50 bài tập Ôn tập chương 2: Sóng cơ và sóng âm (Phần 1)

Lời giải chi tiết:

Đáp án B

Lời giải chi tiết:

Đáp án B

+ Khi sóng cơ lan truyền qua các môi trường thì tần số của nó là không đổi.

Phương pháp giải:

Môi trường truyền sóng của sóng cơ

Lời giải chi tiết:

Đáp án D

+ Sóng cơ lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng và khí tuy nhiên không lan truyền được trong chân không

Phương pháp giải:

Sử dụng kiến thức về tốc độ truyền âm

Lời giải chi tiết:

Tốc độ truyền âm trong không khí ở 0⁰C là 331m/s; ở không khí 25⁰C là 346m/s; ở nước là 1500 m/s và ở sắt là 5850 m/s. Vậy âm truyền chậm nhất trong không khí ở 0⁰C

Phương pháp giải:

Độ to của âm là một đặc trưng sinh lý gắn liền với mức cường độ âm. Mức cường độ âm được đo bằng đơn vị Ben, đề xi Ben.

Lời giải chi tiết:

Độ to của âm là một đặc trưng sinh lý gắn liền với mức cường độ âm. Mức cường độ âm được đo bằng đơn vị Ben, đề xi Ben.

Phương pháp giải:

Âm nghe được có tần số nằm trong khoảng 16Hz đến 20000Hz

Lời giải chi tiết:

T = 0,08s

Tần số âm: f = 1/T = 125Hz là âm nghe được

Phương pháp giải:

Tại M ngược pha với nguồn thì d = kλ với k là số bán nguyên

Lời giải chi tiết:

OA = 16λ; OB = 12λ nên AB = 20λ

M ngược pha với nguồn nên d = kλ với k là số bán nguyên

Đường cao \(OH=\frac{OA.OB}{AB}=9,6\lambda \)

+ Xét điểm M nằm trong đoạn AH ngược pha với nguồn:

            \(OH\le d\le OA\Rightarrow k=10,5;11,5;12,5;13,5;14,5;15,5\)       

Vậy có 6 giá trị k

+ Xét điểm M nằm trong đoạn BH ngược pha với nguồn:

\(OH\le d\le OB\Rightarrow 10\le k\le 12\Rightarrow k=10,5;11,5\)

Vậy có 2 giá trị k

Như vậy tổng hợp trên AB có 8 giá trị k

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về sóng âm

Lời giải chi tiết:

Các phát biểu đúng là

(1) Sóng âm có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz gọi là âm nghe được (âm thanh)

(3) Tần số, cường độ âm, mức cường độ âm, đồ thị dao động là các đặt trưng vật lí của âm. Độ cao, độ to, âm sắc là đặc trưng sinh lý của âm.

(4) Độ cao của âm gắn liền với tần số âm; độ to của âm gắn liền với mức cường độ âm; âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm.

Như vậy số phát biểu đúng là 3

Chọn đáp án A

Phương pháp giải:

Hộp đàn không làm thay đổi tần số của âm

Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm

Lời giải chi tiết:

Hộp đàn không làm thay đổi tần số của âm nên nói hộp đàn làm âm phát ra cao hơn là sai.

 Chọn A

Phương pháp giải:

Khi sóng âm truyền qua các môi trường khác nhau thì tần số sóng không đổi

Lời giải chi tiết:

 Khi sóng âm truyền từ nước ra không khí thì tần số của sóng là không đổi, vận tốc truyền sóng giảm nên bước sóng sẽ giảm.

Đáp án B

Phương pháp giải:

Tần số sóng liên hệ với lực căng dây: \(f=\frac{v}{\lambda }=\frac{1}{\lambda }\sqrt{\frac{F}{m}}\)

Lời giải chi tiết:

Tần số sóng liên hệ với lực căng dây: \(f=\frac{v}{\lambda }=\frac{1}{\lambda }\sqrt{\frac{F}{m}}\)

Vậy để tăng tần số 2 lần thì lực căng dây phải tăng 4 lần

Chọn B

Phương pháp giải:

Quãng đường sóng siêu âm đi được cho tới khi thu được tín hiệu bằng 2 lần độ sâu của rãnh

Quãng đường đi được trong chuyển đông thẳng đều: s = vt

Lời giải chi tiết:

Quãng đường sóng siêu âm đi được cho tới khi thu được tín hiệu bằng 2 lần độ sâu của rãnh

            2d = vt = 1500.14,53 => d = 10897,5m

Chọn D

Phương pháp giải:

Vận tốc truyền sóng cơ trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và lớn hơn trong chất khí..

Lời giải chi tiết:

Vận tốc truyền sóng cơ trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và lớn hơn trong chất khí..

Chọn B

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính tốc độ truyền sóng âm: \(v=\lambda .f\)

Công thức tính sai số tuyệt đối của phép đo : \(\Delta v=(\frac{\Delta \lambda }{{\bar{\lambda }}}+\frac{\Delta f}{{\bar{f}}}).\bar{v}\)

Lời giải chi tiết:

Tốc độ truyền sóng  âm: \(v=\lambda .f\Rightarrow \bar{v}=\bar{\lambda }.\bar{f}=0,75.440=330(m/s)\)

Sai số tuyệt đối của phép đo: \(\Delta v=(\frac{\Delta \lambda }{{\bar{\lambda }}}+\frac{\Delta f}{{\bar{f}}}).\bar{v}=(\frac{0,01}{0,75}+\frac{10}{440}).330=11,9(m/s)\)

Tốc độ truyền âm tại nơi làm thí nghiệm là: 330,0 ± 11,9 m/s.

 Chọn C

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị ta thấy N sớm pha hơn M một góc \(\frac{\pi }{3}\); \(\frac{{2\pi MN}}{\lambda } = \frac{\pi }{3} \to MN = \frac{\lambda }{6}\);

xác định được \(\frac{T}{4} + \frac{T}{2} = 0,05s \to T = \frac{1}{{15}}s \to \lambda  = v.T = 30cm \to MN = 5cm\);

\({u_M} = 4\cos \left( {\omega t - \frac{\pi }{3}} \right)cm\); \({u_N} = 4\cos \omega tcm\);

với \({t_2} = {t_1} + \frac{T}{2} + \frac{T}{6}\)ta xác định được \({\left| {{u_M} - {u_N}} \right|_{t = {t_2}}} = 2\sqrt 3 cm \to M{N_{t = {t_2}}} = \sqrt {{5^2} + {2^2}.3}  = \sqrt {37}  = 6,082\)cm

Chọn B

Phương pháp giải:

Âm do âm thoa phát ra có một tần số xác định nên đồ thị dao động âm có dạng hình sin

Lời giải chi tiết:

Âm do âm thoa phát ra có một tần số xác định nên đồ thị dao động âm có dạng hình sin

Chọn D

Phương pháp giải:

Điều kiện để có sóng dừng khi 2 đầu là nút: \(\ell =k\frac{\lambda }{2}=k.\frac{v}{2{{f}_{k}}}\)

Lời giải chi tiết:

Từ điều kiện để có sóng dừng 2 đầu là nút, ta có:

\(\ell =1.\frac{v}{2{{f}_{1}}}=9\frac{v}{2{{f}_{9}}}=\frac{8v}{2({{f}_{9}}-{{f}_{1}})}\to {{f}_{1}}=25(Hz)\); \(\ell =1.\frac{v}{2{{f}_{1}}}=(6-1)\frac{v}{2{{f}_{6}}}\to {{f}_{6}}=5{{f}_{1}}=125(Hz)\)

Chọn B

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết về pha dao động của các điểm trên sóng dừng.

Lời giải chi tiết:

Nhận xét: Hai điểm trên hai bó sóng liên tiếp thì ngược pha nhau.

Giữa hai điểm H và K có 3 bó sóng, vậy hai điểm H và K dao động cùng pha với nhau.

Chọn A.

Phương pháp giải:

Phương trình li độ của một điểm cách nút một khoảng x là:

\(u = 2A.\sin \left( {2\pi \frac{x}{\lambda }} \right).\cos \left( {\omega t + \frac{\pi }{2}} \right)(cm)\)

với  \(AB = \frac{\lambda }{4} = {10_{}}cm \Rightarrow \lambda = 4.10 = {40_{}}cm\)

Tại C thì \(x = \frac{\lambda }{8} = 5cm\) từ đó tìm biên độ của C.

Sử dụng giản đồ vecto quay để tìm chu kì T. Áp dụng công thức tính vận tốc truyền sóng  \(v = \frac{\lambda }{T}\)

Lời giải chi tiết:

Phương trình li độ của một điểm cách nút một khoảng x là:

\(u = 2A.\sin \left( {2\pi \frac{x}{\lambda }} \right).\cos \left( {\omega t + \frac{\pi }{2}} \right)(cm)\)

với  \(AB = \frac{\lambda }{4} = {10_{}}cm \Rightarrow \lambda = 4.10 = {40_{}}cm\)

Tại C thì \(x = \frac{\lambda }{8} = 5cm\) → Biên độ của C là :  

\({A_C} = 2.A.\sin \left( {\frac{{2\pi .\lambda }}{{8\lambda }}} \right) = A.\sqrt 2 \)

Biên độ của B là 2A.

Ta có giản đồ vecto quay như sau:

Ta có độ lớn góc α là  

\(\alpha = {\rm{ar}}\cos \frac{{A\sqrt 2 }}{{2A}} = {45^0}\)

Vậy thời gian liên tiếp hai lần liên tiếp B có li độ bằng biên độ của C là :

\(t = \frac{{{{2.45}^0}}}{{{{360}^0}}}.T = \frac{T}{4}\)

Vậy chu kì dao động là : \(T = 4.t = 4.0,2 = 0,8{\rm{ }}s\)

Vận tốc truyền sóng là :  

\(v = \frac{\lambda }{T} = \frac{{40}}{{0,8}} = {50_{}}(cm/s)\)

Chọn B.

Phương pháp giải:

+ Sử dụng vòng tròn lượng giác xác định  vị trí của các điểm

+ Sử dụng hệ thức trên vòng tròn lượng giác.

Lời giải chi tiết:

Ta có:

+ Ở thời điểm \({t_0}\), tốc độ dao động của các phần tử tại B và C đều bằng \({v_0}\), còn phần tử tại trung điểm BC đang ở biên, biểu diễn trên vòng tròn lượng giác ta được

+ Ở thời điểm \({t_1}\), vận tốc của các phần tử tại B và C có giá trị đều bằng \({v_0}\) và biểu diễn trên vòng tròn lượng giác ta có

Từ vòng tròn lượng giác tại hai thời điểm \({t_0}\) và \({t_1}\) ta có \(\widehat {COB} = const\) và vận tốc tại \({t_0}\) và \({t_1}\) bằng nhau nên \(\varphi  = {\varphi _1} = \dfrac{\pi }{4}\)

Tại \({t_1}\) vận tốc tại D đạt giá trị cực đại nên \(\left\{ \begin{array}{l}cos\varphi  = \dfrac{{{v_1}}}{{{v_{max}}}} = \dfrac{{{v_0}}}{{{v_{max}}}}\\\sin \varphi  = \dfrac{{{v_2}}}{{{v_{max}}}} = \dfrac{{{v_0}}}{{{v_{max}}}}\end{array} \right. \Rightarrow {v_{max}} = \sqrt 2 {v_0}\) 

Chọn D

Phương pháp giải:

Công thức tính bước sóng :  

\(\lambda = v.T = \frac{v}{f}\)

Khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi, vận tốc thay đổi.

Lời giải chi tiết:

Công thức tính bước sóng :  

\(\lambda = v.T = \frac{v}{f}\)

Khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi, vận tốc thay đổi.

Do đó khi sóng truyền từ không khí vào nước thì bước sóng của nó tăng lên số lần là :

\(\frac{{\lambda '}}{\lambda } = \frac{{v'}}{v} = \frac{{1450}}{{330}} \approx 4,4\)

Chọn D.

Phương pháp giải:

Thời gian âm truyền trong môi trường: \(t = \dfrac{{\rm{l}}}{v}\)

Lời giải chi tiết:

Hai tiếng gõ cách nhau 2,5 s, ta có:

\(\dfrac{{\rm{l}}}{{{v_{kk}}}} - \dfrac{{\rm{l}}}{{{v_{gang}}}} = 2,5 \Rightarrow \dfrac{{951,25}}{{340}} - \dfrac{{951,25}}{{{v_{gang}}}} = 2,5 \Rightarrow {v_{gang}} = 3194\,\,\left( {m/s} \right)\)

Chọn B.

Phương pháp giải:

Thời gian truyền âm: \(t = \dfrac{s}{v}\)

Lời giải chi tiết:

Quãng đường âm truyền đi rồi phản xạ trở lại là: s = 2L

Thời gian âm truyền đi rồi phản xạ trở lại là: \(t = \dfrac{s}{v} = \dfrac{{2L}}{v}\)

Để không nghe được tiếng nổ, ta có:

\(t \le 0,1 \Rightarrow \dfrac{{2L}}{v} \le 0,1 \Rightarrow L \le \dfrac{{0,1v}}{2} = \dfrac{{0,1.340}}{2} = 17\,\,\left( m \right)\)

Chọn B.

Phương pháp giải:

Viết phương trình dao động, tìm điều kiện khoảng cách

Lời giải chi tiết:

Chọn trục Ox trùng với trục của lò xo, điểm O trùng với vị trí cân bằng của sợi dây.

Ta viết được phương trình dao động của sợi dây là:  

\(u = {U_0}.\cos \left( {20t} \right) = 5\cos 20t\)

Tại thời điểm ∆t thì phương trình dao động của sợi dây là:  

\(u = 5.\cos \left( {20t + 20\Delta t} \right)cm\)

Tần số góc của con lắc lò xo là:  

\(\omega = \sqrt {\frac{k}{m}} = \sqrt {\frac{{10}}{{0,025}}} = 20rad/s\)

Độ giãn của lò xo ở vị trí cân bằng là:  

\(m.g = k.\Delta l \Rightarrow \Delta l = \frac{{mg}}{k} = 0,025m = 2,5cm\)

Ban đầu lò xo bị nén 2,5cm, vậy biên độ dao động của lò xo là 5cm.

Phương trình dao động của con lắc lò xo là:  

\(x = 5\cos \left( {20t} \right) + 5\)

Vậy khoảng cách giữa vật nặng và sợi dây là:

 \(\Delta d = x - u = 5 + 5\cos 20t - 5\cos \left( {20t - 20\Delta t} \right) = 5 + A.\cos \left( {20t + \varphi } \right)\)

Với :  

\(A = \sqrt {{5^2} + {5^2} - 2.5.5.\cos \varphi } \)

Điều kiện để vật dao động và sợi dây không chạm nhau là ∆d > 0

\( \Rightarrow 5 - A > 0 \Rightarrow A < 5 \Rightarrow \cos \varphi > \frac{1}{2} \Leftrightarrow \cos 20t > \frac{1}{2}\)

Dùng phép thử các đáp án, ta chọn đáp án A

Phương pháp giải:

+ Nhạc âm là những âm có tần số xác định. Tạp âm là những âm không có tần số xác định.

+ Độ cao là một đặc tính sinh lí của âm gắn liền với tần số âm.

+ Độ to là một đặc trưng sinh lí của phụ thuộc vào mức cường độ âm và tần số âm.

+ Âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm, giúp ta phân biệt được âm do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm (tần số và biên độ).

Lời giải chi tiết:

Độ cao là một đặc tính sinh lí của âm gắn liền với tần số âm

→ Phát biểu sai là: Độ cao là một đặc tính sinh lí của âm phụ thuộc vào các đặc tính vật lí là tần số và năng lượng âm.

Chọn D.

Lời giải chi tiết:

Tần số của âm  

\(f = \frac{v}{\lambda } = 21765Hz > 20000Hz \to \)

siêu âm

Phương pháp giải:

áp dụng phương pháp tính sai số

Lời giải chi tiết:

ta có

\(\begin{array}{l}
f = 400 \pm 10Hz\\
\lambda = 82,5 \pm 1,0cm\\
v = \lambda .f = > \overline v = \overline \lambda .\overline f = 82,5.400 = 33000cm/s = 330m/s
\end{array}\)

 δv=δλ+δf

\(\begin{array}{l}
\Rightarrow \frac{{\Delta v}}{v} = \frac{{\Delta f}}{f} + \frac{{\Delta \lambda }}{\lambda } = \frac{1}{{82,5}} + \frac{{10}}{{400}} = 0,037\\
= > \Delta v = 0,037.330 = 12m/s\\
= > v = 330 \pm 12m/s
\end{array}\)

Phương pháp giải:

Tốc độ truyền âm trong các môi trường: \({v_R} > {v_L} > {v_K}\)

Lời giải chi tiết:

Tốc độ truyền âm có giá trị lớn nhất trong nhôm.

Chọn A.

Phương pháp giải:

Phương pháp tính sai số và giá trị trung bình

Lời giải chi tiết:

Đáp án C

Theo bài ra ta có

\(\begin{array}{l}\overline v  = \lambda f = 75.440 = 33000cm/s = 330m/s\\\Delta v = \overline v \left( {\frac{{\Delta f}}{f} + \frac{{\Delta \lambda }}{\lambda }} \right) = 330\left( {\frac{{10}}{{440}} + \frac{1}{{75}}} \right) = 11,9cm/s\end{array}\)

Phương pháp giải:

Độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau khoảng d: \(\varphi  = \dfrac{{2\pi d}}{\lambda }\)

Tần số âm: \(f = \dfrac{v}{\lambda }\)

Lời giải chi tiết:

Hai điểm gần nhau nhất dao động ngược pha có:

\(\varphi  = \pi  \Rightarrow \pi  = \dfrac{{2\pi d}}{\lambda } \Rightarrow \lambda  = 2d\)

Tần số của âm là: \(f = \dfrac{v}{\lambda } = \dfrac{v}{{2d}}\)

Chọn B.

Lời giải chi tiết:

Chọn B    + Bước sóng của sóng \(\lambda  = \frac{v}{f} = 3\,\,cm.\)

Để điểm M là một điểm nằm giữa BC cùng pha với A thì \({{\rm{d}}_M} - {d_A} = k\lambda  \to {d_M} = 8 + 3k\,\,cm.\)

+ Với khoảng giá trị của \({{\rm{d}}_M}:25,5\,\,cm \le {d_M} \le 40,5\,\,cm\), kết hợp với chức năng Shift \( \to \) Solve của casio ta tìm được 5 vị trí cùng pha.

Lời giải chi tiết:

Chọn C

+ Ta có \(v = \lambda f \Rightarrow \overrightarrow v  = \overrightarrow {\lambda f}  = 330\,\,{m / s}.\)

\( \to \) Sai số tuyệt đối của phép đo \(\Delta v = \overrightarrow v \left( {\frac{{\Delta \lambda }}{{\overrightarrow \lambda  }} + \frac{{\Delta f}}{{\overrightarrow f }}} \right) = 11,9\,\,{m / s}.\)

\( \to \) Viết kết quả \(v = 330,0 \pm 11,9\,\,{{cm}/ s}.\)

Phương pháp giải:

Chiết suất của mọi môi trường trong suốt có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau, giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ và giá trị lớn nhất đối với ánh sáng tím.

Lời giải chi tiết:

Phát biểu đúng là: Chiết suất của môi trường đối với những ánh sáng có bước sóng ngắn thì lớn hơn.

Chọn C.

Phương pháp giải:

Vận tốc truyền âm trong các môi trường

Lời giải chi tiết:

Tốc độ truyền âm trong các môi trường là khác nhau, lớn nhất trong chất rắn, rồi đến chất lỏng và nhỏ nhất trong chất khí. Vì vậy với 1 âm có tần số xác đinh, vận tốc truyền âm nhanh nhất trong chất rắn.

Phương pháp giải:

+ Đọc đồ thị

+ Vận dụng lí thuyết về họa âm

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị, ta thấy chu kì của âm 2 lớn hơn âm 1 \( \to \) tần số của âm 1 lớn hơn âm 2 \( \to \) độ cao của âm 1 lớn hơn âm 2

Chọn A.

Phương pháp giải:

Cách ghi giá trị đo: Giá trị đo = giá trị trung bình  sai số

Công thức tính bước sóng:  λ = v/f

Vậy nên Δv = f.Δλ + λ.Δf

Lời giải chi tiết:

Giá trị trung bình của bước sóng là 77cm = 0,77m, của tần số là 440Hz.

Giá trị trung bình của vận tốc: v = λf = 0,77.440 = 338,8m/s ≈ 339m/s

Sai số của phép đo bước sóng và tần số lần lượt là 0,5cm = 0,005m và 10Hz

Sai số của vận tốc thu được là Δv = f.Δλ + λ.Δf = 440.0,005 + 0,77.10 = 9,9m/s  ≈10m/s

Vậy tốc độ truyền âm thu được trong thí nghiệm là: \((339\pm 10)m/s\)

Phương pháp giải:

+ Đọc đồ thị

+ Sử dụng vòng tròn lượng giác

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị, xác định các điểm B, C tại thời điểm \({t_1},{t_2}\) trên vòng tròn lượng giác, ta có:

Ta có: \(\Delta {\varphi _{C\left( {{t_1} \to {t_2}} \right)}} = \Delta {\varphi _{B\left( {{t_1} \to {t_2}} \right)}} = \alpha  = \omega .\Delta t\)

Từ vòng tròn lượng giác, ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}cos\alpha  = \dfrac{{10}}{A}\\cos\dfrac{\alpha }{2} = \dfrac{{10\sqrt 3 }}{A}\end{array} \right.\)

Từ đây ta suy ra \(cos\alpha  = \dfrac{1}{2} \Rightarrow \alpha  = {60^0} = \dfrac{\pi }{3}\)

\( \Rightarrow A = 20mm\)

Lại có: \(\alpha  = \omega .\Delta t \Rightarrow \omega  = \dfrac{\alpha }{{\Delta t}} = \dfrac{{\dfrac{\pi }{3}}}{{\dfrac{{0,05}}{6}}} = 40\pi \left( {rad/s} \right)\)

Tốc độ dao động cực đại của các phần tử dao động trên dây: \({v_{max}} = A\omega  = 20.40\pi  = 800\pi \left( {mm/s} \right) = 0,8\pi \left( {m/s} \right)\)

Chọn C

Phương pháp giải:

Áp dụng điều kiện cực tiểu giao thoa \({{d}_{2}}-{{d}_{1}}=\left( k+\frac{1}{2} \right)\lambda \)

Lời giải chi tiết:

Đáp án B

+ Để người này không nghe được âm thì \(N\) tương ứng là một cực tiểu giao thoa

→ \(AN-BN=\left( k+\frac{1}{2} \right)\lambda \)→ \(\lambda =\frac{AN-BN}{k+0,5}\).

+ Bước sóng lớn nhất ứng với \(k=0\)→ \(\lambda =\frac{AN-BN}{0,5}=\frac{2-1,625}{0,5}=0,75\)m