1
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
1. LỜI GIỚI THIỆU
Nghị quyết hội nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ương khóa VIII đã nhấn mạnh. Thực sự coi giáo dục là quốc sách hàng đầu, đầu tư cho giáo dục là đầu tư cho sự phát triển. Chính vì vậy “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Đó là mục tiêu to lớn, chiến lược lâu dài của sự nghiệp Giáo Dục và Đào Tạo.
Trước yêu cầu đó, mục đích dạy và học ở các trường trung học phổ thông nói chung, bộ môn Vật Lý nói riêng, đặc biệt dạy vật lý cho học sinh học để thi THPT Quốc Gia và xét tuyển theo khối A, A1( nhất là dạy Vật Lý nâng cao).
Trong thực tiễn dạy vật lý ở trường THPT, việc giải bài tập vật lý là một công việc diễn ra thường xuyên không thể thiếu được. Nó tác động tích cực trực tiếp đến quá trình giáo dục và phát triển tư duy của học sinh, đồng thời tạo cho học sinh tính ham học, ham tìm tòi tạo động lực cố gắng trong học tập. Vì hiện nay số lượng bài tập trong sách bài tập Vật Lý sách giáo khoa, sách bài tập và sách tham khảo rất nhiều. Vậy mà ở trên lớp số lượng giờ bài tập ở trên lớp thì không thể chữa hết được tất cả các bài tập ở tất cả các sách ấy, cho nên việc tự học của các em là rất cần thiết. Thực tế một số học sinh đã gặp phải rất nhiều khó khăn trong việc giải bài tập của từng chương, từng phần, mà điều này rất cần ở người thầy giáo hướng dẫn học sinh, giúp học sinh không hiểu sai bản chất vấn đề, không sai lầm khi giải bài tập. Mà đặc biệt ở mỗi phần, mỗi chương ở mỗi khối lớp lại đòi hỏi một cách khác nhau về kiến thức cũng như phương pháp giải. Nhất là các dạng bài tập có liên quan đến thi THPT Quốc gia. Qua nhiều năm dạy Vật Lý tại trường THPT Lê Xoay, tôi thấy đa số thầy cô cũng đã quan tâm tới các dạng bài tập nhất là các dạng bài tập có liên quan đến thi THPT Quốc gia, mà trong đó có phần dao động sóng, trong phần dao động sóng thì bài tập về “ sóng dừng” cũng là một phần khá hay và khó để tránh sự nhầm lẫn cho học sinh khi học phần này. Tôi đã đưa ra phương pháp giải và phân loại các dạng bài tập của phần này, chỉ ra những sai lầm học sinh thường mắc khi giải bài tập phần này. Để từ đó học sinh định hướng giải bài tập một cách chính xác không nhầm lẫn.
Điểm mới của đề tài này là: Vừa hướng dẫn học sinh phương pháp giải bài tập, vừa đưa ra các sai lầm mà học sinh thường mắc phải khi giải bài tập phần này, từ đó giúp học sinh giải bài tập tốt hơn, không bị nhầm lẫn. Cụ thể hơn ở từng dạng và từng bài, từng hiện tượng vật lý của các bài tập phần này, nhất là các dạng bài nâng cao có cập đến thi THPT Quốc gia.Trước tình hình
học phần “ sóng dừng” là một phần mà đòi hỏi học sinh phải có sự tư duy đầu tư, mệt mài giải bài tập thì mới nắm vững kiến thức và hiểu kiến thức một cách sâu sắc thấu đáo vấn đề.
Nhưng muốn làm được điều đó thì tự học sinh không thể làm được mà phải nhờ vào sự định hướng, rèn luyện của thầy cô. Là một giáo viên dạy Vật lý, theo tôi nên phân định rõ ràng từng loại bài tập, từng dạng bài tập, những sai lầm học sinh thường mắc để khi học sinh gặp phải tự học sinh giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng, tránh được sự nhầm lẫn giữa dạng này với dạng khác, giữa phần này với phần khác. Từ đó nâng cao được hiệu quả giải bài tập Vật lý hơn.
2. TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ " SÓNG DỪNG " LỚP 12- THPT.
3. TÁC GIẢ SÁNG KIẾN:
- Họ và tên: Vũ Thị Thái
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Lê Xoay- Vĩnh Tường- Vĩnh Phúc.
- Số điện thoại: 0985013918 Email: Vuthai.lexoay@gmail.com.
4. CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Vũ Thị Thái: Trường THPT Lê Xoay- Vĩnh Tường- Vĩnh Phúc.
5. LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
- Dùng để dạy cho học sinh khối 12, ôn thi THPT Quốc gia hàng năm trong trường THPT Lê Xoay, và các trường THPT khác.
- Dùng để dạy cho các học sinh đội tuyển HSG khối 12 hàng năm của trường, cũng như các trường khác.
6. NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG THỬ
- Sáng kiến kinh nghiệm đã được áp dụng thử cho học sinh lớp 12, năm học 2017- 2018, năm học 2019-2020. Cụ thể đề tài đã được áp dụng vào các lớp tôi giảng dạy học chuyên đề của lớp 12( 12A1, 12A2, 12A3). Đồng thời bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh môn vật lý lớp 12.
3 7. MÔ TẢ BẢN CHẤT CỦA SÁNG KIẾN
*) VỀ NỘI DUNG SÁNG KIẾN:
7.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
Theo X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv: Trong thực tiễn dạy học bài tập vật lý là một vấn đề không lớn trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận logíc, những phép toán và những thí nghiệm trên cơ sở lý luận và những dạng bài tập vật lý. ( X.E Camenetxki và V.P Ôrêkhôv- phương pháp giải bài tập vật lý. Tập 2 NXBGD 1976). Hiểu theo nghĩa rộng, thì sự tư duy định hướng tích cực về một vấn đề nào đó luôn luôn là việc giải bài tập. Về thực chất mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu sách giáo khoa trong các tiết học vật lý chính là một bài tập đối với học sinh.
Trên cơ sở nghiên cứu các định nghĩa về bài tập Vật lý, thì bài tập Vật lý có hai chức năng chủ yếu là: Tập vận dụng kiến thức cũ và tìm kiếm kiến thức mới.
7.2. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
- Với thực trạng hiện nay khi dạy Vật lý ở trong trường phổ thông nhiều khi chúng ta đã thầm quên đi những vấn đề rất quan trọng, đó là các hiện tượng Vật lí cho từng dạng, có phục vụ cho phần kiến thức ôn thi THPT Quốc gia.
- Để làm tốt được các bài tập ôn thi THPT Quốc gia hàng năm thì cần phải nắm chắc bản chất Vật lý, nhiều khi giải bài tập chỉ cần sai bản chất vật lý là bài toán trở nên sai ngay, chính vì vậy nên để dạy các mảng kiến thức ôn thi THPT Quốc gia thì các khâu hướng dẫn cho học sinh là rất quan trọng. Nhưng điều mà tôi thấy cần thiết nhất là chỉ ra cho học sinh phương pháp, cách phân loại, các dạng bài tập. Nên tôi đã chọn đề tài: Phương pháp giải bài tập về “ sóng dừng”
lớp 12- THPT.
- Thậm chí kiến thức phần “ sóng dừng” không chỉ dùng để thi THPT Quốc gia mà còn dùng để thi HSG lớp 12 hàng năm.
7.3. CÁC GIẢI PHÁP CHUNG ĐỂ TỔ CHỨC THỰC HIỆN
- Khi giải một bài tập vật lý nào chúng ta cũng tiến hành theo 4 bước sau:
Bước 1: Đọc kỹ đề, nghiên cứu, tìm hiểu đề, phân tích hiện tượng Vật lý trong bài toán để tìm xem đại lượng nào đã biết, đại lượng nào cần tìm.
Ghi tóm tắt bài toán bằng các kí hiệu Vật lý. Đổi đơn vị đo cho phù hợp, vẽ hình khi cần thiết( theo tôi bước này rất quan trọng, vì mọi hiện tượng vật lý học sinh đều phải phân tích ở phần này, để suy nghĩ tìm hướng giải quyết).
Bước 2: Lập kế hoạch giải.
Theo dự kiện đề bài đã cho, các đại lượng cần tìm có liên quan đến nội dung kiến thức cơ bản nào? Liên quan như thế nào? Tìm cách giải. ( bước này thể hiện trong sự tư duy của học sinh).
Bước 3: Tiến hành giải.
Trên cơ sở phân tích bài toán như ở bước 2. Hãy viết các công thức có liên quan và tính toán.
Bước 4: Kiểm tra kết quả:
- Kiểm tra việc tính toán.
- Kiểm tra đơn vị đo của các đại lượng.
- Kiểm tra ý nghĩa thực tiễn.
*) Với việc xác định cách giải bài tập, sau đó trên mỗi bài lại chỉ ra cách giải nhanh chính xác, những sai lầm mà học sinh khi giải thường hiểu sai, hiểu lầm để từ đó giúp các em giải bài tập đó tốt hơn.
7.4. CÁC DẠNG BÀI TOÁN CỤ THỂ
7.4.1.DẠNG 1: BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CHU KÌ, TẦN SỐ, BƯỚC SÓNG, SỐ BỤNG, SỐ NÚT CỦA SÓNG DỪNG
7.4.1.1. Kiến thức cần nhớ
- Công thức xác định tần số, chu kỳ, bước sóng của sóng dừng:
+) Công thức xác định tần số sóng: f = v
v
f
+) Công thức xác định chu kì của sóng : T=
v
v T. .
- Nếu trên dây có sóng dừng mà hai đầu cố định, chiều dài của dây là AB, thì ta có:
ABk2 . 2.
2 .
v k AB
f T
AB v k
và 2AB
k . Trong đó k= 1,2,3... là số bụng sóng (trường hợp này số nút = số bụng +1).
- Nếu trên dây có một đầu cố định một đầu tự do, chiều dài của dây là AB, thì ta
có: (2 1)
AB k 4
(2 1). 4
4 (2 1)
k v AB
f T
AB k v
và 4
2 1
AB
k
. Trong đó k= 1,2,3... là bụng sóng ( trường hợp này số nút sóng = số bụng sóng).
7.4.1.2.Ví dụ:
Ví dụ 1: Trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m, hai đầu cố định, đang có sóng dừng. Biết sóng dừng trên dây có tần số 100Hz và tốc độ 80 m/. Số bụng songs trên dây là
A. 3 B. 5 C. 4 D. 2 Hướng dẫn giải Chiều dài sợi dây thỏa mãn:
2 2.1, 2.100
2 2 80 3
v lf
l k k k
f v
Có 3 bó sóng Có 3 bụng sóng.
Chọn đáp án A.
5 +) Nhận xét: Với ví dụ này học sinh chỉ cần vận dụng tốt công thức xác định chiều dài của dây khi có hai đầu cố định.
Ví dụ 2: Dây AB= 40cm căng ngang, 2 đầu cố định, khi có sóng dừng thì tại M là bụng sóng thứ 4 ( kể từ B). Biết BM= 14cm. Tổng số bụng trên dây AB là
A. 8 B. 10 C. 14 D. 12 Hướng dẫn giải
M là bụng thứ 4 ( kể từ B) M được xác định như trên là
BM= 3 7
14 8
2 4 4 cm cm
Chiều dài sợi dây hai đầu cố định thỏa mãn:
Vậy có 10 bó sóng có 10 bụng sóng.
Chọn đáp án B.
+) Nhận xét: Với ví dụ này học sinh chỉ cần vận dụng tốt công thức xác định chiều dài của dây khi có hai đầu cố định, khoảng cách giữa hai nút liên tiếp hoặc hai bụng liên tiếp bằng một nửa bước sóng.
Ví dụ 3: Một sợi dây AB dài 21cm, vận tốc truyền sóng trên dây là 4 m/s đầu A dao động với tần số 100 Hz. Trên dây có sóng dừng hay không, số bụng sóng khi đó là
A.Có, 10 bụng sóng B. Có, 11 bụng sóng C.không D. Có, 25 bụng sóng
Hướng dẫn giải
Bài toán chưa cho biết sóng dừng tạo ra trong trường hợp nào nên ta xét cả hai trường hợp:
*) Trường hợp 1: Hai đầu dây cố định.
Chiều dài dây thỏa mãn:
2 2.0, 21.100
2 2 4 10,5
v lf
l k k k
f v
Loại vì kZ , suy ra nếu hai đầu dây cố định thì không xảy ra sóng dừng.
*) Trường hợp 2: Một đầu tự do, một đầu cố định.
Chiều dài sợi dây thỏa mãn:
1 1
2 4 2 2 2 2
l k k k v
f
2 1 2.0, 21.100 1
2 42 2 10
k lf
v thỏa mãn kZ
Vậy sóng dừng tạo ra trong trường hợp một đầu tự do, một đầu cố định. Số bụng sóng = số bó sóng +1= 10+1= 11.
Chọn đáp án B.
+) Nhận xét: Với ví dụ này học sinh chỉ cần vận dụng tốt công thức xác định chiều dài của dây khi có một đầu cố định một đầu tự do, khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng gần nhau nhất là một phần tư bước sóng.
Ví dụ 4: Khi có sóng dừng trên dây AB hai đầu cố định với tần số f1 thì thấy trên dây có 11 nút sóng. Muốn trên dây có 13 nút sóng thì tần số f2 phải có giá trị bằng bao nhiêu f1.
A. 2 6 1 5
f f B. f2 =6f1 C. f2= 1 5
f D. f2 1
5 6
f
Hướng dẫn giải Khi trên dây có 11 nút sóng (hay 10 bó), ta có:
AB 1
1 1
10 10 5
2 2
v v
f f
(1)Khi trên dây có 13 nút sóng (hay 12 bó sóng), ta có:
Chọn đáp án A
2 2
12 6 2 AB v
f
(2) Từ (1) và (2) ta có: 2 6 1 5 f f
+) Nhận xét: - Đối với bài tập này học sinh biết được số bó sóng, thường nhầm lẫn bài này học sinh chỉ nhầm là mỗi bó sóng là một bước sóng, nhưng phải hiểu rõ là mỗi bó sóng tương ứng với một nửa bước sóng, và số nút bao giờ cũng nhiều hơn số bó sóng +1.
Ví dụ 5: Một sợi dây mảnh nhẹ đàn hồi, đầu trên treo vào một cần rung, đầu dưới tự do. Cần rung có thể dao động nhỏ theo phương ngang thì trên dây có sóng dừng. Khi tần số dao động của cần rung là 45Hz, thì trên dây có sóng dừng với 5 nút sóng. Giảm tần số của sóng dừng một lượng tối thiểu là bao nhiêu thì trên dây vẫn có sóng dừng:
A. 10Hz B. 35Hz C. 7Hz D. 11,25 Hz.
Hướng dẫn giải
Theo đề bài ra, coi trên dây là một đầu cố định, một đầu tự do nên ta áp dụng công thức: (2 1)
l k 4
, trong đó k chính là số nút sóng.
