Trả lời nhanh
Khi truyền từ không khí vào thủy tinh, tần số của cả sóng điện từ lẫn sóng âm đều không đổi. Tần số do nguồn phát quyết định, không phụ thuộc môi trường. Chỉ có tốc độ truyền và bước sóng thay đổi: sóng điện từ chậm đi, bước sóng ngắn lại; sóng âm nhanh lên, bước sóng dài ra.
Vì sao tần số không đổi?
Sóng là quá trình dao động lan truyền. Tại mặt phân cách, các phần tử môi trường thứ hai bị dao động cưỡng bức theo đúng nhịp của sóng tới. Vì vậy mỗi giây có bao nhiêu dao động đến mặt phân cách thì có bấy nhiêu dao động đi tiếp vào môi trường mới.
Với sóng điện từ, điện trường và từ trường tại mặt phân cách phải liên tục theo thời gian nên chúng cũng biến thiên cùng nhịp. Kết luận chung: f không đổi khi sóng qua mặt phân cách.
Cái gì thay đổi? Tốc độ và bước sóng
Hệ thức v = λ·f. Vì f không đổi nên khi v đổi thì λ đổi theo cùng tỉ lệ.
| Đại lượng | Sóng điện từ (không khí → thủy tinh) | Sóng âm (không khí → thủy tinh) |
|---|---|---|
| Tần số f | Không đổi | Không đổi |
| Tốc độ v | Giảm (v = c/n, n > 1) | Tăng (chất rắn truyền âm nhanh hơn chất khí) |
| Bước sóng λ = v/f | Giảm | Tăng |
Mẹo nhớ: sóng điện từ “ngại” môi trường vật chất (nhanh nhất trong chân không), còn sóng âm “cần” môi trường (càng đặc, càng cứng càng nhanh).
Ví dụ minh hoạ (số liệu tự đặt)
Sóng điện từ (ánh sáng): ánh sáng có f = 5·1014 Hz, bước sóng trong không khí xấp xỉ 600 nm. Vào thủy tinh có chiết suất n = 1,5 thì v = c/n = 2·108 m/s, λ’ = v/f = 400 nm. Tần số vẫn là 5·1014 Hz, nên màu ánh sáng không đổi.
Sóng âm: âm có f = 1000 Hz, trong không khí v ≈ 340 m/s nên λ = 0,34 m. Trong thủy tinh, v cỡ vài nghìn m/s (giả sử 5000 m/s) thì λ’ = 5 m. Tần số vẫn 1000 Hz nên độ cao của âm không đổi.
Nếu đề cho 4 phương án, loại trừ thế nào?
Đề này thường có các phương án kiểu “tần số tăng”, “tần số giảm” hoặc “một sóng tăng, một sóng giảm”. Chỉ cần nhớ nguyên tắc trên là loại hết:
- Phương án nói tần số của sóng điện từ tăng hoặc giảm: sai, vì chiết suất chỉ làm đổi tốc độ và bước sóng.
- Phương án nói tần số của sóng âm tăng hoặc giảm: sai, vì tốc độ âm đổi nhưng nguồn không đổi.
- Phương án nói cả hai sóng đều không đổi tần số: đúng.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “tốc độ giảm thì tần số giảm”. Thực tế λ mới là đại lượng giảm theo v.
- Cho rằng sóng âm cũng chậm đi khi vào môi trường đặc hơn. Âm truyền nhanh nhất trong chất rắn, chậm nhất trong chất khí.
- Nhầm giữa chu kì, tần số với bước sóng: T và f thuộc về nguồn, còn λ và v thuộc về môi trường.
Bài luyện tập
Bài 1. Âm 440 Hz truyền từ không khí (340 m/s) vào nước (1480 m/s). Tìm tần số và bước sóng trong mỗi môi trường.
Đáp án: f = 440 Hz ở cả hai môi trường. λkk = 340/440 ≈ 0,77 m; λnước = 1480/440 ≈ 3,36 m.
Bài 2. Ánh sáng đỏ có bước sóng 0,75 µm trong chân không, truyền vào thủy tinh n = 1,5. Tìm tần số và bước sóng trong thủy tinh.
Đáp án: f = c/λ = 3·108/0,75·10-6 = 4·1014 Hz (không đổi); λ’ = λ/n = 0,5 µm.
Bài 3. Một sóng truyền từ môi trường 1 sang môi trường 2 có v2 = 2v1. Bước sóng thay đổi thế nào?
Đáp án: f không đổi nên λ2 = 2λ1, bước sóng tăng gấp đôi.
Câu hỏi thường gặp
Sóng điện từ và sóng âm truyền từ không khí vào thủy tinh thì tần số thay đổi thế nào?
Tần số của cả hai sóng đều không đổi vì tần số do nguồn phát quyết định, không phụ thuộc vào môi trường truyền.
Khi vào thủy tinh, bước sóng của sóng điện từ và sóng âm thay đổi ra sao?
Bước sóng sóng điện từ giảm (vì tốc độ giảm còn c/n), bước sóng sóng âm tăng (vì tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong không khí).
Vì sao ánh sáng đổi môi trường mà màu không đổi?
Màu sắc ánh sáng gắn với tần số. Tần số không đổi khi qua mặt phân cách nên màu sắc vẫn giữ nguyên dù bước sóng thay đổi.
Sóng âm truyền nhanh nhất trong môi trường nào?
Sóng âm thường truyền nhanh nhất trong chất rắn, chậm hơn trong chất lỏng và chậm nhất trong chất khí.