m/s.

Câu hỏi trang 54 (cột không khí Hình 13.7)

Đề bài: Tìm điều kiện để có sóng dừng trong cột không khí có sóng dừng như trong Hình 13.7.

Lời giải:

Quan sát Hình 13.7: cột không khí có một đầu kín và một đầu hở.

• Đầu kín: là nút sóng (không khí không thể dao động tự do).
• Đầu hở: là bụng sóng (không khí dao động tự do với biên độ cực đại).

Mà khoảng cách từ một nút đến một bụng gần nhất bằng $\dfrac{\lambda}{4}$, nên chiều dài cột không khí phải bằng một số lẻ lần một phần tư bước sóng:

$$L = (2n + 1) \cdot \dfrac{\lambda}{4} ; \text{với} ; n = 0, 1, 2, 3,\ldots$$

Em có thể

Giải thích được sự hình thành sóng dừng trong thực tế. Ví dụ trong ống sáo, đàn K’lông pút

Lời giải:

1) Sóng dừng trong ống sáo:

• Sáo là nhạc cụ khí, có một đầu thổi và thân sáo có nhiều lỗ.
• Khi thổi vào ống sáo, cột không khí trong ống dao động → tạo ra sóng dừng trong cột không khí.
• Bằng cách bịt hoặc mở các lỗ trên thân sáo, người chơi thay đổi chiều dài cột không khí dao động → thay đổi bước sóng → thay đổi tần số âm phát ra → tạo ra các nốt nhạc khác nhau (cao thấp khác nhau).

2) Sóng dừng trong đàn K’lông pút:

• Đàn K’lông pút (nhạc cụ truyền thống của Tây Nguyên) gồm nhiều ống tre có chiều dài khác nhau.
• Khi vỗ tay trước miệng ống, không khí trong ống dao động → tạo sóng dừng trong cột không khí.
• Ống dài → bước sóng lớn → tần số nhỏ → âm trầm.
• Ống ngắn → bước sóng nhỏ → tần số lớn → âm cao.

→ Nhờ vậy, mỗi ống của đàn phát ra một nốt nhạc khác nhau, tạo nên giai điệu phong phú.

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn