Vật lý Lớp 12

1. Định Nghĩa: Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian, nhưng không truyền được trong chân không. Khi sóng cơ truyền đi chỉ có năng lượng và pha dao động lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định.

2. Phân loại: Sóng cơ chia thành 2 loại:

  - Sóng ngang: là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Chỉ truyền được trong chất rắn và trên mặt nước.

  - Sóng dọc: là sóng trong đó các phần tử môi trường dao động dọc theo phương truyền sóng. Truyền được cả trong chất rắn, chất lỏng, chất khí.

3. Các đặc trưng của sóng:

  - Biên độ sóng A: là biên độ dao động của phần tử môi trường.

  - Chu kì sóng T: là chu kì dao động của phần tử môi trường.

  - Tốc độ truyền sóng v=λf: là đại lượng đặc trưng cho sự lan truyền nhanh hay chậm của sóng và chỉ phụ thuộc bản chất môi trường và nhiệt độ.

    + Đối với mỗi môi trường thì tốc độ truyền sóng là không đổi.

    + Tốc độ truyền sóng trong môi trường Rắn lớn nhất tới Lỏng và tới Khí v_R > v_L >v_K

  - Bước sóng λ: Là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì. Là khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động tại 2 điểm đó là cùng pha.

    + Ở những điểm cách nhau số nguyên lần bước sóng thì dao động cùng pha.

    + Ở những điểm cách nhau 1 số bán nguyên lần bước sóng thì dao động ngược pha.

    + Với cùng một sóng truyền qua các môi trường thì bước sóng trong môi trường rắn lớn nhất tới lỏng và tới khí λ_R >λ_L >λ_K

  - Năng lượng sóng: Khi sóng truyền tới làm cho các phần tử vật chất của môi trường dao động, tức là đã truyền cho chúng một năng lượng. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. Năng lượng của một dao động điều hoà tỉ lệ với bình phương biên độ dao động.

4. Phương trình sóng:

  - Biểu thức sóng tổng quát tại nguồn: $ {u_N} = A\cos (\omega t + \varphi ) $

  - Khi đó biểu thức sóng tổng quát tại một điểm M có tọa độ x là: $ {u_M} = A\cos (\omega t + \varphi - 2\pi \frac{x}{\lambda }) $. Tức là sóng điểm M trể pha hơn sóng tại nguồn N.

5. Độ lệch pha của sóng tại hai điểm x₁ và x₂: $ \Delta \varphi = 2\pi \frac{{\Delta x}}{\lambda } $

Lưu ý: Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f.

1. Định Nghĩa: Giao thoa sóng là sự tổng hợp của 2 hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ biên độ sóng được tăng cường (cực đại giao thoa, biên độ 2A) hoặc triệt tiêu (cực tiểu giao thoa, biên độ 0). Tập hợp những điểm có biên độ cực đại hay cực tiểu là những đường hypebol xen kẽ nhau, gọi là các vân giao thoa.

2. Điều kiện giao thoa: Để có hiện tượng giao thoa thì hai sóng phải là hai sóng kết hợp, tức là:

  - Dao động cùng phương cùng tần số.

  - Có hiệu số pha không đổi theo thời gian

3. Hệ vân giao thoa: Trường hợp tổng quát với 2 nguồn lệch pha nhau Δφ

Cực đại giao thoa

Cực tiểu giao thoa

- Hiệu số pha của 2 sóng tại điểm đang xét M do 2 nguồn truyền tới là một số nguyên lần 2π ΔφM=k2π - Hiệu số đường đi của 2 sóng từ 2 nguồn truyền tới điểm đang xét ΔdM=$ {d_{2M}} - {d_{1M}} = k\lambda + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}\lambda $ - Số đường cực đại giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} $ - Số đường cực đại giữa 2 nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < \frac{L}{\lambda } - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} $

- Hiệu số pha của 2 sóng tại điểm đang xét M do 2 nguồn truyền tới là một số bán nguyên lần 2π ΔφM=(k+0,5)2π - Hiệu số đường đi của 2 sóng từ 2 nguồn truyền tới điểm đang xét ΔdM=$ {d_{2M}} - {d_{1M}} = \left( {k + \frac{1}{2}} \right)\lambda + \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}\lambda $ - Số đường cực tiểu giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } - \frac{1}{2} - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } - \frac{1}{2} - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} $ - Số đường cực tiểu giữa 2 nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} < k < \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} - \frac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }} $

	Cực đại giao thoa	Cực tiểu giao thoa
Hai nguồn cùng pha Δφ=0	- Tại những điểm mà hiệu số pha của hai sóng tới bằng một số nguyên lần 2π thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực đại. Đó là cực đại giao thoa. ΔφM=2kπ với k∈Z - Tại những điểm mà hiệu số đường đi của hai sóng tới bằng một số nguyên lần bước sóng thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực đại. Đó là cực đại giao thoa. ΔdM=d2M-d1M=kλ với k∈Z - Số đường cực đại giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } $ - Số đường cực đại giữa hai nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } < k < \frac{L}{\lambda } $	- Tại những điểm mà hiệu số pha của hai sóng tới bằng một số bán nguyên lần 2π thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực tiểu. Đó là cực tiểu giao thoa. ΔφM=(k+0,5)2π với k∈Z - Tại những điểm mà hiệu số đường đi của hai sóng tới bằng một số bán nguyên lần bước sóng thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực tiểu. Đó là cực tiểu giao thoa. ΔdM=d2M-d1M=(k+0,5)λ với k∈Z - Số đường cực tiểu giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } - \frac{1}{2} $ - Số đường cực tiểu giữa hai nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} $
Hai nguồn ngược pha Δφ=±π	- Tại những điểm mà hiệu số pha của hai sóng tới bằng một số nguyên lần 2π thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực đại. Đó là cực đại giao thoa. ΔφM=k2π với k∈Z - Tại những điểm mà hiệu số đường đi của hai sóng tới bằng một số bán nguyên lần bước sóng thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực đại. Đó là cực đại giao thoa. ΔdM=d2M-d1M=(k+0,5)λ với k∈Z - Số đường cực đại giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } - \frac{1}{2} $ - Số đường cực đại giữa hai nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} < k < \frac{L}{\lambda } - \frac{1}{2} $	- Tại những điểm mà hiệu số pha của hai sóng tới bằng một số lẻ lần π thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ cực tiểu. Đó là cực tiểu giao thoa. ΔφM=(k+0,5)2π với k∈Z - Tại những điểm mà hiệu số đường đi của hai sóng tới bằng một số nguyên lần bước sóng thì dao động tổng hợp tại đó có biên độ triệt tiêu. Đó là cực tiểu giao thoa. ΔdM=d2M-d1M=kλ với k∈Z - Số đường cực tiểu giữa 2 điểm M và N: $ \frac{{\Delta {d_M}}}{\lambda } < k < \frac{{\Delta {d_N}}}{\lambda } $ - Số đường cực tiểu giữa hai nguồn cách nhau một khoảng L: $ - \frac{L}{\lambda } < k < \frac{L}{\lambda } $

1. Định nghĩa: Sóng dừng là sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ truyền ngược chiều nhau trên cùng một phương truyền sóng. Trong sóng dừng, có một số điểm luôn đứng yên gọi là nút, và một số điểm luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. Khoảng cách giữa hai nút hoặc hai bụng liên tiếp thì bằng nửa bước sóng. Khoảng cách giữa một nút với một bụng liền kề bằng một phần tư bước sóng.

2. Sự phản xạ sóng: Khi gặp vật cản cố định thì sóng phản xạ luôn ngược pha với sóng tới. Khi gặp vật cản tự do thì sóng phản xạ luôn cùng pha với sóng tới.

* Chú ý:

  - Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng luôn dao động ngược pha.

  - Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha.

  - Các điểm trên dây đều dao động với biên độ không đổi → năng lượng không truyền đi

  - Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ T/2.

3. Công thức:

  - Công thức Melde: $ v = \sqrt {\frac{T}{\mu }} $ với T là lực căng dây và µ là khối lượng của một đơn vị chiều dài dây. Vậy khi lực căng T đổi thì vận tốc v đổi.

  - Biên độ tại điểm M trên phương truyền sóng:

    + Khi x là khoảng cách từ M đến đầu nút sóng thì biên độ tại M là: A_M = A_bụng$ \left|sin( {2\pi \frac{x}{\lambda }} )\right| $.