Vậy khi f 1= 45 Hz thì trên dây có 5 nút sóng, tương ứng với k=5: Nghĩa là
1
9 9
4 4
l l v
f
(1).
Khi giảm f của sóng dừng một lượng tối thiểu để trên dây vẫn có sóng dừng, nghĩa là ứng với k=4, ta có:
2
7 7
4 4
l l v
f
(2).
7 Từ (1) và (2) Ta có: f2 = 35Hz. Vậy sẽ giảm tần số một lượng tối thiểu một lượng là: f f1 f2= 45- 35= 10 ( Hz). Chọn đáp án A.
+) Nhận xét : Với ví dụ này học sinh sẽ có dễ nhầm lẫn về công thức (2 1)
l k 4
với tính chiều dài của dây là (2 1)
l k 4
mà vẫn coi k là số bụng sóng hoặc số nút sóng thì sẽ bị sai về số bụng sóng sẽ rất dễ nhầm lẫn trong tính toán, còn nếu sử dụng công thức này cũng được nhưng phải hiểu số bụng và số nút chính bằng (k+1) để khi thay vào biểu thức mới ra kết quả đúng . Điều thứ hai mà dễ nhầm là đọc không kĩ đề lại coi là tìm f2 thì rất dễ khoanh vào đáp án B
Ví dụ 6: Một sợi dây AB dài 1,25m căng ngang, đầu B cố định, đầu A dao động với tần số f. Người ta đếm được trên dây có ba nút sóng, kể cả hai nút ở hai đầu A, B. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là 20m/s. Tần số sóng bằng
A. 8Hz. B. 16Hz. C. 12Hz. D. 25Hz.
Hướng dẫn giải
Theo đề bài ra thì hai đầu có hai nút, vậy khi đầu A dao động với tần số f, thì
trên dây có một bước sóng, tức là: 20
1, 25( ) 16( )
1, 25
m f v Hz
Chọn đáp án B.
+) Nhận xét: Với ví dụ này đọc lướt chỉ nghĩ một đầu cố định, một đầu tự do thì mới sai. Còn nếu đọc kĩ hiểu rõ mà tính sai thì viết công thức nhầm lại tính: f=
20.1,25 =25 (Hz) vẫn có đáp án D, nếu chọn là sai. Với dạng bài tập dễ này phải cẩn thận là chính.
Ví dụ 7: Một sợi dây đàn hồi dài ℓ = 60 cm được treo lơ lửng trên một cần rung.
Cần rung có thể dao động theo phương ngang với tần số thay đổi từ 60 Hz đến 180 Hz. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là v = 8 m/s. Trong quá trình thay đổi tần số thì có bao nhiêu giá trị của tần số có thể tạo ra sóng dừng trên dây?
A. 19 B. 16 C. 17 D. 18
Hướng dẫn giải
2 1 800
2 1 2 1 60 180
4 4 4.60
v k
l k k f
f
9,5 k 27,5
có 18 giá trị của k thỏa mãn. Chọn đáp án D.
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh đọc không kĩ đề, không hiểu rõ đầu lơ lửng là tự do dễ nhầm là hai đầu cố định, thì lại tính ra được là 9 k 27, sẽ có 19 giá trị, khi ấy chọn đáp án A sẽ sai ngay. Chính vì vậy với dạng bài tập này ta phải cho học sinh hiểu rõ sợi dây có đầu lơ lửng nghĩa là đầu đó tự do.
Ví dụ 8: Một sợi dây thép dài 1,2 m được căng ngang. Một nam châm điện đặt phía trên giữa hai đầu dây. Cho dòng điện xoay chiều có tần số f chạy qua nam châm điện thì dây thép xuất hiện sóng dừng với 6 bụng sóng. Tốc độ truyền sóng trên dây là v= 40m/s. Tần số f có giá trị bao nhiêu?
A.120 Hz B. 100Hz C.60 Hz D. 50Hz.
Hướng dẫn giải
Dòng điện xoay chiều có tần số f thì có 2f lần đạt giá trị cực đại, nam châm điện hút dây thép 2f lần. Vậy đầu dây thép dao động với tần số 2f.
Ta có: 1, 2 0, 2 0, 4
2 6 m
.
Ta có 2 v 50 .
f f Hz
Chọn đáp án D.
+) Nhận xét: Ví dụ này rất nhiều học sinh sẽ sai lầm là tần số của dòng điện xoay chiều có tần số f chạy qua nam châm điện thì trên dây thép xuất hiện sóng dừng với tần số là f, thì sẽ tính ra là f= 100Hz thì sẽ hoàn toàn sai, và trong đề bài lại có đáp án B là 100Hz, khi ấy chọn ta sẽ mất điểm cho câu này. Vì Đáp án đúng phải là f= 50Hz, là đáp án D.
Ví dụ 9: Vận tốc truyền dao động trên một dây đàn là F
; F là lực căng sợi dây, là mật độ khối lượng dài (khối lượng trên một đơn vị chiều dài). Cho dây đàn dài 100cm, nặng 10g, có F = 100N. Tần số dao động nhỏ nhất của dây đàn bằng:
A. 100Hz. B. 50Hz. C. 25Hz. D. 20Hz.
Hướng dẫn giải
Áp dụng công thức tính vận tốc truyền dao động trên dây là:
v= F v Fl
m (1) Thay số vào ta có: v = 100.12
10 = 100(m/s).
Mặt khác để xác định tần số nhỏ nhất trên dây phải có 1 bó sóng, với chiều dài của bó sóng là 1m, suy ra 2(m). Ta lại có: 100 50
2 f v
(Hz) (2).
Chọn đáp án B.
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh dễ sai lầm ở chỗ là tần số nhỏ nhất ứng với trên dây có 1 bước sóng, thì sẽ tính 1(m). Thay vào công thức (2) sẽ có f = 100(Hz) lại có ngay đáp án A, nếu chọn đáp án này sẽ bị sai ngay và khi dạy giáo viên cần nhấn mạnh trường hợp này tránh học sinh nhầm lẫn.
Ví dụ10: Sóng dừng xuất hiện trên sợi dây với tần số f=5Hz. Gọi thứ tự các điểm thuộc dây lần lượt là O,M,N,P sao cho O là điểm nút, P là điểm bụng sóng gần O nhất (M,N thuộc đoạn OP) . Khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp để giá trị li độ của điểm P bằng biên độ dao động của điểm M,N lần lượt là 1/20 và 1/15s. Biết khoảng cách giữa 2 điểm M,N là 0,2cm. Bước sóng trên sợi dây là:
A. 5,6cm B. 4,8 cm C. 1,2cm D. 2,4cm Hướng dẫn giải
Chu kì của dao động: T = 1
f = 0,2(s)
9 Theo bài ra ta có :
tM’M =
20 1 (s) =
4 1T tN’N =
15 1 (s) =
3 1T
tMN =
2 1(
3 1 -
4 1)T =
24
1 T = 1 120( )s Vận tốc truyền sóng là:
v = MN/tMN = 24cm/s
Do đó = v.T = 4,8 cm. Chọn đáp án B.
+) Nhận xét : Ví dụ này học sinh dễ sai lầm: là tMN = tM’M - tN’N = 1 1 ( ) 12T 60 s , khi đó thay vào biểu thức tính vận tốc ta có v=12(cm/s), thay vào công thức tính bước sóng sẽ có =12.0,2=2,4(cm). Trong đáp án có kết quả đáp án D. Nếu chọn đáp án này sẽ bị sai, nên khi dạy phần này giáo viên phải nhấn mạnh cho học sinh ngay từ khi tính khoảng thời gian tMN.
7.4.1.3. Bài tập tự luyện
Câu 1: Một dây cao su dài 1m căng ngang, một đầu gắn cố định, đầu kia gắn vào âm thoa cho dao động, trên dây hình thành hệ sóng dừng có 7 nút không tính hai đầu. Tốc độ truyền sóng trên dây là 36km/h. Tần số dao động trên dây là:
A. 20Hz. B. 50Hz. C. 30Hz. D. 40Hz
Câu 2: Dây AB dài 21cm treo lơ lửng, đầu trên A gắn vào âm thoa dao động.
Tốc độ truyền sóng trên dây là 4m/s, ta thấy trên dây có sóng dừng với 8 bụng sóng. Tần số dao động của âm thoa bằng:
A. 74,1Hz. B. 71,4Hz. C. 47,1Hz. D. 17,4Hz Câu 3: Trên sợi dây dài ℓ (m) có hai đầu cố định, khi tần số tạo sóng trên dây là
1 = 120 Hz thì trên dây xuất hiện 16 nút sóng, khi tần số là 2 thì trên dây xuất hiện 10 nút sóng. Tần số nhỏ nhất mà dây có thể tạo thành hiện tượng sóng dừng là bao nhiêu:
A. 8Hz B. 12Hz C. 9Hz D. 6Hz.
Câu 4: Người ta tạo sóng dừng trên một sợi dây căng ngang giữa hai điểm cố định. Sóng dừng được tạo ra trên dây lần lượt với hai tần số gần nhau nhất là 200 Hz và 300 Hz. Tần số kích thích nhỏ nhất mà vẫn tạo ra sóng dừng trên dây là:
A. 50 Hz B. 100 Hz C. 150 Hz D. 200Hz
Câu 5: Sóng dừng được tạo ra trên dây giữa hai điểm cố định lần lượt với hai tần số gần nhau nhất là 45 Hz và 54 Hz. Tần số kích thích nhỏ nhất mà vẫn tạo ra sóng dừng trên dây là:
A. 9 Hz B. 18 Hz C. 12Hz D. 15 Hz.
P’ N’ M’ O M N P
Câu 6: Một sợi dây có đầu trên nối với nguồn dao động, đầu dưới thả lỏng.
Sóng dừng được tạo ra trên dây lần lượt với hai tần số gần nhau nhất 200 Hz và 280Hz. Tần số kích thích nhỏ nhất mà vẫn tạo ra sóng dừng trên dây là:
A. 80 Hz B. 40 Hz C. 240 Hz D. 20 Hz Câu 7: Một sợi dây đàn dài 40cm, căng ở hai đầu cố định, khi dây dao động với tần số 600Hz ta quan sát trên dây có sóng dừng với hai bụng sóng. Bước sóng trên dây là:
A. = 13,3 m B. = 20cm C. = 40cm D. = 80cm.
Câu 8: Một ống sáo dài 80 cm, hở hai đầu, tạo ra một sóng đứng trong ống sáo với âm là cực đại ở hai đầu ống, trong khoảng giữa ống sáo có hai nút sóng.
Bước sóng của âm là:
A. = 20 cm B. = 40 cm C. = 80 cm D. = 160cm.
Câu 9: Một sợi dây đàn hồi dài 130 cm, có đầu A cố định, đầu B tự do dao động với tần số 100 Hz, vận tốc truyền sóng ytreen dây là 40 m/. Trên dây có bao nhiêu nút và bụng sóng
A. 6 nút và 6 bụng B. 7nút và 6 bụng
C. 7 nút và 7 bụng D. 6 nút và 7 bụng
7.4.2. DẠNG 2: BÀI TẬP XÁC ĐỊNH BIÊN ĐỘ, LI ĐỘ TRONG SÓNG DỪNG.
7.4.2.1. Kiến thức cần nhớ:
*) Nếu sóng dừng có biên độ Bụng là 2a thì:
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động cùng pha, cùng biên độ a là:
3
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động ngược pha, cùng biên độ a là:
6
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động cùng pha, cùng biên độ a 3 là:
6
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động ngược pha, cùng biên độ a 3 là:
3
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động cùng pha, cùng biên độ a 2 là:
4
+ Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M, N dao động ngược pha, cùng biên độ a 2 là:
4
*) Cách giải:
+) Có thể dùng đường tròn lượng giác để giải bài tập phần này, cụ thể như sau:
11 - Vẽ vòng tròn có vị trí nút sóng là tại tâm đường tròn, vị trí bụng tại biên.
- Tính độ lệch pha (biên độ): 2d
giữa hai điểm trên dây
- Dựa vào độ lệch pha xác định vị trí điểm bài toán cho trên đường tròn - Sử dụng các tính chất lượng giác, mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa đã biết để tìm biên độ sóng dừng.
+) Có thể dùng phương pháp đại số để giải bài tập phần này cụ thể như sau:
*)7.4.2.2. Ví dụ
Ví dụ 1: Trên một sợi dây đàn hồi đang có sóng dừng ổn định, B là một bụng sóng, biên độ dao động tại bụng là A. Điểm M cách B một đoạn bằng một phần ba bước sóng. Biên độ sóng tại M là:
A. AM 2A B.
M 2
A A C. AM A D. 3
M 2 A A
Hướng dẫn giải
- Độ lệch pha biên độ dao động giữa M và B.
2 . 2 .3 2
MB 3
MB
- Từ hình vẽ, ta thấy . os
3 2
M
A A c A
Chọn đáp án B
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh nếu biết cách giải dùng đường tròn lượng giác, thì dễ sai làm cách xác định bụng sóng thành nút sóng, khi ấy lại chiếu lên trục thẳng đứng thì vẫn có đáp án 3
M 2
A A thì sẽ bị sai lầm.
Ví dụ 2: Trên một sợi dây đàn hồi đang có sóng dừng ổn định, N là một nút sóng, biên độ dao động tại bụng là A. Điểm M cách N một đoạn bằng
3
. Biên độ dao động tại M là:
A. AM 2A B.
2
A C. A 2 D. 3
M 2 A A
Hướng dẫn giải
- Độ lệch pha biên độ dao động M và N
M
Bụng
O
Bụng
M
N Nút
O
2 . 2 .3 2 3 MN
- Từ hình vẽ, ta thấy 3
. os 6 2
M
A A c A Chọn đáp án D.
+) Nhận xét : Ở ví dụ này, học sinh phải hiểu rõ giữa M và N cách nhau một khoảng
3
thì phải hiểu rõ và biểu diễn thật chuẩn trên đường tròn lượng giác và phải chiếu đúng lên trục nằm ngang. Xong cũng có khi học sinh nhầm lẫn lại chiếu lên trục thẳng đứng thì lại có
2
A thì sẽ thấy trong đáp án có là đáp án B, mà khoanh vào là sai ngay.
Ví dụ 3: Một sóng dừng trên một đoạn dây có bước sóng bằng 30cm và biên độ dao động của một phần tử cách một nút sóng một đoạn 5cm có giá trị là 9mm.
Biên độ A của bụng sóng là:
A. 9 2mm B. 18mm C. 9mm D. 6 3mm
Hướng dẫn giải - Gọi N là nút và B là bụng gần N nhất.
- Độ lệch pha biên độ dao động M và N 2 . 2 .5
30 3
MN
- Từ hình vẽ, ta thấy:
. os 3 9 6 3
6 2
B M
u A A c A A mm
chọn đáp án D
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh sẽ dễ bị nhầm lẫn là điểm M cách nút N là 5cm mà lại chia đoạn OB là 15 cm thì góc NOM sẽ là 300 thì lúc ấy sẽ có
. os 9 18
3 2
B M
u A A c A A mm
Vậy lúc ấy trong đề bài cũng có đáp án 18mm, nếu chọn đáp án B, sẽ bị sai.
Ví dụ 4: Một sợi dây đàn hồi căng ngang, có sóng dừng ổn định. Trên dây A là một nút, B là điểm bụng gần A nhất, AB = 14 cm. Biên độ tại bụng là 2A. C là một điểm trên dây trong khoảng AB, AC = 14/3 cm. Biên độ dao động tại điểm C là:
Bụng
M
N Nút
O
13
A. 3
C 2
A A B. AC = A 3 C. AC = A D. AC = 2A Hướng dẫn giải
- Gọi A là nút và B là bụng gần A nhấtBước sóng: 4.AB4.1456cm - Độ lệch pha biên độ dao động A và C là:
2 .14
2 . 3
56 6
AC
- Từ hình vẽ, ta thấy:
. os 2
3 2 2
B
C B
A A
A A c A
Chọn đáp án C.
+) Nhận xét: Với ví dụ này học sinh cũng dễ nhầm về chiếu lên trục thẳng đứng
thì 3
C 2 A A
Trong đề bài cũng có đáp án với kết quả của đáp án sai, đáp án A, và chọn đáp án này kết quả sẽ sai.
Ví dụ 5: Một sóng dừng trên một đoạn dây có dạng u = Asin(bx).cos(t)(mm), trong đó x đo bằng cm , t đo bằng giây. Cho biết bước sóng bằng 0,4 m và biên độ dao động của một phần tử cách một nút sóng một đoạn 5 cm có giá trị là 5mm. Biên độ A của bụng sóng là:
A. 5 2(mm) B. 10 (mm) C. 5 (mm) D. 10 2 (mm).
Hướng dẫn giải
- Gọi N là nút, điểm cách nút 5cm là M - Độ lệch pha biên độ dao động M và N
2 . 2 .5 40 4
MN
- Từ hình vẽ, ta thấy:
. os 2 5 5 2
4 2
B M
u A A c A A mm
chọn đáp án A.
Bụng
C
A Nút
O
Bụng
M
Nút N
O
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh dễ sai lầm ở chỗ xác định vị trí của M, nếu hiểu rằng chiếu M xuống OB và bằng nửa OB thì A= 10 mm là sai, nhưng trong đề có đáp án sai này. Làm học sinh cũng dễ sai lầm.
Ví dụ 6: (Đề thi thử đại học chuyên ĐH Vinh - lần 2 năm 2013): M, N, P, là 3 điểm liên tiếp nhau trên một sợi dây mang sóng dừng có cùng biên độ dao động 2 2cm, dao động tại P ngược pha với dao động tại M và MN = NP. Biên độ dao động tại điểm bụng sóng là:
A. 2 2 cm. B. 3 2 cm. C. 4cm . D. 4 2cm.
Hướng dẫn giải
- M, N, P là ba điểm liên tiếp nhau có cùng biên độ, có MN = NP và dao động tại P ngược pha với dao động tại M. Vậy M, N, P có vị trí như hình vẽ.
Từ hình vẽ, suy ra
4 8
MN NP PB Độ lệch pha biên độ giữa P và B là:
2 . 2 .8 4 PB
Vậy 2 2
2 2 . os 4
4 2
2
B B
A c A cm
.
Chọn đáp án C
+Nhận xét: Ví dụ này nếu sai lầm bụng sóng thành nút sóng và chiếu nên các trục khác nhau thì trong đáp án của đề bài cũng có đáp án, nếu chọn đáp án đó là sai.
Ví dụ 7: Trên dây AB có sóng dừng với đầu B là nút sóng. Sóng trên dây có bước sóng . Hai điểm gần B nhất có biên độ dao động bằng một nửa biên độ dao động cực đại của sóng dừng cách nhau một khoảng là:
A.
3
B.
4
C.
6
D.
12
Hướng dẫn giải
- Gọi C là bụng gần nút B nhất và M, N là hai điểm có biên độ dao động bằng một nửa biên độ dao động cực đại 9 (biên độ dao động của điểm C).
- Từ hình vẽ, ta có:
Bụng
N
Nút
O
P
M
Bụng
M
Nút
C
O
N
B
15
1 2
2
2 3 3
C
MN C
A
COM COM MON
A
Độ lệch pha biên độ giữa M và N là:
2 . . 2 .
2 3.2 3
MN MN
MN MN
. Chọn đáp án A
+) Nhận xét : Nếu không cẩn thận với dạng bài tập này dễ mắc sai sai lầm nhất là khi hai điểm gần B nhất có biên độ bằng một nửa biên độ của sóng dừng mà đều chia đôi hai cung 900 thì lại xác định góc đó 900 tính ra
MN 4
là sai, mà trong đáp án cũng có kết quả này. Vậy rất dễ nhầm lẫn.
Ví dụ 8 (Đề thi thử đại học Triệu Sơn 2- lần 3 năm 2014): Một sợi dây đàn hồi dài 2,4 m, căng ngang, hai đầu cố định. Trên dây đang có sóng dừng với 8 bụng sóng. Biên độ bụng sóng là 4 mm. Gọi A và B là hai điểm trên dây cách nhau 20 cm. Biên độ của hai điểm A và B hơn kém nhau một lượng lớn nhất bằng?
A. 2 3 mm. B. 3 mm. C. 2 2 mm. D. 4 mm.
Hướng dẫn giải
- Vì có 8 bụng nên bước sóng 42,4m 0,6m60cm
- Độ lệch pha giữa hai điểm A và B là:
2 2 .20 2
60 3 2 6
AB
d
- Từ hình vẽ, ta thấy biên độ của hai điểm A, B hơn kém nhau một lượng lớn nhất khi A là nút,
tức biên độ sóng tại A bằng 0. Khi đó biên độ của B là: 4 os 2 3
B 6
A c mm
.
Vậy chúng hơn kém nhau một lượng lớn nhất là 2 3mm. Chọn đáp án A.
+) Nhận xét: Ví dụ này dễ sai lầm là lấy khoảng cách đó cách nhau trên đường tròn lượng giác là cách nhau 1200, dễ nhầm lấy nhầm như trong dao động điều hòa, mà không lấy giống như trên thì cũng bị sai ngay.
7.4.2.3. Bài tập tự giải
-4
Bụng
B
Nút A
O
Câu 1: Một sóng dừng trên dây có bước sóng λ và N là một nút sóng. Hai điểm P và Q nằm về hai phía của N có vị trí cân bằng cách N những đoạn lần lượt là
λ 12 và λ
3. Ở vị trí có li độ khác không thì tỉ số giữa li độ của P so với Q là A.
3
1 B.
3
1 C. – 1 D. - 3
Câu 2: Sóng dừng trên dây có tần số f = 20 Hz và truyền đi với tốc độ 1,6 m/s.
