Câu hỏi mở đầu trang 32

Đề bài: Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường gặp hay nghe đến nhiều loại sóng như: sóng nước, sóng âm, sóng vô tuyến, sóng địa chấn,… Vậy sóng được hình thành như thế nào và có những đặc điểm gì?

Lời giải:

• Sự hình thành sóng: Sóng được tạo ra nhờ hai nguyên nhân:
  • Có nguồn dao động từ bên ngoài tác dụng lên môi trường.
  • Có lực liên kết giữa các phần tử của môi trường, làm cho dao động lan truyền từ phần tử này sang phần tử khác.
• Đặc điểm của sóng: sóng có biên độ, chu kì, tần số, bước sóng và tốc độ truyền sóng. Khi sóng truyền đi, các phần tử của môi trường chỉ dao động tại chỗ chứ không chuyển động theo sóng — chỉ có dao động (năng lượng) được truyền đi.

I. Thí nghiệm tạo sóng mặt nước

Hoạt động trang 32

Đề bài: Hãy quan sát chuyển động của miếng xốp trong thí nghiệm Hình 8.1 và cho biết miếng xốp có chuyển động ra xa nguồn cùng với sóng không.

Lời giải:

Khi quay đĩa D, vật tạo sóng O dao động lên xuống → mặt nước tại O biến dạng thành những gợn sóng lan truyền ra xa. Khi sóng truyền đến miếng xốp C, ta thấy:

• Miếng xốp chỉ dao động lên xuống tại chỗ.
• Miếng xốp không chuyển động ra xa nguồn cùng với sóng.

→ Kết luận: Khi sóng truyền đi, các phần tử môi trường (ở đây là nước cùng miếng xốp) chỉ dao động tại chỗ. Sóng chỉ truyền dao động (năng lượng), không truyền các phần tử môi trường.

II. Giải thích sự tạo thành sóng

Câu hỏi trang 33

Đề bài: Trong đồ thị của sóng Hình 8.2d, những điểm nào trong các điểm M, N, P trên phương Ox dao động lệch pha $\dfrac{\pi}{2}$, ngược pha, đồng pha với nhau?

Lời giải:

Quy tắc tính độ lệch pha theo khoảng cách:

Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau một đoạn d sẽ dao động:

• Đồng pha nếu $d = k\lambda$ (k = 1, 2, 3, …).
• Ngược pha nếu $d = \dfrac{\lambda}{2} + k\lambda$.
• Lệch pha $\dfrac{\pi}{2}$ (vuông pha) nếu $d = \dfrac{\lambda}{4} + k\dfrac{\lambda}{2}$.

Xét các cặp điểm M, N, P:

• M và N cách nhau $\dfrac{\lambda}{4}$ → dao động lệch pha $\dfrac{\pi}{2}$.
• N và P cách nhau $\dfrac{\lambda}{4}$ → dao động lệch pha $\dfrac{\pi}{2}$.
• M và P cách nhau $\dfrac{\lambda}{2}$ → dao động ngược pha.

→ Trong ba điểm M, N, P không có cặp nào đồng pha.

III. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Hoạt động trang 35

Đề bài: Khi quan sát một hồ nước rộng, ta nhìn thấy có những gợn sóng lan truyền qua trước mặt. Hãy đề xuất cách đo các đại lượng đặc trưng của sóng như: chu kì của sóng, bước sóng, tốc độ truyền sóng trên mặt nước.

Lời giải:

1) Đo chu kì T:

• Chọn một điểm cố định trên mặt nước (ví dụ một chiếc lá nổi).
• Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian $\Delta t$ để vật đó thực hiện được N dao động (đi lên–xuống N lần).
• Tính: $T = \dfrac{\Delta t}{N}$.

2) Đo bước sóng λ:

• Quan sát mặt nước, đo khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp (hoặc hai đáy sóng liên tiếp) → đó chính là bước sóng λ.

3) Đo tốc độ truyền sóng v:

• Cách 1: Dùng công thức $v = \dfrac{\lambda}{T}$ sau khi đã đo được λ và T.
• Cách 2: Đo trực tiếp – đánh dấu vị trí một đỉnh sóng, dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian Δt để đỉnh sóng đó truyền được quãng đường s, sau đó tính $v = \dfrac{s}{\Delta t}$.

Câu hỏi trang 35

Đề bài:

1. Trên mặt hồ yên lặng, một người làm cho con thuyền dao động tạo ra sóng trên mặt nước. Thuyền thực hiện được 24 dao động trong 40 s, tạo ra sóng cao 12 cm so với mặt hồ khi yên lặng và ngọn sóng tới bờ cách thuyền 10 m sau 5 s. Với số liệu này, hãy xác định:

a) Chu kì dao động của thuyền. b) Tốc độ lan truyền sóng trong môi trường. c) Bước sóng. d) Biên độ sóng.

2. Hình 8.4 là đồ thị (u – t) của một sóng âm trên màn hình của một dao động kí. Biết mỗi cạnh của ô vuông theo phương ngang trên hình tương ứng với 1 ms. Tính tần số của sóng âm.

3. Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, nếu ta thay đổi tần số dao động của nguồn sóng thì đại lượng nào sau đây không thay đổi?

A. Chu kì sóng. B. Bước sóng. C. Tần số sóng. D. Tốc độ truyền sóng.

Lời giải:

Câu 1.

Tóm tắt: N = 24 dao động trong Δt = 40 s; sóng cao 12 cm so với mặt hồ yên lặng; quãng đường sóng truyền s = 10 m trong thời gian t = 5 s.

a) Chu kì dao động của thuyền:

$$T = \dfrac{\Delta t}{N} = \dfrac{40}{24} = \dfrac{5}{3} \approx 1{,}67 ; \text{(s)}$$

b) Tốc độ lan truyền sóng:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{10}{5} = 2 ; \text{(m/s)}$$

c) Bước sóng:

$$\lambda = v \cdot T = 2 \cdot \dfrac{5}{3} = \dfrac{10}{3} \approx 3{,}33 ; \text{(m)}$$

d) Biên độ sóng:

“Sóng cao 12 cm so với mặt hồ khi yên lặng” tức là độ dịch chuyển cực đại của phần tử nước so với vị trí cân bằng (mặt hồ yên lặng).

$$\Rightarrow A = 12 ; \text{cm} = 0{,}12 ; \text{m}$$

Câu 2.

Quan sát đồ thị Hình 8.4: một chu kì sóng tương ứng với 3 ô vuông theo phương ngang. Mỗi ô vuông tương ứng với 1 ms.

→ Chu kì của sóng: $T = 3 \cdot 1 = 3 ; \text{ms} = 3 \cdot 10^{-3}$ s.

→ Tần số của sóng âm:

$$f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{3 \cdot 10^{-3}} = \dfrac{1000}{3} \approx 333{,}33 ; \text{(Hz)}$$

Câu 3. Đáp án: D. Tốc độ truyền sóng.

Giải thích: Tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng, không phụ thuộc vào tần số của nguồn. Vì vậy khi thay đổi tần số dao động của nguồn:

• Tần số sóng thay đổi (= tần số nguồn) → loại C.
• Chu kì $T = \dfrac{1}{f}$ thay đổi → loại A.
• Bước sóng $\lambda = \dfrac{v}{f}$ cũng thay đổi (do v không đổi nhưng f đổi) → loại B.
• Chỉ có tốc độ truyền sóng v không đổi.

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