Lý thuyết Sóng dừng (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 13: Sóng dừng

A. Lý thuyết Sóng dừng

I. Thí nghiệm tạo sóng dừng

II. Giải thích sự tạo thành sóng dừng

1. Đặc điểm của sóng dừng

– Sóng dừng được tạo thành mỗi khi có hai sóng cùng biên độ, cùng bước sóng lan truyền theo hai hướng ngược nhau. Hai sóng này gặp nhau, giao thoa thành sóng dừng

– Những điểm tại đó hai sóng ngược pha nhau thì không dao động và được gọi là nút sóng

– Những điểm tại đó hai sóng đồng pha với nhau thì dao động với biên độ cực đại được gọi là bụng sóng

– Sóng dừng là tổng hợp của nhiều sóng tới và sóng phản xạ

2. Điều kiện để có sóng dừng

– Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng

$L=n\frac{\lambda }{2}$

Với n= 1, 2, 3, …

III. Sóng dừng trong các nhạc cụ

1. Sóng dừng đối với nhạc cụ dây

– Đối với các loại nhạc cụ dây như đàn ghita, violon, đàn tính, đàn cò,… thì hai đầu dây đàn được giữ cố định

– Để khuếch đại âm, đàn ghita, đàn tính còn có một thùng đàn đóng vai trò hộp cộng hưởng

2. Sóng dừng đối với nhạc cụ khí

– Đối với nhạc cụ khí như sáo, kèn, khi ta thổi, cột không khí dao động tạo ra sóng dừng

Sơ đồ tư duy về “Sóng dừng”

B. Trắc nghiệm Sóng dừng

Câu 1. Một dây đàn dài 0,6 m hai đầu cố định dao động với một bụng độc nhất (ở giữa dây). Bước sóng có giá trị là

A. 0,5 m.

B. 1,0 m.

C. 1,2 m.

D. 1,8 m.

Hướng dẫn giải

Vì hai đầu cố định dao động với một bụng độc nhất (ở giữa dây) nên hai đầu dây là hai nút kế tiếp.

Chiều dài dây thỏa mãn: $\mathcal{l}=\frac{\lambda }{2}\Rightarrow \lambda =2.\mathcal{l}=\mathrm{2.0,6}=\mathrm{1,2}\left(m\right)$

Đáp án đúng là C.

Câu 2. Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về sóng dừng?

A. Các điểm nằm trên một bụng thì dao động cùng pha.

B. Trong sóng dừng có sự truyền pha từ điểm này sang điểm khác.

C. Điểm bụng là điểm mà sóng tới và sóng phản xạ cùng pha.

D. Điểm nút là điểm mà sóng tới và sóng phản xạ ngược pha.

Hướng dẫn giải

A – Đúng

B – Sai, vì trong sóng dừng không có sự truyền pha.

C – Đúng

D – Đúng

Đáp án đúng là B.

Câu 3. Chọn câu đúng. Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ

A. cùng pha với sóng tới nếu vật cản là cố định.

B. ngược pha với sóng tới nếu vật cản là cố định.

C. luôn cùng pha với sóng tới.

D. luôn ngược pha với sóng tới.

Hướng dẫn giải

Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ ngược pha với sóng tới nếu vật cản là cố định.

Đáp án đúng là B.

Câu 4. Sóng dừng là

A. sóng được tạo thành giữa hai điểm cố định trong một môi trường.

B. sóng được tạo thành do sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

C. sóng được tạo thành do sự giao thoa của hai sóng kết hợp, trên đường thẳng nối giữa hai tâm phát sóng.

D. sóng được tạo thành do sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

Hướng dẫn giải

Sóng dừng là sóng được tạo thành do sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

Đáp án đúng là D.

Câu 5. Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi hai đầu cố định. Hai điểm A và B trên dây cách nhau 1m là hai nút. Biết tần số sóng khoảng từ 300 Hz đến 450 Hz. Tốc độ truyền dao động là 320 m/s. Tần số của sóng trên dây là

A. 320 Hz.

B. 400 Hz.

C. 160 Hz.

D. 100 Hz.

Hướng dẫn giải

Tần số để xảy ra sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi hai đầu cố định thỏa mãn điều kiện:

$f=\frac{n.v}{2\mathcal{l}}=\frac{n.320}{2}=n.160\left(Hz\right)$

Vì $300\le f\le 450$ nên $\mathrm{1,875}\le f\le \mathrm{2,8}\Rightarrow n=2\Rightarrow f=320Hz$

Đáp án đúng là A.

Câu 6. Trên sợi dây đàn hồi AB đang có sóng dừng với hai đầu dây cố định, tần số thay đổi được, chiều dài dây không đổi, coi tốc độ truyền sóng luôn không đổi. Khi tần số bằng f thì trên dây có ba bụng sóng. Tăng tần số thêm 20 Hz thì trên dây có năm bụng sóng. Để trên dây có bảy bụng sóng thì cần tiếp tục tăng tần số thêm

A. 5 Hz.

B. 10 Hz.

C. 15 Hz.

D. 20 Hz.

Hướng dẫn giải

Theo đề bài: Trên dây có 3 bụng sóng => k = 3

Đáp án đúng là D.

Câu 7. Một sợi dây đàn hồi dài 30 cm có hai đầu cố định. Trên dây đang có sóng dừng. Biết sóng truyền trên dây với bước sóng 20 cm và biên độ dao động của điểm bụng là 2 cm. Số điểm trên dây mà phần tử tại đó dao động với biên độ 6 mm là                   

A. 5.

B. 6.

C. 7.

D. 8.

Hướng dẫn giải

Dây hai đầu cố dịnh đang có sóng dừng nên $\mathcal{l}=\frac{n.\lambda }{2}$ (n là số bó sóng).

$\mathcal{l}=30cm,\lambda =20cm\Rightarrow n=3$

Ta nhận thấy trên một bó sóng có 2 điểm dao động với cùng biên độ 6mm nên trên dây có 3.2 = 6 điểm mà phần tử tại đó dao động với biên độ bằng 6mm.

Đáp án đúng là B.

Câu 8. Một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m có hai đầu cố định. Trên dây đang có sóng dừng. Không kể hai đầu dây, trên dây còn quan sát được hai điểm mà phần tử dây tại đó đứng yên. Biết sóng truyền trên dây với tốc độ 8 m/s. Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là

A. 0,025 s.

B. 0,05 s.

C. 0,07 s.

D. 0,09 s.

Hướng dẫn giải

Trên dây ngoài hai đầu dây cố định ta còn thấy có 2 điểm nút khác nên tổng cộng dây có 4 nút ứng với 3 bó sóng.

$\Rightarrow \mathcal{l}=\frac{3\lambda }{2}\Rightarrow \lambda =\mathrm{0,8}m.$

Chu kỳ sóng là: $T=\frac{\lambda }{v}=\frac{\mathrm{0,8}}{8}=\mathrm{0,1}s$

Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là $\Delta t=\frac{T}{2}=\mathrm{0,05}s.$

Đáp án đúng là B.

Câu 9. Một sợi dây dài 1m, hai đầu cố định và rung với hai bó sóng thì bước sóng của dao động là

A. 0,5 m.

B. 1,0 m.

C. 1,2 m.

D. 1,5 m.

Hướng dẫn giải

Sóng dừng hai đầu cố định có hai bó sóng => k = 2

Điều kiện trên dây xảy ra sóng dừng hai đầu cố định là:

$\mathcal{l}=k\frac{\lambda }{2}\Rightarrow \lambda =\frac{2\mathcal{l}}{k}=\frac{2.1}{2}=1\left(m\right)$

Đáp án đúng là B.

Câu 10. Trên một sợi dây dài 90 cm có sóng dừng. Kể cả 2 nút ở hai đầu dây thì trên dây có 10 nút sóng. Biết tần số của sóng truyền trên dây là 200 Hz. Sóng truyền trên dây có tốc độ là

A. 25 m/s.

B. 40 m/s.

C. 57 m/s.

D. 68 m/s.

Hướng dẫn giải

Trên dây có 10 nút => k = 9

Điều kiện trên dây xảy ra sóng dừng hai đầu cố định:

$\mathcal{l}=k\frac{\lambda }{2}\Rightarrow \lambda =\frac{2\mathcal{l}}{k}=\frac{2.90}{9}=20\left(cm\right)$

Tốc độ truyền sóng: $v=\lambda f=20.200=4000(cm/s)=40(m/s)$

Đáp án đúng là B.

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 12: Giao thoa sóng

Lý thuyết Bài 13: Sóng dừng

Lý thuyết Bài 15: Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

Lý thuyết Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

Lý thuyết Bài 17: Khái niệm điện trường