Giải Vật lí 11 Bài 1 (Cánh diều): Mô tả sóng

Giải Vật lí 11 Bài 1: Mô tả sóng

Giải Vật lí 11 trang 36

Mở đầu trang 36 Vật Lí 11: Ở bờ biển, ta thấy các con sóng nối tiếp nhau xô vào bờ. Các con sóng lớn có thể lan truyền hàng trăm kilômét trên mặt biển trước khi đập vào bờ.

Hình 1.1 mô tả các con sóng đến gần bờ sau quãng đường dài lan truyền trên mặt biển.

Vậy sóng được tạo ra và lan truyền như thế nào?

Lời giải:

Sóng được tạo ra do sự lan truyền dao động cơ học trong một môi trường vật chất.

Ở ngoài khơi, dưới tác dụng của gió (vị trí bắt đầu tạm gọi là nguồn sóng), các điểm lân cận nguồn sóng sẽ dao động lên xuống theo nhờ có lực liên kết giữa các phần tử sóng. Cứ như vậy sóng được truyền đi xa.

I. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Giải Vật Lí 11 trang 37

Câu hỏi 1 trang 37 Vật Lí 11: Lấy một ví dụ về sóng.

Lời giải:

Ví dụ về sóng:

- Một ca sĩ đứng trên sân khấu hát, người ở dưới khán đài nghe thấy, đó là sự lan truyền của sóng âm.

- Một người đang đi xe máy buổi tối, bật đèn chiếu sáng, lập tức phía trước mặt được chiếu sáng, đó là sự lan truyền sóng ánh sáng.

- Ti vi sử dụng ăng ten để thu tín hiệu từ vệ tinh, đó là sự lan truyền sóng điện từ.

Luyện tập 1 trang 37 Vật Lí 11: Xác định biên độ và bước sóng của sóng được mô tả trong đồ thị li độ u (cm) - khoảng cách x (cm) ở Hình 1.3.

Lời giải:

Biên độ sóng A = 6 cm

Ta thấy từ gốc x = 0 đến vị trí x = 56 có 7 khoảng, từ đó xác định được độ dài mỗi khoảng là 8 cm. Bước sóng ứng với 8 khoảng nên λ = 64cm.

Giải Vật Lí 11 trang 38

Câu hỏi 2 trang 38 Vật Lí 11: Chứng tỏ rằng từ định nghĩa về bước sóng, tốc độ sóng, tần số sóng, có thể rút ra công thức (1.2).

Lời giải:

Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi trong một chu kì nên $\lambda =v.T=\frac{v}{f}\Rightarrow v=\lambda .f$ thoả mãn công thức 1.2.

Luyện tập 2 trang 38 Vật Lí 11: Xác định bước sóng của các sóng ở Bảng 1.1. Cho rằng tốc độ sóng trong mỗi môi trường là hằng số với một nhiệt độ và áp suất xác định.

Lời giải:

Sử dụng công thức $\lambda =\frac{v}{f}$

Giải Vật Lí 11 trang 39

Câu hỏi 3 trang 39 Vật Lí 11: Lấy ví dụ chứng tỏ sóng truyền năng lượng.

Lời giải:

Ví dụ ném một viên sỏi xuống mặt nước, thấy có sóng xuất hiện, một lát sau thấy cánh bèo gần đó nhấp nhô theo sóng. Chứng tỏ nhờ lực liên kết của các phân tử nước, năng lượng sóng đã được truyền từ nguồn sóng tới các điểm khác, dẫn đến cánh bèo nhấp nhô theo sóng.

Luyện tập 3 trang 39 Vật Lí 11: Cường độ của một sóng sẽ bị suy giảm khi truyền đi trong không gian. Khi sóng lan truyền, biên độ sóng giảm dần. Biết rằng cường độ sóng tỉ lệ với bình phương của biên độ sóng. Tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa so với nguồn phát thì cường độ sóng tại đó thay đổi như thế nào so với tại nguồn?

Lời giải:

Biên độ giảm còn một nửa thì cường độ sóng tại đó giảm 4 lần.

II. Liên hệ giữa sóng và dao động của điểm sóng

Giải Vật Lí 11 trang 40

Câu hỏi 4 trang 40 Vật Lí 11: Mô tả chuyển động của phần tử số 0 trên Hình 1.4 trong thời gian từ t = 0 đến t = T. Từ đó, chỉ ra mối liên hệ giữa khoảng thời gian T biểu diễn trong Hình 1.4 với chu kì dao động của phần tử số 0 và với chu kì sóng trên dây.

Lời giải:

Mô tả chuyển động của phần từ số 0 trên Hình 1.4 trong thời gian từ t = 0 đến t = T

Tại t = 0: phần tử số 0 đang ở VTCB, có hướng chuyển động về biên dương

Tại $t=\frac{T}{4}$: phần tử số 0 đang ở biên dương, có xu hướng tiến về VCTB.

Tại $t=\frac{T}{2}$: phần tử số 0 đang ở VTCB, có xu hướng tiến về biên âm.

Tại $t=\frac{3T}{4}$: phần tử số 0 đang ở biên âm, có xu hướng tiến về VTCB.

Tại t = T: phần tử số 0 đang ở VTCB, có trạng thái giống như ở thời điểm t = 0.

Từ đó ta thấy chu kì dao động của phần tử số 0 và với chu kì sóng trên dây bằng nhau.

Câu hỏi 5 trang 40 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 $\frac{5T}{4}$, phần tử số 18 ở thời điểm $\frac{6T}{4}$ và so sánh với hướng truyền sóng. Từ đó, phân biệt tốc độ của phần tử môi trường đang dao động với tốc độ sóng.

Lời giải:

- Hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm $\frac{T}{4}$: đang đứng yên vì chưa có sóng truyền qua.

- Hướng chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm $\frac{5T}{4}$: đang ở biên dương và tiến về VTCB.

- Hướng chuyển động của phần tử số 18 ở thời điểm $\frac{6T}{4}$: đang ở VTCB và tiến ra biên dương.

Hướng chuyển động của các phần tử là dao động lên xuống quanh một vị trí cân bằng xác định, hướng truyền sóng trong hình vẽ từ trái sang phải.

Nhận xét: tốc độ truyền sóng và tốc độ dao động của các phần tử môi trường khác nhau.

III. Một số tính chất đơn giản của âm thanh và ánh sáng

Giải Vật lí 11 trang 41

Vận dụng 1 trang 41 Vật Lí 11: Hãy giải thích vì sao về đêm và sáng sớm, ta có thể nghe rõ tiếng chuông chùa hoặc chuông nhà thờ từ rất xa.

Lời giải:

Nguyên nhân: Vào ban đêm hoặc sáng sớm có ít phương tiện hoạt động (con người, xe cộ, …), ít tiếng ồn từ các hoạt động sống khác nên sóng âm truyền đi được xa hơn và rõ hơn do không phải gặp quá nhiều vật cản và không bị các tạp âm chen lẫn.

Giải Vật lí 11 trang 42

Vận dụng 2 trang 42 Vật Lí 11: Bạn sẽ nghe được âm thanh bổng hơn hay trầm hơn của còi xe dẫn đường khi xe đó chạy lại gần bạn?

Lời giải:

Khi xe chạy đến gần thì tần số tăng lên (tần số cao), nên bạn sẽ nghe thấy âm bổng hơn.

Lý thuyết Mô tả sóng

I. Các đại lượng đặc trưng của sóng

1. Biên độ sóng

- Độ dịch chuyển của một điểm sóng so với vị trí cân bằng của nó là li độ của điểm sóng đó

- Độ lớn của độ dịch chuyển cực đại khỏi vị trí cần bằng của một điểm sóng được gọi là biên độ sóng, kí hiệu là A, đơn vị là mét (m)

2. Tần số và chu kì sóng

- Thời gian thực hiện một dao động của một điểm sóng được gọi là chu kì sóng, kí hiệu T, đơn vị là giây (s)

- Số dao động mà mỗi điểm sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số sóng, kí hiệu f, đơn vị hertz (Hz)

$f=\frac{1}{T}$

3. Bước sóng

- Quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kì sóng được gọi là bước sóng, kí hiệu $\lambda$, đơn vị là mét (m)

4. Tốc độ sóng

- Tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian được gọi là tốc độ của sóng, kí hiệu v, đây là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường, được đo bằng m/s

- Công thức tính tốc độ sóng $v=f.\lambda$

5. Cường độ sóng

- Cường độ sóng I là năng lượng truyền qua mọt đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian

$I=\frac{E}{S.t}$, đơn vị: W/m²

Trong đó: E là năng lượng sóng truyền qua một diện tích S vuông góc với phương truyền sóng trong thời gian t

II. Liên hệ giữa sóng và dao động của điểm sóng

III. Một số tính chất đơn giản của âm thanh và ánh sáng

1. Sự phản xạ và khúc xạ sóng

- Cả âm thanh và ánh sáng đều bị phản xạ khi gặp mặt chắn. Hướng truyền của tia phản xạ giúp người quan sát thấy được ảnh của vật qua mặt phản xạ

- Âm phản xạ đến tai chậm hơn âm trực tiếp từ 1/15 giây thì ta sẽ nghe được âm thanh trực tiếp và âm phản xạ lặp lại tạo thành tiếng vang

2. Hiệu ứng Doppler

- Tần số của sóng mà người quan sát thu được bị biến đổi khi nguồn sóng chuyển động tương đối với người quan sát

- Khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động lại gần nhau thì tốc độ sóng đối với người quan sát lớn hơn so với khi cả hai đứng yên với nhau

- Khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động ra xa nhau thì tần số sóng mà người quan sát thu được sẽ nhỏ hơn tần số do nguồn phát ra

- Ứng dụng: đo tốc độ của vật chuyển động

Sơ đồ tư duy về “Mô tả sóng”

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài tập chủ đề 1 trang 32

Bài 1: Mô tả sóng

Bài 2: Sóng dọc và sóng ngang

Bài 3: Giao thoa sóng

Bài 4: Sóng dừng