Vật lí 12 Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ được Trường Cao đẳng nghề Thừa Thiên Huế biên soạn hy vọng sẽ là là tài liệu hữu ích giúp các em nắm vững kiến thức bài học và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp.
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 7
I) Sóng cơ
– Khái niệm: sóng cơ là sự lan truyền truyền dao động cơ (năng lượng, trạng thái dao động) trong một môi trường.
Sóng cơ không làm lan truyền phân tử vật chất của môi trường.
Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không.
– VD: khi ném một hòn đá xuống mặt nước đang yên ả, trên mặt nước sẽ xuất hiện những gợn tròn lan rộn dần ra đó chính là sóng cơ.
– Phân loại: có 2 loại sóng là sóng dọc và sóng ngang.
So sánh giữa sóng dọc và sóng ngang
| Sóng ngang | Sóng dọc |
| Các phân tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
Sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn và trên bề mặt chất lỏng. |
Các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.
Sóng dọc truyền trong môi trường rắn lỏng khí. |
| VD: sóng trên mặt nước.
|
VD: Kéo dãn lò xo dọc theo phương của nó rôi thả tay.
|
II) Các đặc trưng của một sóng hình sin
Với sóng hình sin: các phần tử môi trường sẽ dao động điều hòa.
– Biên độ A của sóng: là biên độ dao động của một phần tử môi trường có sóng truyền qua.
– Chu kỳ T của sóng: là chu kỳ dao đông của một phần tử môi trường có sóng truyền qua. (tính tuần hoàn về thời gian).
– Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.
– Bước sóng λ: là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ: 
( tính tuần hoàn về không gian).
Sau một chu kỳ pha dao động lại bằng nhau, nên hai phân tử cách nhau một bước sóng thì đồng pha với nhau.
– Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua.
III) Phương trình sóng
* Xét một sóng hình sin đang lan truyền trong một môi trường theo trục Ox, sóng này phát ra từ gốc tọa độ O với phương trình dao động là uO = A cos(ωt + φ)
Để sóng truyền được đến M cách O một khoảng x cần 1 khoảng thời gian là ∆t = x/v
Do đó M bắt đâu dao động muộn hơn O một khoảng ∆t. Vì thế phương trình dao động của M là:
Phương trình trên được gọi là phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục Ox, cho biết li độ u của một phân tử M có tọa độ x tại thời điểm t. Phương trình là một hàm tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ là T, tuần hoàn theo không gian với chu kỳ là λ
Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 7
Bài 1 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Sóng cơ là gì?
Lời giải:
Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.
Từ định nghĩa trên ta có thể rút ra một số nhận xét sau:
+ Sóng cơ học là sự lan truyền dao động, lan truyền năng lượng, lan truyền pha dao động (trạng thái dao động) chứ không phải quá trình lan truyển vật chất (các phần tử sóng). Các phần tử vật chất đứng tại chỗ dao động.
+ Sóng cơ lan truyền trong môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí) nên không truyền trong chân không. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất, nhiệt độ của môi trường.
Bài 2 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Thế nào là sóng ngang? Thế nào là sóng dọc?
Lời giải:
Dựa vào phương dao động của các phần tử và phương lan truyền của sóng người ta phân sóng thành hai loại là sóng dọc và sóng ngang.
+ Sóng dọc: Là sóng trong đó các phần tử vật chất của môi trường dao đông theo phương trùng với phương truyền sóng.
Sóng dọc có khả năng lan truyền trong cả 3 trạng thái của môi trường vật chất là rắn, lỏng, khí.
VD. Sóng âm khi truyền trong không khí hay trong chất lỏng là sóng dọc.
+ Sóng ngang: Là sóng trong đó các phần tử vật chất của môi trường dao đông theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
Sóng ngang chỉ có thể lan truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng, sóng ngang không lan truyền được trong chất lỏng và chất khí.
VD. Sóng truyền trên mặt nước là sóng ngang.
Bài 3 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Bước sóng là gì?
Lời giải:
Bước sóng λ là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.
λ = v.T = v/f (m)
Hai phần tủ cách nhau một bước song thì dao động đồng pha với nhau.
Bài 4 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Viết phương trình sóng.
Lời giải:
Phương trình sóng trên trục Ox.
Nguồn sóng tại gốc tọa độ O có phương trình dao động: uo = a.cos(ωt + φ)
– Phương trình sóng truyền theo chiều dương trục Ox đến điểm M có tọa độ x là:
uM = acos(ωt + φ – 2πx/λ)
– Phương trình sóng truyền theo chiều âm trục Ox đến điểm N có tọa độ x là:
uN = acos(ωt + φ + 2πx/λ)
Bài 5 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Tại sao ta nói sóng vừa có tính tuần hoàn theo thời gian, vừa có tính tuần hoàn theo không gian?
Lời giải:
Phương trình sóng tại điểm M có dạng:
Ta thấy cứ sau mỗi chu kì T thì dao động tại một điểm trên trục x lại lặp lại giống như trước. Và cứ cách nhau một bước sóng λ trên trục x thì dao động tại các điểm lại giống hệt nhau (tức đồng pha với nhau). Vì vậy ta nói sóng vừa có tính tuần hoàn theo thời gian, vừa có tính tuần hoàn theo không gian.
Bài 6 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Sóng cơ là gì ?
A. Là dao động lan truyền trong một môi trường.
B. Là dao động của mọi điểm trong một môi trường.
C. Là một dạng chuyển động đặc biệt của môi trường.
D. Là sự truyền chuyển động của các phần tử trong một môi trường.
Lời giải:
Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.
Chọn đáp án A
Bài 8 (trang 40 SGK Vật Lý 12)
Trong thí nghiệm ở hình 7.1, cần rung dao động với tần số 50 Hz. Ở một thời điểm t, người ta đo được đường kính 5 gợn sóng hình tròn liên tiếp lần lượt bằng 12,4; 14,3; 16,35; 18,3 và 20,45cm. Tính tốc độ truyền sóng.
Lời giải:
Gọi khoảng cách từ O đến gợn sóng thứ nhất là OM, khoảng cách từ O đến gợn sóng thứ 5 là OS.
Ta có:
OM = 12,4/2 = 6,2 (cm) =0,062 (m)
OS = 20,45/2 = 10,255 (cm) = 0,10255 (m)
Khoảng cách giữa 5 gợn sóng liên tiếp là 4λ.
⇒ 4λ = OS – OM = 0,10255 – 0,062 = 0,04055
⇒ λ ≈ 0,01(m)
Tốc độ truyền sóng được tính theo công thức:
v = λ.f
⇒ v = 0,01.50 = 0,5(m/s)
Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 7 có đáp án
Bài 1: Một sóng truyền trên mặt biển có bước sóng 2 m. Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha nhau là:
A. 1,5 m.
B. 2 m.
C. 1 m.
D. 0,5 m.
Lời giải
– Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha là bằng một bước sóng.
Chọn đáp án B
Bài 2: Một sóng cơ lan truyền trong một môi trường với tốc độ 1 m/s và tần số 10 Hz, biên độ sóng không đổi là 4 cm. Khi phần tử vật chất nhất định của môi trường đi được quãng đường S thì sóng truyền thêm được quãng đường 25 cm. Giá trị S bằng:
A. 24 cm.
B. 25 cm.
C. 56 cm.
D. 40 cm.
Lời giải
– Ta có:
– Khi một phần tử đi được 1A thì sóng truyền được quãng đường là λ/4 = 2,5 cm
– Vậy khi sóng truyền thêm được quãng đường 25 cm thì phần tử đi được quãng đường:
S = 10A = 40 cm.
Chọn đáp án D
Bài 3: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về sóng cơ học:
A. Sóng âm truyền được trong chân không.
B. Sóng dọc là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng.
C. Sóng dọc là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng.
D. Sóng ngang là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng.
Lời giải
+ Sóng âm không truyền được trong chân không.
+ Sóng dọc là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng.
+ Sóng ngang là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng.
⇒ C đúng.
Chọn đáp án C
Bài 4: Sóng cơ lan truyền trên mặt nước dọc theo chiều dương của trục Ox với bước sóng λ, tốc độ truyền sóng là v và biên độ a gắn với trục tọa độ như hình vẽ. Tại thời điểm t1 sóng có dạng nét liền và tại thời điểm t2 sóng có dạng nét đứt. Biết AB = BD và vận tốc dao động của điểm C là vC = -0,5πv. Tính góc OCA.
A. 106,1°.
B. 107,3°.
C. 108,4°.
D. 109,9°.
Lời giải
– Từ đồ thị, ta thấy rằng điểm C đang đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm:
+ OD = 0,25λ = a.