Gọi N là vị trí của một nút sóng; C và D là hai vị trí cân bằng của hai phần tử trên dây cách N lần lượt là 9 cm và 32
3 cm và ở hai bên của N. Tại thời điểm t1 li độ của phần tử tại điểm D là - 3 cm. Xác định li độ của phần tử tại điểm C vào thời điểm t0 = t1 + 9
40 s:
A. - 2 cm B. - 3 cm C. 2 cm D. 3 cm.
Câu 3: Sóng dừng trên dây nằm ngang. Trong cùng bó sóng, A là nút, B là bụng, C là trung điểm AB. Biết CB = 4 cm. Thời gian ngắn nhất giữa hai lần C và B có cùng li độ là 0,13 s. Tính vận tốc truyền sóng trên dây.
A. 1,23 m/s B. 2,46 m/s C. 3,24 m/s D. 0,98 m/s.
Câu 4: Sóng dừng xuất hiện trên sợi dây với tần số ƒ = 5 Hz. Gọi thứ tự các điểm thuộc dây lần lượt là O,M,N,P sao cho O là điểm nút, P là điểm bụng sóng gần O nhất (M, N thuộc đoạn OP). Khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp để giá trị li độ của điểm P bằng biên độ dao động của điểm M, N lần lượt là 1/20 và 1/15s. Biết khoảng cách giữa 2 điểm M,N là 0,2 cm. Bước sóng của sợi dây là:
A. 5,6 cm B. 4,8 cm C. 1,2 cm D.2,4 cm Câu 5: Một sợi dây AB dài 2m căng ngang có 2 đầu cố định. Ta thấy khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất dao động với biên độ bằng Error! lần biên độ điểm bụng thì cách nhau 1/4 (m). Số bó sóng tạo được trên dây là
A. 7. B. 4. C. 2. D. 6.
Câu 6: M, N, P là 3 điểm liên tiếp nhau trên một sợi dây mang sóng dừng có cùng biên độ 4 cm, và không phải là điểm bụng. Biết MN = NP = 10 cm. Tính biên độ tại bụng sóng và bước sóng.
A. 4 2 cm, 60 cm B. 8 2cm, 40 cm C. 8 cm, 60 cm D. 4 2 cm, 40 cm Câu 7: Một sợi dây đàn hồi căng ngang, đang có sóng dừng ổn định. Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là 0,1 s tốc độ truyền sóng trên dây là 3 m/s. Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên sợi dây dao động cùng pha và có biên độ dao động bằng một nửa biên độ của bụng sóng là
A. 20 cm B. 30 cm C. 10 cm D. 8 cm
Câu 8: Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi căng ngang với bước sóng λ, biên độ tại bụng sóng là Ab. Trên dây, hai điểm M, N cách nhau 1,125λ, tại M là một nút sóng. Số điểm trên MN dao động với biên độ bằng 0,7Ab là
A. 4 B. 6 C. 3 D. 5
Câu 9: M, N, P là 3 điểm liên tiếp nhau trên một sợi dây mang sóng dừng có
17 cùng biên độ 4 cm, dao động tại P ngược pha với dao động tại M. Biết MN = 2NP = 20 cm. Cứ sau khoảng thời gian ngắn nhất là 0,04 s sợi dây có dạ ng một đoạn thẳng. Tính biên độ tại bụng sóng, tốc độ truyền sóng.
A. 4 cm, 40 m/s B. 8 cm, 60 m/s C. 8 cm, 6,4 m/s D. 8 cm, 7,5 m/s Câu 10: Một sợi dây đàn hồi căng ngang, đầu A cố định. Trên dây đang có sóng dừng ổn định. Gọi B là điểm bụng thứ hai tính từ A, C là điểm nằm giữa A và B.
Biết AB = 30 cm, AC = 20
3 cm, tốc độ truyền sóng trên dây là v = 50cm/s.
Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà li độ của phần tử tại B bằng biên độ dao động của phần tử tại C là:
A. 4
15 s. B. 1
5 s C. 2
15 s D. 2
5 s.
Câu 11: Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi căng ngang với chu kỳ T, bước sóng λ. Trên dây, A là nút sóng, B là bụng sóng gần A nhất, C là một điểm trên dây Trong khoảng AB thỏa mãn AB = 4BC. Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà li độ dao động của phần tử tại B bằng biên độ dao động của phần tử tại C là
A. T/4 B. T/6 C. T/8 D. T/3
Câu 12: Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi căng ngang với chu kỳ T, bước sóng λ. Trên dây, A là nút sóng, B là bụng sóng gần A nhất, C là một điểm trên dây Trong khoảng AB thỏa mãn AB = 4AC. Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà li độ dao động của phần tử tại B bằng biên độ dao động của phần tử tại C là
A. T/4 B. T/6 C. T/8 D. 3T/18
7.4.3. DẠNG 3: BÀI TẬP XÁC ĐỊNH LỰC F TRÊN DÂY, KHỐI LƯỢNG CỦA DÂY KHI CÓ SÓNG DỪNG.
7.4.3.1. Kiến thức cần nhớ
- Công thức tính vận tốc trên dây khi có sóng dừng: v = Fl m
- Dòng điện xoay chiều có tần số f đặt phía dưới củ sợi dây thì có 2f lần đạt giá trị cực đại, nam châm điện hút dây thép 2f lần. Vậy đầu dây thép dao động với tần số 2f.
7.4.3.2.Ví dụ
*) Ví dụ 1: Một sợi dây đàn hồi hai đầu cố định được kích thích dao động với tần số không đổi. Khi lực căng sợi dây là 2,5 N thì trên dây có sóng dừng, tăng dần lực căng đến giá trị 3,6 N thì thấy xuất hiện sóng dừng lần tiếp theo. Biết tốc độ truyền sóng trên dây tỉ lệ căn bậc hai giá trị lực căng của sợi dây. Lực căng
lớn nhất để trên dây xuất hiện sóng dừng là:
A. 90 N B. 15 N C. 18 N D. 130 N Hướng dẫn giải
Do có sóng dừng hai đầu là nút nên l = n
2
= n
f v
2 nv = 2fl = const ( n là số bó sóng)
n1v1 = n2v2 n12F1 = n22F2 = n2F Do F2 > F1 nên n2 = n1-1
n12F1 = n22F2 2
2 2 1
n n =
1 2
F F =
25
36 n1 = 6 n12F1= n2F F = 122
n
n F1 F = Fmax khi n =1
Fmax = n12F1 = 36.2,5 = 90N. Chọn đáp án A.
+) Nhận xét: Bài này nhiều khi học sinh sẽ sai lầm khi giải bài này là nếu học sinh không hiểu rõ bản chất của việc tốc độ truyền sóng trên dây tỉ lệ căn bậc hai giá trị lực căng của sợi dây, cộng với việc trên sợi dây có sóng dừng, mà hai đầu cố định thì sợi dây phải có chiều dài bằng số nguyên lần nửa bước sóng. Khi dạy dạng bài tập này giáo viên phải làm rõ hai vấn đề trên, nếu không học sinh sẽ vi phạm phải sai lầm này.
*)Ví dụ 2:Một dây sắt có chiều dài l= 60,0 cm và khối lượng m=8,0 gam treo thẳng đứng, đầu trên cố định, đầu dưới tự do. Một nam châmđiện có dòng điện xoay chiều tần số 50Hz chạy qua. Nam châm điện được đặt theo phương vuông góc và đối diện với trung điểm của sợi dây. Cho biết tốc độ truyền dao động trên dây sắt được tính theo công thức: v = Fl
m
( F là độ lớn lực căng). Tính F khi trên dây có sóng dừng với một bụng sóng.