    + Khi x là khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng thì biên độ tại M là: A_M= A_bụng$ \left|cos( {2\pi \frac{x}{\lambda }} )\right| $. Trong đó A_bụng là biên độ dao động của các bụng sóng.

Hai đầu cố định

Một đầu cố định

- Khoảng cách 2 đầu: $ l = k \frac{\lambda }{2} $ với k ∈ Z.   + Số bụng sóng = k; số nút sóng = k+1. - Tần số: $ f = k\frac{v}{{2l}} $   + Khi k=1 thì f=$ \frac{v}{{2l}} $ là tần số âm cơ bản.   + Khi k=2 thì f2=2$ \frac{v}{{2l}} $ là họa âm bậc 2.   + Khi k=3 thì f3=3$ \frac{v}{{2l}} $ là họa âm bậc 3…..

- Khoảng cách 2 đầu: $ l = (k + \frac{1}{2}) $$ \frac{\lambda }{2} $ với k ∈ Z.   + Số bụng sóng = số nút sóng = k+1. - Tần số: $ f = \left( {k + 0,5} \right)\frac{v}{{2l}} $   + Khi k=0 thì f=$ \frac{v}{{4l}} $ là tần số âm cơ bản.   + Khi k=1 thì f1=3$ \frac{v}{{4l}} $ là họa âm bậc 3.   + Khi k=2 thì f2=5$ \frac{v}{{4l}} $ là họa âm bậc 5.   + Khi k=3 thì f3=7$ \frac{v}{{4l}} $ là họa âm bậc 7.

1. Định Nghĩa: Sóng âm là những dao động cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí.

2. Đặc điểm:

  - Trong chất khí và chất lỏng, sóng âm là sóng dọc. Trong chất rắn, sóng âm bao gồm cả sóng dọc và sóng ngang.

  - Nguồn âm là các vật dao động. Tần số dao động của nguồn âm cũng chính là tần số của sóng âm.

  - Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000Hz, trong đó âm có tần số dưới 16 Hz gọi là hạ âm và âm có tần số trên 20000 Hz gọi là siêu âm. Nhạc âm là âm có tần số xác định.

  - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của môi trường. v_r > v_l > v_k → λ_r > λ_l > λ_k

3. Các đặc trưng của sóng âm:

Đặc trưng vật lí của âm

Đặc trưng sinh lí của âm

- Tần số âm. - Cường độ âm I: Cường độ âm là năng lượng W mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích S đặt vuông góc với phương truyền âm, trong một đơn vị thời gian. $ I = \frac{P}{S} = \frac{W}{{tS}} $. Trong đó P là công suất của nguồn âm và S=4πR2 là diện tích mặt cầu đi qua điểm đang xét.   + Mức cường độ âm L: $ {L_{db}} = 10\lg \left( {\frac{I}{{{I_0}}}} \right) $ với I0 là cường độ âm chuẩn, thường lấy chuẩn cường độ âm I0=10-12W/m2 với m có tần số 1000Hz. - Đồ thị dao động âm (A; f): Khi một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f0 thì bao giờ cũng đồng thời phát ra một loạt âm có tần số 2f0, 3f0, ... có cường độ khác nhau. Âm có tần số f0 gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ nhất, các âm có tần số 2f0, 3f0, … gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3…

- Độ cao: là đặc trưng liên quan đến tần số của âm. - Độ to: là đặc trưng liên quan đến cường độ âm I hay mức cường độ âm L. - Âm sắc: là đặc trưng liên quan đến đồ thị dao động âm (giúp phân biệt âm của các nguồn khác nhau). Âm sắc phụ thuộc vào tần số và biên độ của các hoạ âm.

Chú ý:

- Vì sóng âm là sóng cơ nên sóng âm có đầy đủ tính chất của sóng cơ.

- Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi và khối lượng riêng của môi trường. Do đó, Trong một môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định. Và tốc độ truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí.

4. Công thức bổ sung:

- Với cùng nguồn âm, thì tại 1 điểm ta có: $ \frac {I_2}{I_1} = \frac {R_1^2} {R_2^2} $

- Với cùng nguồn âm, thì tại 1 điểm ta có: $ L_2 - L_1 = 10 \lg (\frac {I_2}{I_1}) = 20 \lg (\frac {R_1}{R_2})$