Giải SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Mở đầu (trang 54) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Một sợi dây đàn hồi có một đầu cố định. Làm cho đầu tự do của dây dao động thì có những lúc ta thấy trên dây xuất hiện những điểm đứng yên. Những điểm đứng yên này có giống với những điểm đứng yên trong hiện tượng giao thoa của sóng nước không? Vì sao dao động tại những điểm đó lại triệt tiêu nếu chỉ nhận sóng từ đầu dao động truyền đến?

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Trả lời:

- Những điểm đứng yên này giống với những điểm đứng yên trong hiện tượng giao thoa của sóng nước.

- Tại những điểm dao động tại đó bị triệt tiêu là do sóng tới và sóng phản xạ tại điểm đó ngược pha với nhau.

I. Hiện tượng sóng dừng trên dây

Luyện tập 1 (trang 55) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Hãy chỉ ra các nút sóng và các bụng sóng trên các Hình 4.1 và 4.2.

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Lời giải:

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Câu hỏi 1 (trang 55) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Tiến hành thí nghiệm tạo sóng dừng trên dây và lập bảng ghi kết quả vào vở như Bảng 4.1.

Trả lời:

- Tần số sóng trên dây càng lớn, số bụng sóng càng nhiều. Số bụng sóng tỉ lệ với tần số sóng.

II. Giải thích sự tạo thành sóng dừng

Câu hỏi 2 (trang 56) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Hãy chỉ ra vị trí các nút sóng trên Hình 4.4. Xác định khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp.

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Trả lời:

- Vị trí các nút là những điểm không dao động.

- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp bằng nửa bước sóng.

Câu hỏi 3 (trang 56) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Hãy chỉ ra vị trí các bụng sóng trên Hình 4.4. So sánh biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng với biên độ của sóng tới.

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Trả lời:

- Bụng sóng là những điểm dao động với biên độ cực đại.

- Biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng lớn hơn biên độ của sóng tới. Điều đó chứng tỏ tại điểm đó, sóng tới và sóng phản xạ cùng pha, làm tăng cường sóng.

Câu hỏi 4 (trang 56) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Có thể nói sóng dừng trên dây là hiện tượng giao thoa sóng được không? Nếu có thì đây là giao thoa của những sóng nào?

Trả lời:

Có thể nói sóng dừng trên dây là một hiện tượng của giao thoa sóng. 

Giao thoa sóng của hai sóng đối pha và cùng tần số trên cùng một dây.

Luyện tập 2 (trang 57) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Kiểm tra lại công thức (4.4) với kết quả của Bảng 4.1 thu được trong thí nghiệm quan sát sóng dừng trên dây đã thực hiện.

Lời giải:

Xác định bước sóng λ: λ=uf\lambda =\frac{u}{f}.

Tính thương số Lλ2=2Lλ\frac{L}{\frac{\lambda }{2}}=\frac{2L}{\lambda } nếu kết quả là một số nguyên thì công thức (4.4) đúng với thí nghiệm này.

III. Đo tốc độ truyền âm

Câu hỏi 5 (trang 57) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Từ công thức tính tốc độ sóng, hãy chỉ ra các đại lượng cần xác định khi muốn đo tốc độ truyền âm trong không khí.

Trả lời:

Từ công thức tính tốc độ sóng: v = λf, ta thấy để đo tốc độ truyền âm trong không khí cần xác định được tần số của sóng âm f, bước sóng của sóng âm λ.

- Xác định tần số f bằng máy phát âm tần.

- Xác định bước sóng thông qua công thức: l=kλ2λ=2lkl=k\frac{\lambda }{2}\Rightarrow \lambda =\frac{2l}{k} với chiều dài sợi dây và số bụng sóng xác định được.

Câu hỏi 6 (trang 57) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Đề xuất phương án ứng dụng hiện tượng sóng dùng để đo tốc độ truyền âm trong không khí:

- Vì sao một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển được? Tìm phương án giúp thay đổi độ dài của cột khí trong ống.

- Vì sao cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất?

- Nêu cách tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng

Trả lời:

- Để tạo ra hiện tượng cộng hưởng và giao thoa, ta cần di chuyển một đầu của ống. Điều này có thể được thực hiện bằng cách thay đổi độ dài của ống bằng cách di chuyển một đầu của ống. Việc di chuyển đầu ống này sẽ thay đổi độ dài của cột khí trong ống.

- Cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất để xác định vị trí các nút sóng và cung cấp thông tin về bước sóng của sóng âm.

- Công thức tính bước sóng của sóng âm là λ=2Ln\lambda =\frac{2L}{n} trong đó λ là bước sóng của sóng âm, L là độ dài cột khí trong ống, n là số nút sóng trên ống cộng hưởng.

Câu hỏi 7 (trang 58) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi kết quả như mẫu Bảng 4.2. Tính sai số của phép đo

Lí 11 Cánh diều Bài 4: Sóng dừng

Trả lời:

Tính sai số Δ𝑑.

Khi đó, do bước sóng được tính theo công thức λ=2d nên Δ𝜆 = 2Δ𝑑.

Tốc độ truyền sóng v=λfv=\lambda f

Suy ra: δv = δλ + δf

Tính Δv=vˉ.δv\Delta v=\bar{v}.\delta v

Vận dụng (trang 58) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 4: Vì sao ở thí nghiệm tạo sóng dừng trong ống cộng hưởng nếu một đầu ống để hở thì khi có sóng dừng, ta có thể nghe được âm rất to tại đầu ống đó?

Lời giải:

Vì tại đầu hở đó là 1 bụng sóng, mà biên độ tại bụng là lớn nhất nên ta có thể nghe được âm rất to tại đầu ống đó.