+ Tại thời điểm t2 khi C đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm thì D cũng đi qua vị trí có li độ bằng một nửa biên độ theo chiều âm → D và C lệch pha nhau một góc 30°.
Chọn đáp án C
Bài 5: Sóng cơ có tần số 80 Hz lan truyền trong một môi trường với tốc độ 4 m/s. Dao động của các phần tử vật chất tại hai điểm trên một phương truyền sóng cách nguồn sóng những đoạn lần lượt 31 cm và 33,5 cm, lệch pha nhau góc:
A. π/2.
B. π.
C. 2π.
D. π/3.
Lời giải
– Ta có:
– Độ lệch pha dao động của 2 điểm đó là:
Chọn đáp án B
Bài 6: Một sóng cơ học lan truyền dọc theo một đường thẳng với biên độ không đổi, phương trình sóng tại nguồn O là u = Acos2πt/T. Một điểm M cách nguồn O bằng 7/6 bước sóng ở thời điểm t = 1,5T có li độ –3 (cm). Biên độ sóng A là:
A. 6 (cm).
B. 5 (cm).
C. 4 (cm).
D. 3√3 (cm).
Lời giải
– Phương trình sóng tại M là:
– Khi t = 1,5T thì xM = -3 cm
Chọn đáp án A
Bài 7: Hai điểm M và N nằm trên cùng một phương truyền sóng có phương trình dao động lần lượt là uM = 4cosωt (cm) và uN = 4sinωt (cm). Khoảng cách MN bằng một số
A. nguyên lần bước sóng.
B. bán nguyên lần bước sóng.
C. nguyên lần nửa bước sóng.
D. bán nguyên lần nửa bước sóng.
Lời giải
– Ta có:
⇒ Khoảng cách MN bằng một số bán nguyên lần nửa bước sóng.
Chọn đáp án D
Bài 8: Khi nói về sóng cơ, phát biểu nào sau đây sai?
A. Sóng cơ lan truyền không mang năng lượng.
B. Sóng cơ lan truyền được trong chất rắn.
C. Sóng cơ lan truyền được trong chất khí.
D. Sóng cơ lan truyền được trong chất lỏng.
Lời giải
– Sóng cơ lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và mang năng lượng.
Chọn đáp án A
Bài 9: Sóng lan truyền từ nguồn O dọc theo một đường thẳng với biên độ không đổi. Ở thời điểm t = 0, điểm O đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Một điểm cách nguồn một khoảng bằng 1/4 bước sóng có li độ 5 cm ở thời điểm 1/2 chu kì. Biên độ của sóng là:
Lời giải
– Điểm cách nguồn (1/4)λ:
⇒ 2 điểm dao động vuông pha nhau.
– Phương trình của O là:
– Phương trình tại điểm M là:
– Tại T/2 thì:
Chọn đáp án D
Bài 10: Một sóng hình sin lan truyền trên trục Ox. Trên phương truyền sóng, khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm mà các phần tử môi trường tại hai điểm đó dao động ngược pha nhau là 0,4 m. Bước sóng của sóng này là:
A. 0,4 cm.
B. 0,8 cm.
C. 0,8 m.
D. 0,4 m.
Lời giải
– Khoảng cách ngắn nhất giữa hai phần tử dao động ngược pha là:
Chọn đáp án C
Bài 11: Một sóng cơ tần số 25 Hz truyền dọc theo trục Ox với tốc độ 100 cm/s. Hai điểm gần nhau nhất trên trục Ox mà các phần tử sóng tại đó dao động ngược pha nhau, cách nhau:
A. 2 cm.
B. 3 cm.
C. 4 cm.
D. 1 cm.
Lời giải
+ Hai điểm gần nhau nhất dao động ngược pha ứng với khoảng cách :
Chọn đáp án A
Bài 12: Trên mặt nước ba nguồn sóng u1 = 2acosωt, u2 = 3acosωt, u3 = 4acosωt đặt tại A, B và C sao cho tam giác ABC vuông cân tại C và AB = 12 cm. Biết biên độ sóng không đổi và bước sóng lan truyền 2 cm. Điểm M trên đoạn CO (O là trung điểm AB) cách O một đoạn ngắn nhất bằng bao nhiêu thì nó dao động với biên độ 9a.
