Giải bài tập vật lí lớp 11 chân trời sáng tạo Bài 6 Các đặc trưng vật lí của sóng

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Động đất cùng những dịch chuyển địa chất lớn ở mặt nước hoặc dưới mặt nước sẽ sinh ra những đợt sóng lớn và đột ngột. Đó là hiện tượng sóng thần (Hình 6.1). Sóng thần có thể gây ra những thiệt hại đáng kể về người và vật chất. Để thực hiện những mô phỏng, dự báo chính xác nhất về sóng thần, ta cần có những kiến thức vật lí nào liên quan đến hiện tượng sóng?

1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

Câu hỏi 1: Quan sát Hình 6.2, thực hiện các yêu cầu sau:

a) Cho biết sóng truyền trên dây là sóng dọc hay sóng ngang.

b) Mô tả chuyển động của từng điểm trên dây.

Câu hỏi 2: Quan sát Hình 6.3, hãy:

a) Chỉ ra những điểm trên dây đang có trạng thái dao động giống nhau tại thời điểm đang xét.

b) So sánh trạng thái dao động của điểm D với trạng thái dao động của nguồn 0 khi $t\geq T$.

Câu hỏi 3: Tốc độ truyền sóng trong môi trường nhanh hay chậm có phụ thuộc tốc độ dao động tại chỗ của các phần tử môi trường không?

Câu hỏi 4: Từ ví dụ về tốc độ truyền sóng âm trong các môi trường rắn, lỏng và khí, hãy rút ra nhận xét và giải thích sự khác nhau này.

Luyện tập: Một bạn học sinh đang câu cá trên hồ nước. Khi có sóng đi qua, bạn quan sát thấy phao cầu cá nhỏ lên cao 6 lần trong 4 s. Biết tốc độ truyền sóng là 0,5 m/s. Tính khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp.

Luyện tập 2: Biết cường độ ánh sáng của Mặt Trời đo được tại Trái Đất là $1,37.10^{3} W/m^{2}$ và khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất là $1,50.10^{11}$ m. Hãy tính công suất bức xạ sóng ánh sáng của Mặt Trời.

2. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG

Câu hỏi 5: Từ phương trình (6.6), xác định khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha và khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động ngược pha (theo bước sóng).

Câu hỏi 6: Quan sát Hình 6.3, xác định độ lệch pha của hai điểm A và B trên cùng phương truyền sóng vào thời điểm $t = \frac{7T}{4}$

Luyện tập: Giải thích vì sao ở Hình 6.6a, đường biểu diễn có một đoạn nằm ngang sau vị trí có toạ độ x₁ và ở Hình 6.6b, đường biểu diễn có một đoạn nằm ngang trước thời điểm t₁.

Vận dụng: Đề xuất phương án thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm đơn giản để tạo ra sóng truyền trên một sợi dây và xác định các đại lượng đặc trưng của sóng như chu kì, tần số.

BÀI TẬP

Bài 1: Khi đi biển, các thuỷ thủ trên thuyền có thể sử dụng kĩ thuật sonar (một kĩ thuật phát ra sóng siêu âm) dùng để định vị hay điều hướng thuyền nhằm tránh các tảng đá ngầm hoặc phát hiện đàn cá (Hình 6P.1). Trong tự nhiên, nhiều loài động vật như dơi, cá heo cũng có thể phát ra sóng siêu âm để di chuyển và định vị con mồi. Kĩ thuật sonar sử dụng tính chất nào của sóng? Theo em, sóng siêu âm do các tàu thuyền phát ra có ảnh hưởng như thế nào đối với loài cá heo và cá voi?

Bài 2: Hai điểm gần nhất trên cùng phương truyền sóng dao động lệch pha nhau một góc $\frac{\pi}{2}$ cách nhau 60 cm. Biết tốc độ truyền sóng là 330 m/s. Tìm độ lệch pha:

a) giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng, cách nhau 360 cm tại cùng một thời điểm.
b) tại cùng một điểm trên phương truyền sóng sau một khoảng thời gian là 0,1 s.

Bài 3: Một sóng truyền trên một dây rất dài có phương trình: