Phương Pháp Học Nhanh Vật Lý THPT Quốc Gia
CHỦ ĐỀ 10 SÓNG DỪNG
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Phản xạ sóng:
- Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ cùng tần số, cùng bước sóng và luôn luôn ngược pha với sóng tới.
- Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ cùng tần số, cùng bước sóng và luôn luôn cùng pha với sóng tới.
2. Hiện tượng tạo ra sóng dừng.
Sóng tới và sóng phản xạ truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo ra một hệ sóng dừng. Trong sóng dừng có một số điểm luôn luôn đứng yên gọi là nút, và một số điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng.
3. Đặc điểm của sóng dừng:
- Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. Đầu tự do là bụng sóng.
- Khoảng cách hai điểm nút hoặc hai điểm bụng gần nhau nhất là:
- Khoảng cách giữa điểm bụng và điểm nút gần nhau nhất là:
- Nếu sóng tới và sóng phản xạ có biên độ A (bằng biên độ của nguồn) thì biên độ dao động tại điểm bụng là 2A, bề rộng của bụng sóng là 4A.
- Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là
- Vị trí các điểm dao động cùng pha, ngược pha:
+ Các điểm đối xứng qua một bụng thì cùng pha (đối xứng với nhau qua đường thẳng đi qua bụng sóng và vuông góc với phương truyền sóng). Các điểm đối xứng với nhau qua một nút thì dao động ngược pha.
+ Các điểm thuộc cùng một bó sóng (khoảng giữa hai nút liên tiếp) thì dao động cùng pha vì tại đó phương trình biên độ không đổi dấu. Các điểm nằm ở hai phía của một nút thì dao động ngược pha vì tại đó phương trình biên độ đổi dấu khi qua nút.
→ Các điểm trên sợi dây đàn hồi khi có sóng dừng ổn định chỉ có thể cùng hoặc ngược pha.
Hình vẽ
- M, P đối xứng qua bụng B nên cùng pha dao động. Dễ thấy phương trình biên độ của M và P cùng dấu. Suy ra, M và P dao động cùng pha.
- M, Q đối xứng qua nút N nên ngược pha dao động. Dễ thấy phương trình biên độ của M và Q ngược dấu nhau. Suy ra, M và Q dao động ngược pha.
4. Điều kiện để có sóng dừng:
a) Trường hợp hai đầu dây cố định (nút): ;
* số bó sóng = số bụng sóng = k
* số nút sóng =
Trường hợp tần số do dây đàn phát ra (hai đầu cố định):
Ứng với:
phát ra âm cơ bản có tần số
có các họa âm bậc 2 (tần số ), bậc 3 (tần số )
Vậy: Tần số trên dây hai đầu cố định tỉ lệ với các số nguyên liên tiếp: 1, 2, 3,…
b) Trường hợp một đầu là nút, một đầu là bụng:
* số bó sóng = k
* số bụng sóng = số nút sóng =
Trường hợp tần số do ống sáo phát ra (một đầu kín, một đầu hở):
Ứng với:
âm phát ra âm cơ bản có tần số
có các họa âm bậc 3 (tần số ), bậc 5 (tần số )…
Vậy: Tần số trên dây 1 đầu cố định tỉ lệ với các số nguyên lẻ liên tiếp: 1, 3, 5,…
5. Biên độ tại một điểm trong sóng dừng
* Với x là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ:
* Với x là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ:
* Các điểm có cùng biên độ (không kể điểm bụng và điển nút) cách đều nhau một khoảng . Nếu A là biên độ sóng ở nguồn thì biên độ dao động tại các điểm này sẽ là
6. Vận tốc truyền sóng trên dây:
Phụ thuộc vào lực căng dây F và mật độ khối lượng trên một đơn vị chiều dài . Ta có:
với
CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH
Ví dụ 1: Thực hiện thí nghiệm sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định có chiều dài 90cm. Tần số của nguồn sóng là 10Hz thì thấy trên dây có 2 bụng sóng. Xác định vận tốc truyền sóng trên dây:
A. 9m/s B. 8m/s C. 4,5m/s D. 90cm/s
Giải
Sóng
nguon VI OLET