A. 1,1 cm.
B. 0,93 cm
C. 1,75 cm.
D. 0,57 cm.
Lời giải
– Ta có sóng do hai nguồn AB gởi tới M luôn cùng pha → phương trình sóng tổng hợp AB đến M có dạng:
– Sóng do C gởi đến M:
→ Biên độ dao động tổng hợp tại M được xác định bởi:
– Để M gần O nhất thì k = 0 → d – d’ = 1.
Chọn đáp án B
Bài 13: Một sóng cơ học lan truyền trên một sợi dây đàn hồi rất dài. Quan sát tại 2 điểm M và N trên dây cho thấy, khi điểm M ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất thì điểm N qua vị trí cân bằng và ngược lại khi N ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất thì điểm M qua vị trí cân bằng. Độ lệch pha giữa hai điểm đó là:
A. số nguyên 2π.
B. số lẻ lần π.
C. số lẻ lần π/2.
D. số nguyên lần π/2.
Lời giải
– Vì khi M ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất thì N ở vị trí cân bằng nên dao động tại hai điểm này là vuông pha với nhau.
→ Độ lệch pha giữa hai điểm đó là số lẻ lần π/2
Chọn đáp án C
Bài 14: Một sóng cơ lan truyền trong một môi trường với tốc độ 1 m/s và tần số 10 Hz, biên độ sóng không đổi là 4 cm. Khi phần tử vật chất nhất định của môi trường đi được quãng đường 8 cm thì sóng truyền thêm được quãng đường:
A. 4 cm.
B. 10 cm.
C. 8 cm.
D. 5 cm.
Lời giải
– Giả sử đó là điểm M có biên độ dao động cực đại thì M đi được quãng đường 8 cm = 2A. Tức là M đi từ vị trí cực đại đến vị trí cực tiểu.
⇒ Quãng đường sóng truyền thêm được là: 
Chọn đáp án D
Bài 15: Sóng ngang (cơ học) truyền được trong các môi trường:
A. chất rắn và bề mặt chất lỏng.
B. chất khí và trong lòng chất rắn.
C. chất rắn và trong lòng chất lỏng.
D. chất khí và bề mặt chất rắn.
Lời giải
– Sóng ngang (cơ học) truyền được trong môi trường chất rắn và bề mặt chất lỏng.
Chọn đáp án A
Bài 16: Một sóng cơ truyền theo tia Ox trên một sợi dây đàn hồi rất dài với chu kì 6 s. Hình vẽ bên là hình ảnh sợi dây ở các thời điểm t0 và t1. Nếu d1/d2 = 5/7 thì tốc độ của điểm M ở thời điểm t2 = t1 + 4,25 s là:
Lời giải
– Ta có:
→ độ lệch pha giữa 2 điểm ở d1 và d2 là:
– 2 điểm ở t0 và t1 có cùng li độ đối xứng qua trục hoành:
– Từ t1 M đi góc φ = 4,25.π/3 = 17π/12 rad = 255° đến t2 (hình vẽ):
Chọn đáp án D
Bài 17: Một sóng cơ lan truyền từ M đến N với bước sóng 8 cm, biên độ 4 cm, tần số 2 Hz, khoảng cách MN = 2 cm. Tại thời điểm t phần tử vật chất tại M có li độ 2 cm và đang giảm thì phần tử vật chất tại N có:
A. li độ 2√3 cm và đang giảm.
B. li độ 2 cm và đang giảm.
C. li độ 2√3 cm và đang tăng.
D. li độ -2√3 cm và đang tăng.
Lời giải
– M nhanh pha hơn N góc: 
: vuông pha nhau.
– Ta có:
+ xM = 2 cm đang giảm → xN = 2√3 cm và đang tăng.
Chọn đáp án C
Bài 18: Sóng cơ học truyền trong môi trường vật chất đồng nhất qua điểm A rồi đến điểm B thì:
A. chu kì dao động tại A khác chu kì dao động tại B.
B. dao động tại A trễ pha hơn tại B.
C. biên độ dao động tại A lớn hơn tại B.
D. tốc độ truyền sóng tại A lớn hơn tại B.
Lời giải
– Năng lượng giảm nên suy ra biên độ cũng giảm theo hay biên độ dao động tại A lớn hơn biên độ dao động tại B.
Chọn đáp án C
Bài 19: Một sóng cơ lan truyền trong một môi trường với tốc độ 1 m/s và tần số 10 Hz, biên độ sóng không đổi là 4 cm. Khi phần tử vật chất nhất định của môi trường đi được quãng đường S thì sóng truyền thêm được quãng đường 35 cm. Giá trị S bằng:
A. 24 cm.
B. 25 cm.
C. 56 cm.
D. 35 cm.
Lời giải
– Ta có :
– Quảng đường truyền sóng :
– Quảng đường dao động:
Chọn đáp án C
Bài 20: Một sóng ngang tần số 50 Hz truyền theo phương Ox, với tốc độ truyền sóng là 4 m/s. Bước sóng của sóng trên là:
A. 4 cm.
B. 12,5 cm.
C. 8 cm.
D. 200 cm.
Lời giải
Chọn đáp án C
Bài 21: Lúc t = 0 đầu O của dây cao su căng thẳng nằm ngang bắt đầu dao động đi lên với chu kì 2 s, tạo thành sóng ngang lan truyền trên dây. Hai điểm dao động gần nhau nhất trên dây dao động cùng pha cách nhau 6 cm. Tại điểm M trên dây cách O 1,5 cm thì thời điểm đầu tiên để M lên đến điểm cao nhất là:
A. 1,5 s.
B. 1 s.
C. 0,25 s.
D. 3 s.
Lời giải
– Lúc t = 0 đầu O bắt đầu dao động đi lên thì tại điểm M vẫn chưa dao động.
– Vậy muốn M đến vị trí cao nhất thì sóng phải truyền từ O → M rồi sau đó mới truyền từ M → vị trí cao nhất:
Chọn đáp án B
Bài 22: Trên một phương truyền sóng có hai điểm M và N cách nhau 80 cm. Sóng truyền theo chiều từ M đến N với bước sóng là 1,6 m. Coi biên độ của sóng không đổi trong quá trình truyền sóng, Biết phương trình sóng tại N là uN = 0,08 cos0,5π(t – 4) (m) thì phương trình sóng tại M là:
A. uM = 0,08cos 0,5π(t + 4) (m).
B. uM = 0,08cos 0,5π(t + 0,5) (m).
C. uM = 0,08cos0,5π(t – 1) (m).
D. uM = 0,08cos0,5π(t – 2) (m).
Lời giải
– Do sóng truyền theo chiều từ M đến N nên :
Chọn đáp án D
Bài 23: Một sóng hình sin đang lan truyền trong một môi trường. Các phần tử môi trường ở hai điểm nằm trên cùng một hướng truyền sóng và cách nhau một phần sáu bước sóng thì dao động lệch pha nhau:
A. π/12.
B. π/3.
C. π/6.
D. π/4.
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 24: Một sóng cơ học lan truyền dọc theo một đường thẳng với biên độ sóng không đổi có phương trình sóng tại nguồn O là: u = A.cos(ωt – π/2) (cm). Một điểm M cách nguồn O bằng 1/3 bước sóng, ở thời điểm t = π/ω có li độ √3 (cm). Biên độ A là:
A. 2 (cm).
B. 2√3 (cm).
C. 4 (cm).
D. √3 (cm).
Lời giải
– Ta có :
Chọn đáp án A
Bài 25: Một sóng cơ truyền dọc theo trục Ox có phương trình u = Acos(20πt – πx) (cm), với t tính bằng s. Tần số của sóng này bằng:
A. 15 Hz.
B. 10 Hz.
C. 5 Hz.
D. 20 Hz.
Lời giải
Chọn đáp án B
Bài 26: Một sóng hình sin truyền theo trục x có phương trình là u = 6cos(4πt – 0,02πx) (cm, s), trong đó u và x tính bằng cm, t tính giây. Sóng này có bước sóng là:
A. 200 cm.
B. 100 cm.
C. 150 cm.
D. 50 cm.
Lời giải
– Độ lệch pha:
Chọn đáp án B
Bài 27: Một sóng cơ truyền dọc theo trục Ox với phương trình u = 5cos(8πt – 0,04πx) (u và x tính bằng cm, t tính bằng s). Tại thời điểm t = 3 s, ở điểm có x = 25 cm, phần tử sóng có li độ là:
A. 5,0 cm.
B. –5,0 cm.
C. 2,5 cm.
D. –2,5 cm.
Lời giải
– Phần tử sóng có li độ là :
Chọn đáp án B
******************
Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ do Trường Cao đẳng nghề Thừa Thiên Huế biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Sóng cơ và sự truyền sóng cơ. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.
Biên soạn bởi: Trường Cao đẳng nghề Thừa Thiên Huế
