Giải SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8: Mô tả sóng

Khởi động SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 32): Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường gặp hay nghe đến nhiều loại sóng như: sóng nước, sóng âm, sóng vô tuyến, sóng biển, sóng địa chấn...Vậy sóng được hình thành như thế nào và có những đặc điểm gì?

- Sóng được hình thành nhờ 2 nguyên nhân đó là nguồn dao động từ bên ngoài tác dụng lên môi trường tại một điểm nào đó (gọi là nguồn sóng) và có lực liên kết giữa các phần tử của môi trường. Nhờ có lực liên kết giữa các phần tử (nước, không khí, …) mà các phân tử ở điểm A lân cận với nguồn dao động O sẽ dao động theo, đến lượt phần tử ở điểm lân cận B với điểm A sẽ dao động. Như vậy có sự truyền dao động từ điểm này sang điểm khác.

- Đặc điểm của sóng có dạng hình sin.

I. Thí nghiệm tạo sóng mặt nước

- Chuẩn bị:

+ Thiết bị tạo sóng mặt nước bằng kênh tạo sóng (Hình 8.1).

- Tiến hành:

+ Đặt một miếng xốp nhỏ C trên mặt nước. Khi quay đĩa D làm cho vật tạo sóng 0 dao động lên xuống, ta thấy mặt nước tại ô bị biến dạng thành những gợn sóng lan truyền đi xa. Khi gợn sóng lan truyền đến C thì miếng xốp dao động lên xuống.

+ Quan sát qua thành kênh, ta thấy mặt cắt của nước có dạng hình sin.

+ Ta nói đã có sóng hình sin truyền trên mặt nước. O là nguồn sóng nước là môi trường truyền sóng đường thẳng DC là phương truyền sóng. Những phần tử môi trường tham gia dao động tạo thành sóng

+ Hãy quan sát chuyển động của miếng xốp trong thí nghiệm Hình 8.1 và cho biết miếng xốp có chuyển động ra xa nguồn cùng với sóng không?

* Nhận xét:

- Miếng xốp không chuyển động ra xa nguồn cùng với sóng vì các phần tử môi trường chỉ dao động trong một phạm vi không gian rất hẹp, trong khi sóng truyền đi rất xa.

II. Giải thích sự tạo thành sóng

Câu hỏi SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 33): Trong đồ thị của sóng Hình 8.2d, các điểm nào trong các điểm M, N, P trên phương Ox dao động lệch pha $\frac{\pi }{2}$ ngược pha, đồng pha với nhau?

Trả lời:

- Từ đồ thị ta có thể thấy điểm M đang ở lõm sóng (tạm gọi là biên âm), điểm N đang ở VTCB, điểm P đang ở ngọn sóng (tạm gọi là biên dương).

- Nên 2 cặp điểm M và N, N và P dao động lệch pha $\frac{\pi }{2}$

- Còn điểm M và điểm P dao động ngược pha nhau.

III. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Hoạt động SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 35): Khi quan sát một hồ nước rộng, ta nhìn thấy có những gợn sóng lan truyền qua trước mặt. Hãy đề xuất cách đo các đại lượng đặc trưng của sóng, bước sóng, tốc độ truyền sóng trên mặt nước

Lời giải:

- Ta có thể đánh dấu 1 điểm trên mặt nước sau đó ta đếm số đỉnh sóng đi qua điểm đó (n) và dùng đồng hồ bấm giờ để xác định thời gian (t), từ đó ta xác định được chu kì sóng $T=\frac{t}{n-1}$ 

- Ta xác định khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp là 1 bước sóng

- Từ đó xác định tốc độ truyền sóng trên mặt nước là: $v=\frac{\lambda }{T}$

Câu hỏi 1 SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 35): Trên mặt hồ yên lặng, một người làm cho con thuyền dao động tạo ra sóng trên mặt nước. Thuyền thực hiện được 24 dao động trong 40s, mỗi dao động tạo ra một ngọn sóng cao 12 cm so với mặt hồ yên lặng và ngọn sóng tới bờ cách thuyền 10 m sau 5s. Với số liệu này, hãy xác định:

a) Chu kì dao động của thuyền.

b) Tốc độ lan truyền của sóng.

c) Bước sóng.

d) Biên độ sóng.

Trả lời:

a) Chu kì dao động của thuyền: $T=\frac{40}{24}\approx 1,67(s)$

b) Tốc độ lan truyền của sóng: $v=\frac{10}{5}=2(m/s)$

c) Bước sóng: $\lambda =\frac{v}{f}=vT=2.\frac{40}{24}\approx 3,3(m)$

d) Biên độ sóng: A = 12 cm

Câu hỏi 2 SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 35): Hình 8.4 là đồ thị (u - t) của một sóng âm trên màn hình của một dao động kí. Biết mỗi cạnh của ô vuông theo phương ngang trên hình tương ứng với 1 ms. Tính tần số của sóng.

Trả lời:

- Từ đồ thị ta thấy 1 chu kì sóng tương ứng với 3 ô vuông. Suy ra T = 3 ms

- Tần số: $f=\frac{1}{T}=\frac{1}{3.10^{-3}}=\frac{1000}{3}Hz$

Câu hỏi 3 SGK Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 8 (trang 35): Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, nếu ta thay đổi tần số dao động của nguồn sóng thì đại lượng nào sau đây không thay đổi?

A. Chu kì sóng.

B. Bước sóng.

C. Tần số sóng.

D. Tốc độ truyền sóng

Đáp án đúng D. Tốc độ truyền sóng

Tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào tính chất của môi trường như khối lượng riêng, nhiệt độ, độ đàn hồi của môi trường,... Nên khi thay đổi tần số dao động của nguồn sóng thì tốc độ truyền sóng không thay đổi.