A. 768 N B. 192 N C. 384N D. 384N Hướng dẫn giải
- Tần số dao động của dây sắt bằng tần số của ngoại lực và bằng hai lần tần số của dòng điện, Ta có: f= 2fđ= 2.50= 100 Hz.
- Trên dây có một đầu cố định, một đầu tự do và có sóng dừng với một bụng
sóng nên: 4
4 4
l v v fl
f
(1)
- Mặt khác theo giả thiết: v = Fl
m
mv2
F l
(2)
- Từ (1) và (2) ta có: F= 16mf2l F= 16.8.10-3.1002.0,6 = 768 (N).
Chọn đáp án A.
19 +) Nhận xét: Ví dụ này học sinh sẽ sai lầm là sợi dây vẫn dao động với tần số là f như dòng điện xoay chiều, khi ấy tính toán thay vào công thức thì F= 192(N), mà trong đề bài có đáp án này nên học sinh khoanh vào là mắc sai lầm.
*) Ví dụ 3: Sợi dây có chiều dài 2m căng nằm ngang, một đầu dây cố định, đầu còn lại người ta cho dao động với tần số 10Hz. Lực căng của dây là 10 N thì dây rung thành hai múi. Khối lượng của dây là
A. m= 50g B. m = 100g C. m=25 g D. m = 200g Hướng dẫn giải
Theo đề bài ra ta có: 2 2( ) 20( / )
l 2 l m v f m s
Từ công thức: v= F F2 0,025( ) 25( ) 2 50( )
kg g m g
v
Chọn đáp án A.
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh dễ mắc sai lầm là không hiểu rõ mật độ khối lượng trên dây thì sẽ tính sai ngay khối lượng.
7.4.3.3. Bài tập tự giải
Câu 1: Trong thí nghiệm của Men- Đơ, đoạn dây AP = 60 cm có khối lượng 6 g được căng bằng một lực 2,25 N. Vận tốc truyền sóng trên dây là:
A.v= 15m/s B. v= 1,5 m/s. C. v = 51 m/s. D. v = 5,1m/s.
Câu 2 : Một sợi dây cao su dài 3m, một đầu cố định, đầu kia cho dao động với tần số 2Hz. Khi đó trên dây có sóng dừng với 5 nút sóng, kể cả hai nút ở hai đầu dây. Biết lực căng dây là 0,36N và tốc độ truyền sóng trên dây liên hệ với lực căng dây bởi công thức v F/; với : khối lượng dây trên một đơn vị chiều dài. Khối lượng của dây là
A. 40g. B. 18,75g. C. 120g. D. 6,25g.
Câu 3: Để tạo ra sóng dừng trên dây người ta bố trí thí nghiệm như hình vẽ. Cho dây có chiều dài AB = l = 1m, khối lượng dây m0 = 50g, quả cân có khối lượng m = 125g. Lấy g = 10m/s2. Cho biết tần số dao động trên dây là 10Hz. Vận tốc truyền dao động trên một dây đàn là
F
; F là lực căng sợi dây, là mật độ khối lượng dài (khối lượng trên một đơn vị chiều dài). Số bó sóng quan sát được trên dây khi có sóng dừng bằng
A. 3. B. 4. C. 5. D. 6.
7.4.4. DẠNG 4: TÌM TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG HOẶC TỐC ĐỘ DAO ĐỘNG CỦA MỘT ĐIỂM TRÊN DÂY CÓ SÓNG DỪNG
7.4.4.1.Kiến thức cần nhớ
- Dựa vào điều kiện của bài toán để xác định chu kì T hoặc tần số f . - Từ công thức tính vận tốc truyền sóng v .f
T
A B
- Tìm bước sóng từ điều kiện bài toán.
- Tính độ lệch pha (biên độ) : 2d
giữa hai điểm trên dây
- Dựa vào độ lệch pha xác định vị trí điểm bài toán cho trên đường tròn - Trường hợp tính vận tốc dao động tại một điểm trên dây có sóng dừng thì ta sử dụng các tính chất như trong sóng cơ.
+) Cách giải:
- Vẽ vòng tròn có vị trí nút sóng là tâm đường tròn, vị trí bụng tại biên.
- Chú ý: + Các điểm đối xứng nhau qua nút sóng thì dao động ngược pha (chiều vận tốc ngược nhau), các điểm đối xứng nhau qua bụng sóng thì dao động cùng pha (vận tốc cùng dấu), các điểm trên cùng một bó sóng thì dao động cùng pha.
+ Trong sóng dừng chỉ có dao động cùng pha hoặc ngược pha 7.4.4.2.Ví dụ
Ví dụ 1: Một sợi dây căng giữa 2 điểm cố định cách nhau 75 cm. Người ta tạo ra song dừng trên dây. Hai tần sồ gần nhau nhất trên dây là 150 Hz và 200 Hz.
Tính vận tốc truyền sóng trên dây :
A. 75 (m/s ) B.300(m/s) C. 225 (m/s) D. 37,5(m/s) Hướng dẫn giải
Điều kiện để có sóng dừng hai đầu là nút l = n
2
l = n
2
= n
f v
2 n
f = 2l
v =const
Khi f = f1 thì số bó sóng là n1= n; Khi f = f2 > f1 thì n2 = n +1 Vì hai tần số gần nhau nhất có sóng dừng thì số bó sóng hơn kém nhau 1
1 n
f = 1 2 n
f
150
n = 1 200
n
n = 3 Vậy : v = 2 1
3
lf = 2.0,75.150
3 = 75m/s. Chọn đáp án A
+) Nhận xét: Ở ví dụ này học sinh sẽ dễ mắc sai lầm là nếu hai tần số gần nhau nhất mà là hai bước sóng gần nhau thì sẽ sai lầm ngay, và cũng thay vào như trên thì có n=6 và v=37,5 (m/s), trong đề bài có đáp án này, nếu ta chọn sẽ bị sai.
Ví dụ 2: Một sợi dây dài l = 1,2 m có sóng dừng với 2 tần số liên tiếp là 40 Hz và 60 Hz. Xác định tốc độ truyền sóng trên dây?
A. 48 m/s B. 24 m/s C. 32 m/s D. 60 m/s
21 Hướng dẫn giải
Điều kiện để có sóng dừng trên dây λ v k 2 .
k k const
2 2f f v
l l
f f
1 2 .
k k
1 2
Khi f1 và f2 là hai tần số liên tiếp f1 < f2 thì k1 và k2 là 2 số nguyên liên tiếp: k2 = k1+1
Suy ra:
f1 f2 40 60 k 2.
k k 1 k k 1 1
1 1 1 1
k 2 v 2 f1 2.1, 2.40 48 m/s
f v k 2
1 l l
Chọn đáp án A
+)Nhận xét: Ở ví dụ này học sinh sẽ dễ mắc sai lầm là thường không để ý đại lượng f1 và f2 và khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp.
Ví dụ 3 : Một sợi dây đàn hồi căng ngang, đang có sóng dừng ổn định. Trên dây, A là một điểm nút, B là điểm bụng gần A nhất với AB = 18 cm, M là một điểm trên dây cách B một khoảng 12 cm. Biết rằng trong một chu kỳ sóng,
khoảng thời gian mà độ lớn vận tốc dao động của phần tử B nhỏ hơn vận tốc cực đại của phần tử M là 0,1s. Tốc độ truyền sóng trên dây là:
A. 3,2 m/s. B. 5,6 m/s. C. 4,8 m/s. D. 2,4 m/s.
Hướng dẫn giải - A là nút, B là bụng gần A nhất và AB = 18cm.
18 72
4 cm
- Độ lệch pha giữa M và B.
2 .12
2 72 3
MB
- Coi biên độ bụng sóng là 2A. Biên độ sóng tại M.
. os 2 .1
3 2
M B
A A c A A
- Trong 1T tốc độ dao động của phần tử B nhỏ hơn tốc độ cực đại của phần tử M được biểu diễn như hình vẽ.
- Từ hình vẽ 2 2 .0,1 0,3
3 T s
T
Vậy tốc độ truyền sóng trên dây:
Bụng
M
Nút
B
O AM
A
M O
72
240 / 2, 4 /
v 0,3 cm s m s
T
.
Chọn đáp án D
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh cũng dễ mắc sai lầm nếu cứ hình dung như dao động điều hòa mà chiếu nên trục thẳng đứng ta lại xác định góc mà điểm B phải
quét là 4 2 .0,1 0,15
3 T s
T
sẽ tính ra được là v= 480cm/s=4,8 m/s, mà trong đề bài là đáp án C, nếu hiểu như vậy là sai lầm.
Ví dụ 4: (Đề thi ĐH năm 2011) : Một sợi dây đàn hồi căng ngang, đang có sóng dừng ổn định. Trên dây, A là một điểm nút, B là một điểm bụng gần A nhất, C là trung điểm của AB, với AB = 10 cm. Biết khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà li độ dao động của phần tử tại B bằng biên độ dao động của phần tử tại C là 0,2s. Tốc độ truyền sóng trên dây là.
A. 2m/s. B. 0,5m/s. C. 1m/s. D. 0,25m/s.
Hướng dẫn giải - A là nút, B là bụng gần A nhất và AB = 10cm.
10 40
4 cm
- Độ lệch pha biên độ giữa C và B.
2 .8
2 4
CB
- Biên độ sóng tại C: 2
. os 4 2
B
C B
A A c A
- Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà li độ dao động của phần từ tại B bằng biên độ dao động của phần tử tại C là 0,2s 0, 2 0,8
4
T T s
Vậy tốc độ truyền sóng trên dây là: 40
50 / 0,5 /
v 0,8 cm s m s
T
.
Chọn đáp án C.
Bụng
C
Nút
O
C
A
23 +) Nhận xét : Ví dụ này học sinh dễ sai lầm ở chỗ hai lần liên tiếp của B để có được li độ của B bằng biên độ của C, phần này nếu học sinh không để ý mà lại tính góc đi từ B đến C, thì vận tốc tính được sẽ là v=1(m/s), trong đáp án có kết quả này, nếu ta khoanh vào sẽ sai lầm.
Ví dụ 5: (Đề thi thử chuyên Phan Bội Châu – Nghệ An – lần 3 năm 2012):
M, N, P là ba điểm liên tiếp nhau trên một sợi dây mang sóng dừng có cùng biên độ 4mm, dao động tại N ngược pha với dao động tại M. NP = 2MN=2cm. Cứ sau khoảng thời gian ngắn nhất là 0,04s sợi dây có dạng một đoạn thẳng. Tốc độ dao động của phần tử vật chất tại điểm bụng khi qua vị trí cân bằng là:
A. 375mm/s B. 363mm/s C. 314mm/s D. 628mm/s
Hướng dẫn giải
- M, N dao động ngược pha, cùng biên độ nên chúng đối xứng nhau qua nút sóng.
- N, P cùng biên độ và ở cùng một bó sóng nên đối xứng nhau qua bụng sóng.
- Từ hình vẽ 2MP2 1 2
6cm- Độ lệch pha biên độ giữa N và B : 2 2 . 2 2 1
6 3
NB
NP
NB
Vậy bụng sóng có biên độ : 2 2.4 8
os3
N
B N
A A A mm
c
Ta có : 0,04 0,08
2
T T s
Vậy tốc độ cực đại của điểm bụng khi qua vị trí cân bằng :
ax
2 2 .8
. 628 /
m B B 0,08
v A A mm s
T
. Chọn đáp án D.
+) Nhận xét : Ví dụ này học sinh cũng dễ sai lầm khi tính chu kì, nhiều học sinh tính khoảng thời gian 2 lần sợi dây duỗi thẳng là một chu kỳ, thì lại tính được vmax= 314 mm/s là sai ngay, vì trong đáp án của đề bài có kết quả này.
Ví dụ 6 : Một dây đàn hồi AB đầu A được rung nhờ một dụng cụ để tạo thành sóng dừng trên dây, biết Phương trình dao động tại đầu A là uA= acos100t.
Quan sát sóng dừng trên sợi dây ta thấy trên dây có những điểm không phải là điểm bụng dao động với biên độ b (b0) cách đều nhau và cách nhau khoảng 1m. Giá trị của b và tốc truyền sóng trên sợi dây lần lượt là :
A. a 2; v = 200m/s. B. A 3; v =150m/s.
Bụng
N
Nút
O
P
M
C. a; v = 300m/s. D. A 2; v =100m/s.
Hướng dẫn giải
- Các điểm dao động với biên độ b 0 và b 2a (tức là không phải là điểm nút và điểm bụng) cách đều nhauthì khoảng cách giữa hai điểm bằng /4 = 1m
4m
- Vận tốc truyền sóng trên dây là:
v = f = 4.50 = 200 (m/s) - Từ hình vẽ, ta thấy b =
2 2
2a = a 2 Chọn đáp án A.
+) Nhận xét: Ví dụ này học sinh dễ mắc sai lầm là xác định bước sóng của sóng dừng, nếu xác định sai thì bài toán sẽ bị sai lầm.
Ví dụ 7: Trên một sợi dây đàn hồi, hai đầu A B
cố định có sóng dừng ổn định với bước sóng = 24 cm. Hai điểm M và N cách đầu A những khoảng lần lượt là dM = 14cm và dN = 27 cm. Khi vận tốc dao động của phần tử vật chất ở M là vM = 2 cm/s thì vận tốc dao động của phần tử vật chất ở N là:
A. -2 cm/s. B. 2 cm/s. C. -2 cm/s. D. 2 cm/s.
Hướng dẫn giải - Độ lệch pha biên độ giữa M và A là:
14 7
2 2 .
24 6
MA
MA
14 7
2 2 .
24 6 6
MA
MA
- Độ lệch pha biên độ giữa N và A là:
2 2 .27 9 2
24 4 4
NA
NA
Vậy vị trí M , N được xác định như hình vẽ
M, N ở hai bó sóng liền kề nhau nên hai dao động ngược pha nhau.
Ta có: M M N M. N 2. 2 2 2 /
N N M
v A v A a
v cm s
v A A a . Chọn đáp án A
+) Nhận xét: Học sinh nếu không dùng cách đường tròn lượng giác thì rất dễ nhầm lẫn, vì khi xác định định pha của chúng. Còn nếu dùng đường tròn lượng giác cũng dễ nhầm , nếu không biết cách xác định mối liên hệ giữa biên độ sóng
2 2 3
N
Nút
a Bụng
O Q
M
P
b
Bụng
N
Nút
O M
A a
a
