Lý thuyết Sóng cơ và sự truyền sóng cơ (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

I. Sóng cơ

1. Định nghĩa

- Sóng cơ học là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

- Sóng cơ có thể lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí.

Ví dụ:

+ Sợi dây đàn hồi: sợi lò xo, sợi dây cao su, dây thép, dải lụa, …

+ Bề mặt đàn hồi: mặt cao su, mặt chất lỏng, …

2. Sóng ngang

- Sóng ngang là sóng trong đó có các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

- Sóng ngang có thể truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng.

Ví dụ: Sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

3. Sóng dọc

- Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

- Sóng dọc truyền trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí.

Ví dụ: Sóng âm, sóng trên một lò xo

II. Các đặc trưng của một sóng hình sin

1. Sự truyền của một sóng hình sin

Dùng một sợi dây mềm, dài, căng ngang, đầu Q gắn vào tường, đầu P gắn vào một cần rung có tần số thấp. Cho cần rung dao động, làm đầu P của dây dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Trên dây xuất hiện một sóng cơ có dạng hình sin lan truyền về đầu Q.

Sau thời gian T, dao động của điểm P đã truyền tới điểm P₁, ở cách P một đoạn:$P{P}_1=\lambda =vT$ và P₁ bắt đầu dao động hoàn toàn giống P.

Dao động từ P₁ tiếp tục truyền xa hơn, thành thử dây có dạng một đường hình sin.

2. Các đặc trưng của một sóng hình sin

- Biên độ sóng (A) là biên độ dao động của các phần tử vật chất trong môi trường khi có sóng truyền qua.

+ Biên độ sóng có thể thay đổi theo vị trí.

+ Càng truyền đi xa, biên độ sóng càng giảm.

- Tần số sóng (f) là tần số dao động của các phần tử môi trường.

+ Tần số không thay đổi trong quá trình truyền sóng.

+ Liên hệ giữa tần số sóng (f) và chu kỳ sóng (T): $f=\frac{1}{T}$

- Tốc độ sóng (vs) là tốc độ truyền trạng thái của dao động.

- Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường (mật độ vật chất, tính đàn hồi,…).

- Tốc độ truyền sóng giảm dần theo thứ tự rắn, lỏng, khí.

- Sóng cơ học không truyền được trong chân không.

- Bước sóng $\lambda$là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì, đó cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau.

- Mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng của sóng: $\lambda =v_s.T=\frac{v_s}{f}$.

- Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua. Năng lượng sóng cơ tỉ lệ với bình phương biên độ sóng.

III. Phương trình sóng

- Trường hợp đơn giản nhất, ta xét sóng truyền trên trục Ox theo chiều dương. Giả sử trong quá trình truyền sóng, biên độ không giảm.

- Nguồn sóng đặt tại O, giả sử phương trình dao động của nguồn là

$u_O=A\cos \omega t=A\cos \frac{2\pi }{T}t$

- Xét điểm M tại tọa độ x, thời gian sóng truyền từ O đến M là: $\Delta t=\frac{x}{v_s}$.

- Dao động tại M ở thời điểm t chính là dao động tại O ở thời điểm $\left(t–\Delta t\right),$ ta có:

$u_M\left(t\right)=u_O\left(t-\Delta t\right)=A\cos \omega \left(t-\frac{x}{v_s}\right)=A\cos \left(\omega t-\frac{2\pi }{T}.\frac{x}{v_s}\right)$

- Do $v_{s}T=\lambda$ nên ta có phương trình sóng

$u\left(x;t\right)=A\cos \left(\omega t-\frac{2\pi \text{x}}{\lambda }\right)=A\cos 2\pi \left(\frac{t}{T}-\frac{x}{\lambda }\right)$

- Nhận xét:

+ Phương trình sóng là một hàm điều hòa theo cả không gian và thời gian, chu kỳ theo thời gian là T (gọi là chu kỳ), chu kỳ theo không gian là $\lambda$ (gọi là bước sóng).

+ Cố định không gian, tức là cho x một giá trị cụ thể thì phương trình sóng trở thành phương trình dao động của phần tử môi trường tại vị trí đó.

+ Cố định thời gian, tức là cho t một giá trị cụ thể thì phương trình sóng là một hàm của không gian, mô tả hình dạng của sóng tại thời điểm đó.

Trắc nghiệm Vật Lí 12 Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

Câu 1. Sóng cơ học là

A. dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

B. sự lan truyền vật chất theo thời gian.

C. sự truyền chuyển động của các phần tử trong một môi trường.

D. là một dạng chuyển động đặc biệt của môi trường.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Sóng cơ học là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

Câu 2. Sóng dọc là

A. sóng truyền dọc theo một sợi dây.

B. sóng trong đó phương dao động (của các phần tử của môi trường) trùng với phương truyền.

C. sóng truyền theo trục tung của trục tọa độ.

D. sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

Câu 3. Sóng ngang là

A. sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

B. sóng truyền theo trục hoành của trục tọa độ.

C. sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

D. sóng lan truyền theo phương nằm ngang.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

Câu 4. Nhận xét nào sau đây không đúng khi nói về sóng cơ học?

A. Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

B. Sóng cơ truyền được trong chân không.

C. Biên độ sóng tại một điểm nhất định trong môi trường có sóng truyền qua là biên độ dao động của các phần tử vật chất tại đó.

D. Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

A – Đúng

B – Sai, vì sóng cơ không truyền được trong chân không.

C – Đúng

D – Đúng

Câu 5. Sóng ngang truyền được trong các môi trường

A. rắn và khí.

B. lỏng và khí.

C. rắn và bề mặt chất lỏng.

D. rắn, chân không.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Sóng ngang truyền được trong chất rắn và bề mặt chất lỏng.

Câu 6. Sóng dọc truyền được trong các môi trường

A. rắn và lỏng.

B. lỏng và khí.

C. rắn, lỏng và khí.

D. rắn, lỏng, khí và chân không.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Sóng cơ không truyền được trong chân không.

Câu 7. Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng gần nhau nhất và dao động cùng pha với nhau gọi là

A. bước sóng.

B. tần số.

C. chu kì.

D. độ lệch pha.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng gần nhau nhất và dao động cùng pha với nhau gọi là bước sóng.

Câu 8. Nhận xét nào sau đây là đúng nhất?

A. Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

B. Bước sóng $\lambda$ là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.

C. Đối với mỗi môi trường, tốc độ truyền sóng v có một giá trị không đổi.

D. Cả A, B và C đều đúng.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

A – Đúng

B – Đúng

C – Đúng

Câu 9. Tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc vào

A. Năng lượng sóng.

B. Tần số dao động.

C. Môi trường truyền sóng.

D. Bước sóng λ.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường.

Câu 10. Một nguồn dao động đặt tại điểm A trên mặt chất lỏng nằm ngang phát ra dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với phương trình $u_A=acos\omega t$. Sóng do nguồn dao động này tạo ra truyền trên mặt chất lỏng có bước sóng λ tới điểm M cách A một khoảng x. Coi biên độ sóng và vận tốc sóng không đổi khi truyền đi thì phương trình dao động tại điểm M là

A. $u_M=acos\left(\omega t-\frac{2\pi x}{\lambda }\right)$.

B. $u_M=acos\omega t$.

C. $u_M=acos\left(\omega t+\frac{2\pi x}{\lambda }\right)$.

D. $u_M=acos\left(\omega t-\frac{\pi x}{\lambda }\right)$.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Dao động tại M trễ pha hơn dao động tại A là $\frac{2\pi x}{\lambda }$.

Vậy phương trình dao động tại M là:

$u_M=acos\left(\omega t-\frac{2\pi x}{\lambda }\right)$.

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác: