Giải SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: Mô tả sóng

Mở đầu (trang 36) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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?

Trả lời:

- Sóng được tạo ra và lan truyền trong môi trường do nguồn dao động từ bên ngoài tác dụng lên môi trường và do có lực liên kết giữa các phần tử của môi trường.

I. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Câu hỏi 1 (trang 37) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: Lấy một ví dụ về sóng.

Trả lời:

- Sóng trên sợi dây dàn ghita khi người nghệ sỹ gẩy đàn

Luyện tập 1 (trang 37) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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.

Câu hỏi 2 (trang 38) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: Chứng tỏ rằng từ định nghĩa về bước sóng, tốc độ sóng, tần số sóng, có thể rút ra công thức (1.2).

Trả lời:

Bước sóng 𝜆 là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kì sóng T.

Tốc độ của sóng v là tốc độ lan truyền của sóng trong không gian.

Do đó: $v=\frac{\lambda }{T}(1)$

Tần số sóng f là số dao động mà mỗi điểm sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian

$f=\frac{1}{T}(2)$

Từ (1)(2) suy ra

𝑣 = 𝜆𝑓 (đpcm).

Luyện tập 2 (trang 38) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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:

Câu hỏi 3 (trang 39) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: Lấy ví dụ chứng tỏ sóng truyền năng lượng.

Trả lời:

- Khi một người nói chuyện, cơ quan phát âm của họ tạo ra sóng âm, tạo ra các áp suất khác nhau trong không khí.

Luyện tập 3 (trang 39) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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:

Cường độ sóng I tỉ lệ với bình phương của biên độ sóng A.

𝐼=𝑘𝐴² (với k là hằng số).

Tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa, cường độ sóng là: $I'=k(\frac{A}{2})^{2}=\frac{1}{4}kA^{2}=\frac{I}{4}$

Vậy cường độ sóng giảm đi 4 lần tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa.

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

Câu hỏi 4 (trang 40) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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.

Trả lời:

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

Tại $t=\frac{T}{4}$: 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) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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.

Trả lời:

- Ở thời điểm $t=\frac{T}{4}$ phần tử số 6 đang đứng yên.

- Ở thời điểm $t=\frac{5T}{4}$ phần tử số 12 đang ở vị trí biên âm, đang chuyển động hướng lên, về vị trí cân bằng.

- Ở thời điểm $t=\frac{6T}{4}$ phần tử số 18 đang ở vị trí cân bằng, đang chuyển động hướng xuống đến vị trí biên âm.

Tốc độ của phần tử môi trường đang dao động là tốc độ dao động của mỗi phần tử, phụ thuộc vào biên độ dao động và tần số dao động, khác với tốc độ lan truyền sóng chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng.

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

Vận dụng 1 (trang 41) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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.

Vận dụng 2 (trang 42) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 1: 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: