Sóng âm, trắc nghiệm vật lý lớp 12 2022

Chủ đề này gồm các vấn đề: sóng âm; đặc trưng vật lý ( khách quan) của âm; các đặc trưng sinh lý của âm thanh; nguồn nhạc âm.

A.LÍ THUYẾT

1. Sóng âm

– Định nghĩa: Sóng âm là sóng cơ được lan truyền trong các môi trường rắn lỏng khí

– Phân loại: Sóng âm có thể là sóng dọc và sóng ngang

– Môi trường: Sóng âm truyền trong rắn lỏng khí.

Trong môi trường xốp gần như sóng không truyền đi được

– Cảm giác âm phụ thuộc vào: nguồn âm, tai người nghe

Trong chương trình THPT chúng ta chỉ nghiên cứu nhạc âm tức là âm có tần số xác định

2. Các đại lượng đặc trưng của âm

– Đặc trưng vật lý: Tần số, cường độ âm, mức cường độ âm; Đồ thị âm

– Đặc trưng sinh lý: Độ cao; Độ to; âm sắc

a. Các đại lượng đặc trưng vật lí

b. Các đại lượng đặc trưng sinh lí

(1a) Tần số

– Tần số của âm là tần số của sóng

– Tần số âm phụ thuộc vào nguồn

Phân biệt: Âm thanh, hạ âm và siêu âm

+ Hạ âm $f<16Hz$

+ Âm thanh 16 Hz≤f≤20.000Hz

+ Siêu âm: $f>20000Hz$

(1b) Độ cao

– Là đại lượng phụ thuộc vào tần số của âm

– VD:

a. Âm lá cao âm la

b. Âm đố cao hơn âm đồ

c. Giọng nữ cao hơn giọng nam

=> Độ cao chỉ phụ thuộc vào nguồn âm

(1a) Cường độ âm và mức cường độ âm

– Cường độ âm là:(Kí hiệu I).Cường độ âm là năng lượng sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền trong một đơn vị thời gian

+ Công thức I= $frac{A}{{t.S}}$ = $frac{P}{S}$ = $frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}$ (W/m2)

Trong đó R là khoảng cách điểm đang xét so với điểm nguồn âm

+ Cường độ âm chuẩn: (Kí hiệu I0) : là cường độ âm nhỏ nhất mà tai người có thể nghe được (Thay đổi theo tần số)

VD:

Với f = 1000Hz : ${{I}_{0}}={{10}^{{-12}}}text{W}/{{m}^{2}}$

+ Mức cường độ âm: (Để so sánh cường độ âm và cường độ âm chuẩn)

L = lg $frac{I}{{{{I}_{0}}}}$ (B) (L = 10lg $frac{I}{{{{I}_{0}}}}$ (dB)

+ Cường độ âm: $I=frac{P}{S}=frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}$

2b)Độ to

– Là đại lượng sinh lí phụ thuộc vào cường độ âm (mức cường độ âm)

VD: Cùng một tần số

+ Đứng ở xa nguồn thì nghe to hơn đứng ở xa nguồn

– Chú ý: Độ to còn phụ thuộc vào tần số

=> Độ to phụ thuộc vào cả nguồn âm và tai người nghe

3a) Đồ thị âm

Mô tả sự biến đối của âm

Đồ thị âm không phải là đường hình sin nhưng vẫn là đồ thị tuần hoàn

3b) Âm sắc

– Là đại lượng gắn liền với đồ thị âm

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem: Top mẫu nhà vườn cấp 4 châu âu hiện đại, mẫu nhà vườn cấp 4 đẹp 2022 | Mytranshop.com

c. Các khái niệm khác

– Ngưỡng nghe, ngưỡng đau và miền nghe được

+ Ngưỡng nghe là mức cường độ âm nhỏ nhất mà tai người có thể nhận biết được phụ thuộc vào tần số

Ví dụ với tần số 1000Hz – 1500Hz : ngưỡng nghe là O dB

Với tần số 50Hz thì ngưỡng nghe : 50dB

+ Ngưỡng đau là cường độ âm (Mức cường độ âm) lớn nhất mà tai nwowci có thể chị được và không phụ thuộc vào tần số

+ Miền nghe được: Nằm từ ngưỡng nghe tới ngưỡng đau

d/ Chú ý:

– Hai âm “La” và “lá” do cùng một nhạc cụ phát ra khác nhau về tần số

– Hai âm do hai nhạc cụ phát ra chắn chắn khác nhau về âm sắc

3. Nguồn nhạc âm

a. Nguồn nhạc âm

– Nếu hai đầu cố định thì l = k. $frac{lambda }{2}$ => âm cơ bản một bó. ${{f}_{0}}=frac{v}{{2l}}$ họa âm bậc n: ${{f}_{n}}=n.{{f}_{0}}$

– Nếu một đầu tự do một đầu cố định : l = $left( {k-frac{1}{2}} right).frac{lambda }{2}$ = $(2k-1)frac{v}{{4f}}$ (đặt m = (2k-1))

=> âm cơ bản (nửa bó). ${{f}_{0}}=frac{v}{{4l}}$ ; họa âm bậc m: ${{f}_{n}}=mfrac{v}{{4l}}$ (m là số lẻ)

b. Hộp cộng hưởng:

– Tác dụng: Tác dụng làm âm to hơn, tạo ra âm sắc không ảnh hưởng tới tần số (Độ cao của âm)

– Cấu tạo: Là một hộp rỗng một đầu kín một đầu hở

B. BÀI TẬP

DẠNG 1. CƯỜNG ĐỘ ÂM VÀ MỨC CƯỜNG ĐỘ ÂM

a. Công thức cơ bản

+ Cường độ âm: $I=frac{P}{S}=frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}$

+ Mức cường độ âm : $L=10lg frac{I}{{{{I}_{0}}}}$

b. Kĩ năng

Tỉ số : $frac{{{{I}_{1}}}}{{{{I}_{2}}}}=frac{{{{P}_{1}}}}{{{{P}_{2}}}}=frac{{R_{2}^{2}}}{{R_{1}^{2}}}$

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem: Bí quyết chọn đá ốp cầu thang vừa đẹp vừa chuẩn phong thủy 2022 | Mytranshop.com

${{L}_{A}}-{{L}_{B}}=lg frac{{{{I}_{A}}}}{{{{I}_{B}}}}=2lg frac{{R_{B}^{{}}}}{{{{R}_{A}}}}$

$P=x.{{P}_{1}}pm y.{{P}_{2}},,,xrightarrow{{I=frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}}}I=x.{{I}_{1}}pm y.{{I}_{2}}xrightarrow{{L=lg frac{I}{{{{I}_{0}}}}(Rightarrow I={{I}_{0}}{{{.10}}^{L}})}}{{10}^{L}}=x{{.10}^{{{{L}_{1}}}}}pm y{{.10}^{{{{L}_{2}}}}}$

$R=x.{{R}_{1}}pm y.{{R}_{2}},,,xrightarrow{{I=frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}(Rightarrow R=sqrt{{frac{P}{{4pi I}}}})}}frac{1}{{sqrt{I}}}=x.frac{1}{{sqrt{{{{I}_{1}}}}}}pm y.frac{1}{{sqrt{{{{I}_{2}}}}}}xrightarrow{{L=lg frac{I}{{{{I}_{0}}}}(Rightarrow I={{I}_{0}}{{{.10}}^{L}})}}frac{1}{{{{{10}}^{{frac{L}{2}}}}}}=x.frac{1}{{{{{10}}^{{frac{{{{L}_{1}}}}{2}}}}}}pm y.frac{1}{{{{{10}}^{{frac{{{{L}_{2}}}}{2}}}}}}$

DẠNG 2 : NGUỒN NHẠC ÂM

(Sử lí như sóng dừng)

– Nếu hai đầu cố định thì l = k. $frac{lambda }{2}$

=> âm cơ bản một bó ${{f}_{0}}=frac{v}{{2l}}$

họa âm bậc n: ${{f}_{n}}=n{{f}_{0}}$

– Nếu một đầu tự do một đầu cố định : $l=left( {k+frac{1}{2}} right).frac{lambda }{2}=(2k+1)frac{v}{{4f}}$ (đặt m = (2k + 1))

=> âm cơ bản (nửa bó). ${{f}_{0}}=frac{v}{{4l}}$ ;

họa âm bậc m: ${{f}_{n}}=mfrac{v}{{4l}}$ (m là số lẻ)

Ví dụ 1: (Bài toán về cường độ âm và mức cường độ âm) Một nguồn âm là nguồn điểm phát âm đẳng hướng trong không gian. Giả sử không có sự hấp thụ và phản xạ âm. Tại một điểm cách nguồn âm 10m thì mức cường độ âm là 80dB. Tại điểm cách nguồn âm 1m thì mức cường độ âm bằng

A. 90dB B. 110dB C. 120dB D. 100dB

Hướng dẫn

$begin{array}{l}frac{{{{I}_{1}}}}{{{{I}_{2}}}}={{left( {frac{{{{R}_{2}}}}{{{{R}_{1}}}}} right)}^{2}}=frac{1}{{100}}=>{{I}_{2}}=100{{I}_{1}}\{{L}_{1}}=10lg frac{{{{I}_{1}}}}{{{{I}_{0}}}}(dB);{{L}_{2}}=10lg frac{{{{I}_{2}}}}{{{{I}_{0}}}}(dB)=10lg .frac{{100{{I}_{1}}}}{{{{I}_{0}}}}(dB)\{{L}_{2}}=10(2+lg frac{{{{I}_{1}}}}{{{{I}_{0}}}})=20+{{L}_{1}}=100(dB)end{array}$

=> Đáp án D

Ví dụ 2: (Bài toán về mức cường độ âm) (Trích đề ĐH-2012) Tại điểm O trong môi trường đẳng hướng, không hấp thụ âm, có 2 nguồn âm điểm, giống nhau với công suất phát âm không đổi. Tại điểm A có mức cường độ âm 20 dB. Để tại trung điểm M của đoạn OA có mức cường độ âm là 30 dB thì số nguồn âm giống các nguồn âm trên cần đặt thêm tại O bằng

A. 4. B. 3. C. 5. D. 7.

Mytranshop.com khuyên bạn nên xem: 1 quả trứng bao nhiêu gam? Lượng protein trong trứng? 2022 | Mytranshop.com

Hướng dẫn

Công suất phát của mỗi nguồn là P : $I=frac{P}{{4pi {{R}^{2}}}}$

$begin{array}{l}{{L}_{M}}-{{L}_{A}}=10lg {{(frac{{OA}}{{OM}})}^{2}}=>{{L}_{M}}=26dB\l=10lg frac{I}{{{{I}_{0}}}}=>frac{{I_{M}^{'}}}{{{{I}_{M}}}}=frac{{nP}}{{2P}}=frac{{{{{10}}^{{{{L}_{M}}'/10}}}}}{{{{{10}}^{{{{L}_{M}}/10}}}}}=>frac{n}{2}=frac{{{{{10}}^{3}}}}{{{{{10}}^{{2.6}}}}}approx 2,5=>n=5end{array}$

=> Cần đặt thêm 5 – 2 = 3 nguồn.

=> Đáp án B

Ví dụ 3: (Bài toán về nguồn nhạc âm) Một ống sáo dài 80cm, một đầu bịt kín một đầu hở, biết vận tốc truyền âm trong không khí là 340m/s. Xác định tần số lớn nhất mà ống sáo phát ra mà một người bình thường có thể nghe được? (Kết quả lấy gần đúng đến 2 số sau dấu phẩy)

A. 19,87kHz. B. 19,98kHz. C. 18,95kHz. D. 19,66 kHz.

Hướng dẫn

Ta có : $l=(2k+1)frac{lambda }{4}=(2k+1)frac{v}{{4f}}=>f=(2k+1)frac{v}{{4l}}$

* Để người bình thường có thể nghe được : $fle 20000Hz$

$(2k+1)frac{v}{{4l}}le 20000=>kle 93,6=>{{k}_{{max }}}=93=>{{f}_{{max }}}approx 19,{{87.10}^{3}}Hz$

=> Đáp án A.

Ví dụ 4: (Sóng âm là sóng cơ) Hai nguồn âm nhỏ S1, S2 giống nhau (được coi là hai nguồn kết hợp) phát ra âm thanh cùng pha và cùng biên độ. Một người đứng ở điểm N với S1N = 3m và S2N = 3,375m. Tốc độ truyền âm trong không khí là 330m/s. Tìm bước sóng dài nhất để người đó ở N không nghe được âm thanh từ hai nguồn S1, S2phát ra.

A. $lambda =1m$ B. $lambda =0,5m$ C. $lambda =0,4m$ D. $lambda =0,75m$