I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Dao động và sóng

a) Dao động

Khi kéo đầu A của một thanh thép đàn hồi xuống rồi thả tay, đầu A sẽ chuyển động lên – xuống quanh vị trí cân bằng (O).

Dao động là chuyển động qua lại quanh một vị trí cân bằng.

Ví dụ: dây đàn guitar rung khi được gảy, mặt trống rung khi bị gõ, cành cây dao động khi có gió…

b) Sóng

Sóng là sự lan truyền dao động trong môi trường.

Khi đầu A của thanh thép dao động, nó kéo theo vật nhỏ S chạm mặt nước, làm nước dao động. Dao động lan truyền trên mặt nước tạo thành sóng nước hình tròn.

Tương tự, khi cho một đầu của lò xo dao động, dao động lan truyền dọc theo lò xo tạo thành sóng trên lò xo — xuất hiện các đoạn nén và dãn liên tiếp.

Củng cố: Khái niệm nào về sóng là đúng? → Sóng là sự lan truyền dao động trong môi trường (không phải lan truyền âm thanh hay chuyển động cơ).

2. Nguồn âm

Nguồn âm là nguồn phát ra âm. Tất cả các nguồn âm đều dao động.

Một số ví dụ nguồn âm:

Củng cố: Khi bác bảo vệ gõ trống, vật nào phát ra âm? → Mặt trống (không phải tay bác bảo vệ, dùi trống hay không khí). Mặt trống dao động tạo ra âm thanh.

Khi thổi sáo, bộ phận nào dao động phát ra âm? → Không khí bên trong sáo dao động phát ra âm (không phải thân sáo hay lỗ trên sáo).

Vật phát ra âm trong trường hợp nào? → Khi làm vật dao động. Kéo căng, uốn cong hay nén vật thì vật không dao động nên không phát ra âm.

3. Sóng âm

Sóng âm là sự lan truyền dao động của nguồn âm trong môi trường.

Cơ chế truyền sóng âm trong không khí:

Khi màng loa dao động → lớp không khí tiếp xúc với màng loa bị nén và dãn (dao động theo) → lớp không khí này lại truyền dao động cho lớp không khí kế tiếp → cứ thế dao động lan truyền tới tai ta → làm màng nhĩ dao động → ta nghe được âm.

Sóng âm truyền từ nguồn âm ra mọi phương xung quanh.

4. Các môi trường truyền âm

Môi trường có khả năng truyền được sóng âm gọi là môi trường truyền âm.

Sóng âm truyền được trong 3 môi trường:

Quan trọng: Sóng âm không truyền được trong chân không (môi trường không có hạt vật chất).

Giải thích: Sóng âm cần các hạt vật chất (phân tử, nguyên tử) để truyền dao động từ lớp này sang lớp kế tiếp. Trong chân không không có hạt vật chất nào nên không có gì để truyền dao động → âm không truyền được.

Tốc độ truyền âm trong các môi trường:

Ở cùng nhiệt độ, tốc độ truyền âm trong các môi trường khác nhau không giống nhau:

$$v_{\text{rắn}} > v_{\text{lỏng}} > v_{\text{khí}}$$

Âm truyền nhanh nhất trong chất rắn và chậm nhất trong chất khí.

Giải thích câu hỏi mở đầu: Trong lịch sử, người ta áp tai xuống đất để nghe tiếng vó ngựa từ xa vì đất là chất rắn, truyền âm nhanh hơn và xa hơn so với không khí.

5. Một số khái niệm bổ sung về âm

Tần số dao động:

Tần số là số dao động thực hiện được trong 1 giây, đơn vị là Hz (Hertz).

$$f = \dfrac{N}{t}$$

Trong đó: $f$ là tần số (Hz), $N$ là số dao động, $t$ là thời gian (giây).

Mối liên hệ giữa tần số và độ cao của âm:

• Tần số càng lớn → âm phát ra càng cao (thanh, bổng).
• Tần số càng nhỏ → âm phát ra càng thấp (trầm).

Giới hạn nghe của tai người:

$$20 \text{ Hz} \leq f \leq 20\,000 \text{ Hz}$$

Tai người chỉ nghe được âm có tần số từ 20 Hz đến 20 000 Hz. Âm có tần số ngoài khoảng này, tai người không nghe được.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Xác định nguồn âm và vật dao động phát ra âm

Phương pháp

• Nguồn âm là vật dao động phát ra âm.
• Cần xác định bộ phận nào dao động trực tiếp để tạo ra âm, không phải bộ phận tác dụng lực.
• Nhớ: vật chỉ phát ra âm khi nó dao động.

Ví dụ 1

Đổ những lượng nước khác nhau vào bảy cái chai giống nhau. Dùng thìa gõ nhẹ vào thành các chai. Vật nào dao động phát ra âm?

Lời giải:

Khi dùng thìa gõ nhẹ vào thành chai, vật dao động phát ra âm là chai và nước trong chai. Chai cùng với nước bên trong dao động, tạo ra âm thanh. Lượng nước khác nhau sẽ cho ra âm thanh có độ cao khác nhau.

Ví dụ 2

Khi gảy dây đàn guitar, bộ phận nào phát ra âm? Khi thổi sáo, bộ phận nào phát ra âm?

Lời giải:

• Khi gảy đàn guitar: dây đàn dao động phát ra âm. Tay ta chỉ tác dụng lực để dây dao động, bản thân tay không phải nguồn âm.
• Khi thổi sáo: cột không khí bên trong sáo dao động phát ra âm. Thân sáo không dao động, nó chỉ tạo khoang chứa không khí.

Dạng 2: Tính tần số dao động và so sánh độ cao của âm

Phương pháp

Bước 1: Tính tần số bằng công thức:

$$f = \dfrac{N}{t}$$

Trong đó: $f$ là tần số (Hz), $N$ là số dao động, $t$ là thời gian (s).

Bước 2: So sánh tần số:

• Tần số lớn hơn → âm cao hơn, dao động nhanh hơn.
• Tần số nhỏ hơn → âm thấp hơn, dao động chậm hơn.

Bước 3: Xét xem tai người có nghe được không:

• Nghe được nếu: $20 \text{ Hz} \leq f \leq 20\,000 \text{ Hz}$.
• Không nghe được nếu $f < 20$ Hz hoặc $f > 20\,000$ Hz.

Ví dụ 1

Có 3 vật dao động với kết quả như sau:

a) Tính tần số của 3 vật. Vật nào dao động chậm hơn?

b) Vật nào phát ra âm cao hơn?

c) Tai ta nghe được âm do vật nào phát ra?

Lời giải:

Tính tần số:

$$f_A = \dfrac{N_A}{t_A} = \dfrac{630}{42} = 15 \text{ Hz}$$

$$f_B = \dfrac{N_B}{t_B} = \dfrac{1350}{30} = 45 \text{ Hz}$$

$$f_C = \dfrac{N_C}{t_C} = \dfrac{4500}{50} = 90 \text{ Hz}$$

a) So sánh: $f_A = 15$ Hz $< f_B = 45$ Hz $< f_C = 90$ Hz.

Vật A dao động chậm nhất vì có tần số nhỏ nhất (15 Hz).

b) Vật C phát ra âm cao nhất vì có tần số lớn nhất (90 Hz). Tần số càng lớn thì âm càng cao.

c) Tai người nghe được âm có tần số từ 20 Hz đến 20 000 Hz.

• Vật A: $f_A = 15$ Hz $< 20$ Hz → không nghe được.
• Vật B: $f_B = 45$ Hz → nằm trong khoảng 20 – 20 000 Hz → nghe được.
• Vật C: $f_C = 90$ Hz → nằm trong khoảng 20 – 20 000 Hz → nghe được.

Vậy tai ta nghe được âm do vật B và vật C phát ra.

Ví dụ 2

Vật thứ nhất trong 20 giây thực hiện được 1600 dao động. Vật thứ hai trong 15 giây thực hiện được 225 dao động.

a) Tìm tần số dao động của mỗi vật.

b) Vật nào phát ra âm cao hơn?

c) Tai người có nghe được âm do vật nào phát ra?

Lời giải:

a) Tính tần số:

$$f_1 = \dfrac{1600}{20} = 80 \text{ Hz}$$

$$f_2 = \dfrac{225}{15} = 15 \text{ Hz}$$

b) Vật thứ nhất có tần số lớn hơn ($80 > 15$) nên phát ra âm cao hơn.

c) Tai người nghe được âm có tần số từ 20 Hz đến 20 000 Hz.

• Vật 1: $f_1 = 80$ Hz → nghe được.
• Vật 2: $f_2 = 15$ Hz $< 20$ Hz → không nghe được.

Vậy tai người chỉ nghe được âm do vật thứ nhất phát ra.

Dạng 3: Tính khoảng cách dựa vào tốc độ truyền âm

Phương pháp

Sử dụng công thức:

$$s = v \times t$$

Trong đó: $s$ là quãng đường (m), $v$ là tốc độ truyền âm (m/s), $t$ là thời gian (s).

Lưu ý: Ánh sáng truyền rất nhanh (khoảng $300\,000$ km/s) nên ta coi ánh sáng truyền đến mắt ngay lập tức. Âm thanh truyền chậm hơn nhiều nên có độ trễ so với ánh sáng.

Ví dụ 1

Trong một cơn giông, ta nhìn thấy tia chớp trước khi nghe thấy tiếng sấm 4 giây. Biết tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s. Tính khoảng cách từ nơi sét đánh đến ta.

Lời giải:

Vì ánh sáng truyền gần như ngay lập tức, nên thời gian chậm trễ giữa chớp và sấm chính là thời gian âm truyền từ nơi sét đánh đến tai ta:

$$t = 4 \text{ s}$$

Khoảng cách:

$$s = v \times t = 340 \times 4 = 1\,360 \text{ m}$$

Vậy tia sét xuất hiện cách ta 1 360 m (khoảng 1,36 km).

Ví dụ 2

Trong một cơn mưa giông, ta quan sát thấy tiếng sấm sau khi nhìn thấy tia chớp 5 giây. Cho tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s. Tia sét xuất hiện cách ta bao xa?

Lời giải:

Thời gian âm truyền:

$$t = 5 \text{ s}$$

Khoảng cách:

$$s = v \times t = 340 \times 5 = 1\,700 \text{ m}$$

Vậy tia sét xuất hiện cách ta 1 700 m (1,7 km).

Đáp án: A. 1700 m

Dạng 4: So sánh tốc độ truyền âm trong các môi trường

Phương pháp

Ghi nhớ thứ tự tốc độ truyền âm:

$$v_{\text{rắn}} > v_{\text{lỏng}} > v_{\text{khí}}$$

• Âm truyền nhanh nhất trong chất rắn.
• Âm truyền chậm nhất trong chất khí.
• Âm không truyền được trong chân không.

Khi so sánh các vật liệu cụ thể, cần xác định mỗi vật liệu thuộc thể nào (rắn, lỏng, khí).

Ví dụ 1

So sánh tốc độ truyền âm trong các môi trường: chất rắn ($v_r$), chất lỏng ($v_l$), chất khí ($v_k$). Kết quả nào đúng?

Lời giải:

Theo quy luật, tốc độ truyền âm: chất rắn > chất lỏng > chất khí.

$$v_r > v_l > v_k$$

Đáp án: A.

Ví dụ 2

Ở cùng nhiệt độ, xét 4 môi trường: dầu ăn, khí oxygen, nước sinh hoạt, thanh thép. Tốc độ truyền âm nhỏ nhất trong môi trường nào?

Lời giải:

Phân loại thể:

Vì $v_{\text{rắn}} > v_{\text{lỏng}} > v_{\text{khí}}$, nên tốc độ truyền âm nhỏ nhất trong khí oxygen (chất khí).

Đáp án: B. Khí Oxi

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

SÓNG ÂM

1. Dao động

• Chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng
• Ví dụ: dây đàn rung, mặt trống rung, cành cây lay…

2. Sóng

• Sự lan truyền dao động trong môi trường
• Ví dụ: sóng nước, sóng trên lò xo

3. Nguồn âm

• Vật dao động phát ra âm
• Ví dụ: mặt trống, dây đàn, không khí trong sáo, âm thoa

4. Sóng âm

• Sự lan truyền dao động của nguồn âm trong môi trường
• Cơ chế: nguồn âm dao động → nén, dãn các lớp không khí → truyền lần lượt → đến tai → màng nhĩ dao động → ta nghe được
• Truyền theo mọi phương từ nguồn âm

5. Môi trường truyền âm

• 5.1. Chất rắn: truyền âm nhanh nhất
• 5.2. Chất lỏng: truyền âm nhanh vừa
• 5.3. Chất khí: truyền âm chậm nhất
• 5.4. Chân không: không truyền được âm (không có hạt vật chất)
• Tốc độ: $v_{\text{rắn}} > v_{\text{lỏng}} > v_{\text{khí}}$

6. Tần số

• $f = \dfrac{N}{t}$ (Hz)
• Tần số lớn → âm cao; tần số nhỏ → âm thấp
• Tai người nghe được: 20 Hz – 20 000 Hz

7. Công thức tính khoảng cách

• $s = v \times t$

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu