Chuyên đề Vật lý 11 Sóng ngang Sóng dọc Sự truyền năng lượng của sóng cơ

Sóng ngang, Sóng dọc, Sự truyền năng lượng của sóng cơ Vật lý 11 có đáp án

Chuyên đề Vật lý 11: Sóng ngang, Sóng dọc, Sự truyền năng lượng của sóng cơ giúp học sinh phân biệt các loại sóng cơ và hiểu cách sóng truyền dao động, năng lượng trong môi trường. Nội dung tập trung vào đặc điểm, phương truyền sóng và sự truyền năng lượng, kết hợp bài tập có đáp án để hỗ trợ ôn luyện Vật lý 11 KNTT.

A. Sóng cơ

1. Khái niệm sóng cơ học

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

2. Phân loại sóng

- Sóng ngang: Sóng ngang là sóng, mà phương dao động của các phần tử trong môi trường vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn và bề mặt chất lỏng vì có lực đàn hồi xuất hiện khi bị biến dạng lệch .

- Sóng dọc: Sóng dọc là sóng, mà phương dao động của các phần tử trong môi trường trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí vì trong các môi trường này lực đàn hồi xuất hiện khi có biến dạng nén, dãn.

3. Giải thích sự tạo thành sóng cơ

Sóng cơ học được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động đi, các phần tử càng xa tâm dao động càng trễ pha hơn.

Đặc điểm:

• Môi trường nào có lực đàn hồi xuất hiện khi bị biến dạng lệch thì truyền sóng ngang.
• Môi trường nào có lực đàn hồi xuất hiện khi bị nén hay kéo lệch thì truyền sóng dọc.

B. Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng

1. Chu kì và tần số sóng

Chu kì và tần số sóng là chu kì và tần số dao động của các phần tử trong môi trường.

Hay T_sóng = T_{dao động} = T_nguồn ; f_sóng = f_{dao động} = f_nguồn

2. Biên độ sóng

Biên độ sóng tại một điểm trong môi trường là biên độ dao động của các phần tử môi trường tại điểm đó. Hay A_sóng = A_{dao động}

3. Bước sóng

Bước sóng λ là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất nằm trên phương truyền sóng dao động cùng pha hay chính là quãng đường sóng truyền trong một chu kì.

4. Tốc độ truyền sóng

là tốc độ truyền pha dao động

- Trong một môi trường (đồng chất) tốc độ truyền sóng không đổi : v =\(\frac{s}{t}\)= const

- Trong một chu kì T sóng truyền đi được quảng đường là λ, do đó tốc độ truyền sóng trong một môi trường là : \(v=\frac{\lambda }{T} = \lambda .f\)

- Trong khi sóng truyền đi thì các đỉnh sóng di chuyển với tốc độ v (tức là trạng thái dao động di chuyển) còn các phần tử của môi trường vẫn dao động quanh vị trí cân bằng của chúng .

5. Năng lượng sóng

Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng từ phân tử này sang phân tử khác. Nặng lượng sóng tại một điểm tỉ lệ với bình phương biên độ sóng tại điểm đó.

C. Độ lệch pha. Phương trình sóng

1. Độ lệch pha

Giữa hai điểm trên một phương truyền sóng cách nhau một đoạn x

(hoặc d) có độ lệch pha là:

\(\Delta \phi = \frac{{\omega .x}}{v} = 2\pi \frac{d}{\lambda }\)

Chú ý: Từ công thức trên ta có thể suy ra một số trường hợp thường gặp sau :

Hai dao động cùng pha khi có: \(\Delta \varphi {\rm{ }} = {\rm{ }}k2\pi {\rm{ }}d{\rm{ }} = {\rm{ }}k.\lambda\)

=> Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau một số nguyên lần bước sóng thì dao động cùng pha

Hai dao động ngược pha khi có: \(\Delta \varphi = {\rm{ }}\left( {2k{\rm{ }} + 1} \right)\pi {\rm{ }} \to d{\rm{ }} = \left( {k + \frac{1}{2}} \right)\lambda\)

=> Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau một khoảng số bán nguyên lần bước sóng thì dao động ngược pha.

Hai dao động vuông pha khi có: \(\Delta \varphi = {\rm{ }}(2k{\rm{ }} + 1).\frac{\pi }{2} \Rightarrow d = \left( {k + \frac{1}{2}} \right)\frac{\lambda }{2}\)

=> Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau một khoảng số bán nguyên lần nửa bước sóng thì dao động vuông pha.

2. Lập phương trình sóng

- Nếu dao động tại O là u₀ = Acos(ω.t + φ₀), dao động được truyền đến M cách O một khoảng OM = x với tốc độ v thì dao động tại M sẽ trể pha Δφ = 2π\(\frac{x}{\lambda }\)  so với dao động tại O , tức là có thể viết

Δφ = pha(u_M ) - pha(u_o) = - 2π\(\frac{x}{\lambda }\), do đó biểu thức sóng tại M sẽ là :

\({u_M} = Acos.\left( {\omega t + {\phi _0} - 2\pi \frac{x}{\lambda }} \right)\)

Chú ý:  Khi viết phương trình cos

Xét A, B, C lần lượt là ba điểm trên cùng một phương truyền sóng, vận tốc truyền sóng là v.

Nếu phương trình dao động tại B có dạng:

\({u_B} = {\rm{ }}Acos\left( {\omega t + \varphi } \right)\) thì phương trình dao động tại A và C sẽ là:

\({u_A} = {\rm{ }}Acos\left( {\omega t + \varphi + 2\pi \frac{{{d_1}}}{\lambda }} \right)\) với d₁ = AB; u_B = Acos với d₂ = BC.

- Nếu hai điển A và B dao động cùng pha thì: u_A =u_B .

- Nếu hai điển A và B dao động cùng ngược thì: u_A =-u_B .

- Nếu hai điển A và B dao động vuông pha thì khi u_Amax thì u_B = 0 và ngược lại.

3. Tính chất của sóng

Sóng có tính chất tuần hoàn theo thời gian với chu kì T và tuần hoàn theo không gian với “chu kì “ bằng bước sóng λ.

Đồ thị sóng

a.Theo thời gian là đường sin lặp lại sau k.T .

b. Theo không gian là đường sin lặp lại sau k.λ.

Tại một điểm M xác định trong môi trường: u_M là một hàm số biến thiên điều hòa theo thời gian t với chu kỳ T: u_t = Acos(\(\frac{{2\pi }}{T}\)t + φ_M).

Tại một thời điểm t xác định: u_M là một hàm biến thiên điều hòa trong không gian theo biến x với chu kỳ λ: u_x = Acos(\(\frac{{2\pi }}{T}\)x + φ_t).

D. Bài tập sóng cơ và sự truyền năng lượng của sóng cơ

Câu 1. Khi một sóng cơ học truyền từ không khí vào nước thì đại lượng nào sau đây không thay đổi:

A. Vận tốc.          B. Tần số.            C. Bước sóng  .                D. Năng lượng.

Câu 2. Chọn phát biểu đúng ? Sóng dọc:

1. Chỉ truyền được trong chất rắn.
2. Truyền được trong chất rắn và chất lỏng và chất khí.
3. Truyền trong chất rắn, chất lỏng, chất khí và cả chân không.
4. Không truyền được trong chất rắn.

Câu 3. Sóng cơ là gì?

1. Sự truyền chuyển động cơ trong không khí.
2. Những dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất.
3. Chuyển động tương đối của vật này so với vật khác.
4. Sự co dãn tuần hoàn giữa các phần tử môi trường.

Câu 4. Sóng ngang là sóng:

1. lan truyền theo phương nằm ngang.
2. trong đó các phần tử sóng dao động theo phương nằm ngang.
3. trong đó các phần tử sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
4. trong đó các phần tử sóng dao động theo cùng một phương với phương truyền sóng.

Câu 5. Sắp xếp giá trị vận tốc truyền sóng cơ học theo thứ tự giảm dần qua các môi trường :

A. Rắn, khí và lỏng.    B. Khí, lỏng và rắn.    C. Rắn, lỏng và khí.    D. Lỏng, khí và rắn.

Câu 6. Vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào

1. năng lượng sóng.
2. tần số dao động.
3. môi trường truyền sóng và nhiệt độ môi trường
4. bước sóng

Câu 7. Phát biểu nào sau đây về đại lượng đặc trưng của sóng cơ học là không đúng?

1. Chu kỳ của sóng chính bằng chu kỳ dao động của các phần tử dao động.
2. Tần số của sóng chính bằng tần số dao động của các phần tử dao động.
3. Tốc độ của sóng chính bằng tốc độ dao động của các phần tử dao động.
4. Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kỳ.

Câu 8. Trong những yếu tố sau đây

I. Biểu thức sóng                 II. Phương dao động

III. Biên độ sóng                 IV. Phương truyền sóng

Những yếu tố giúp chúng ta phân biệt sóng dọc với sóng ngang là:

A. I và II                 B. II và III                  C. III và IV                D. II và IV

📘 Nội dung tài liệu còn tiếp tục, mời bạn tải bản đầy đủ để tham khảo chi tiết hơn.

ĐÁP ÁN BÀI TẬP

1B	2B	3B	4C	5C	6C	7C	8D	9D
10D	11B	12B	13D	14D	15B	16C	17D	18A
19A	20C	21A	22B	23C	24B	25D	26B	27B

-----------------

Nắm được bản chất của sóng ngang, sóng dọc và sự truyền năng lượng của sóng cơ giúp học sinh hiểu rõ hơn cơ chế lan truyền sóng trong các môi trường. Việc luyện tập các câu hỏi và bài tập có đáp án sẽ giúp củng cố kiến thức, tăng khả năng nhận dạng dạng bài và nâng cao hiệu quả học tập Vật lý 11.