Giải SGK Vật lý 11 Cánh diều Bài 4. Sóng dừng có đáp án

- 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.

- Những điểm dao động với biên độ cực đại là bụng sóng.

- Những điểm không dao động (đứng yên) là nút sóng.

Học sinh tự thực hiện thí nghiệm và tham khảo bảng kết quả mẫu dưới đây

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm sóng dừng trên dây

Nhận xét: Tần số trên dây tỉ lệ thuận với số bụng sóng.

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

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

- 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.

- Hoàn toàn chính xác khi nói sóng dừng là hiện tượng giao thoa sóng.

- Đây là giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ (sóng phản xạ xuất hiện khi sóng tới đến bề mặt vật cản và hình thành nên sóng phản xạ) truyền theo cùng một phương, giao thoa với nhau tạo thành một hệ sóng dừng.

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm sóng dừng trên dây

Nghiệm lại công thức 4.1.

Ở thí nghiệm trên ta dùng cần rung tạo ra vận tốc sóng là 12 m/s.

Với f = 10 Hz: $λ=\frac{v}{f}=\frac{12}{10}=1{,}2\ m$, đó $1{,}2=2.\frac{1{,}2}{2}$ hay $AB=2.\frac{λ}{2}$

Với f = 10 Hz: $λ=\frac{v}{f}=\frac{12}{15}=0{,}8\ m$, đó $1{,}2=3.\frac{0{,}8}{2}$ hay $AB=3.\frac{λ}{2}$

Với f = 10 Hz: $λ=\frac{v}{f}=\frac{12}{20}=0{,}6\ m$, đó $1{,}2=4.\frac{0{,}6}{2}$ hay $AB=4.\frac{λ}{2}$

Từ các kết quả trên ta thấy công thức $L=k\frac{λ}{2}$ được nghiệm đúng.

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:$l=k\frac{λ}{2}\Rightarrow λ=\frac{2l}{k}$ với chiều dài sợi dây và số bụng sóng xác định được.

* Đề xuất phương án thí nghiệm

Dụng cụ

(1) Máy phát âm tần,

(2) loa nhỏ,

(3) ống cộng hưởng là ống nhựa trong suốt (rải đều các hạt xốp trong lòng ống).

Thiết kế phương án thí nghiệm

Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho. Thiết kế phương án thí nghiệm đo tần số của âm do âm thoa phát ra bằng các dụng cụ này.

Tiến hành

– Đặt loa ở một đầu ống, loa nối với máy phát âm tần.

– Điều chỉnh để ống có chiều dài ngắn nhất.

– Điều chỉnh để máy phát âm tần phát ra tần số f = 650 Hz và biên độ âm thanh không quá to.

– Thay đổi từ từ chiều dài ống sao cho tại đầu ống không đặt loa, có các vị trí mà các hạt xốp dồn lại nhiều nhất. Đó là các bụng sóng. Ghi lại khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp được xác định là bụng sóng. Thực hiện lại từ bước 3 với âm thanh có tần số f = 850 Hz.

– Ghi kết quả vào vở theo mẫu Bảng 4.2.

* Giải thích một số câu hỏi liên quan:

– Một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển vì cần thay đổi chiều dài của cột khí trong ống cộng hưởng. Phương án thay đổi độ dài cột khí trong ống bằng cách sử dụng một pittong ở đầu ống, di chuyển pittong sẽ gián tiếp thay đổi chiều dài cột khí.

– Cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất vì để xác định được ở đó là bụng sóng hay nút sóng và từ đó tính được bước sóng, tốc độ truyền âm, ….

– Để 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, ta sử dụng công thức: $L=(2k+1)\frac{λ}{4}$.

Học sinh tham khảo bảng số liệu dưới đây:

Tiến hành thí nghiệm và có bảng kết quả như bài trên, sử dụng kết quả đó để tính sai số.

Với f = 650 Hz:

$\overline{d}=\frac{{d}_{1}+{d}_{2}+{d}_{3}}{3}=0{,}25$ m

$\overline{λ}=\frac{{λ}_{1}+{λ}_{2}+{λ}_{3}}{3}=0{,}50$ m

$\overline{v}=\frac{{v}_{1}+{v}_{2}+{v}_{3}}{3}=325$ m/s

Sai số của d: $\overline{Δd}=\frac{Δ{d}_{1}+Δ{d}_{2}+Δ{d}_{3}}{3}=0{,}007$

Sai số của bước sóng: $\overline{Δλ}=\frac{Δ{λ}_{1}+Δ{λ}_{2}+Δ{λ}_{3}}{3}=0{,}013$

Sai số của tốc độ: $\overline{Δv}=\frac{Δ{v}_{1}+Δ{v}_{2}+Δ{v}_{3}}{3}=8{,}667$