Trả lời nhanh
Đáp án A: ứng dụng của hiện tượng sóng dừng để xác định tốc độ truyền sóng. Ta đo khoảng cách giữa các nút liên tiếp để suy ra bước sóng λ (hai nút liên tiếp cách nhau λ/2), biết tần số f của nguồn rồi tính v = λf. Chu kì sóng (phương án B) do nguồn quy định, không phải đại lượng cần “xác định” bằng sóng dừng.
Vì sao sóng dừng giúp xác định tốc độ truyền sóng?
Sóng dừng trên dây có các nút (đứng yên) và bụng (biên độ cực đại) nằm cố định. Vị trí các nút rất dễ quan sát và đo bằng thước, nên ta đo được bước sóng khá chính xác. Trong khi đó, đo trực tiếp tốc độ của một sóng đang chạy là việc khó.
Từ hai đại lượng dễ biết là bước sóng λ (đo từ sóng dừng) và tần số f (thường ghi trên máy phát hoặc đọc từ nguồn), ta tính được tốc độ truyền sóng:
v = λ·f = λ/T
Điều kiện sóng dừng cần nhớ
- Khoảng cách giữa hai nút (hoặc hai bụng) liên tiếp: λ/2.
- Dây hai đầu cố định: l = nλ/2, với n là số bụng (n = 1, 2, 3…).
- Dây một đầu cố định, một đầu tự do: l = (2k + 1)λ/4, k = 0, 1, 2…
Phân tích các phương án
| Phương án | Nhận xét |
|---|---|
| A. Xác định tốc độ truyền sóng | Đúng. Đo λ từ khoảng cách giữa các nút, kết hợp f được v = λf. |
| B. Xác định chu kì sóng | Sai. Chu kì (và tần số) của sóng bằng chu kì của nguồn phát, ta đã biết trước khi tạo sóng dừng; sóng dừng không dùng để “tìm” nó. |
| Các phương án khác về năng lượng, biên độ… | Sai. Trong sóng dừng, năng lượng không truyền đi dọc dây, và biên độ tại mỗi điểm chỉ là đặc điểm của hình ảnh sóng, không phải mục đích ứng dụng này. |
Lưu ý: nếu đề của bạn có phương án “xác định tần số sóng”, hãy đọc kĩ điều kiện. Khi biết sẵn v và đo được λ thì có thể suy ra f = v/λ, nhưng ứng dụng kinh điển trong sách giáo khoa vẫn là xác định tốc độ truyền sóng.
Ví dụ minh hoạ (tự đặt)
Một sợi dây dài 0,6 m, hai đầu cố định, được kích thích bằng nguồn có tần số 100 Hz và quan sát thấy 3 bụng sóng. Tính tốc độ truyền sóng.
- Hai đầu cố định: l = nλ/2 nên λ = 2l/n = 2·0,6/3 = 0,4 m.
- Tốc độ: v = λf = 0,4·100 = 40 m/s.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm khoảng cách giữa hai nút liên tiếp là λ (thực ra là λ/2).
- Đếm nút thay cho bụng khi áp dụng l = nλ/2: với hai đầu cố định, số bụng n, số nút là n + 1.
- Đổi đơn vị sai (cm sang m) làm sai v.
Mẹo nhớ: “Nút – nút cách nửa bước sóng; đo nút để biết bước, nhân tần số ra tốc độ”.
Bài luyện tập
- Dây hai đầu cố định dài 1,2 m, có 4 bụng, tần số 50 Hz. Tính v.
Đáp án: λ = 2·1,2/4 = 0,6 m; v = 0,6·50 = 30 m/s. - Trên dây có sóng dừng, khoảng cách giữa hai nút liên tiếp là 8 cm, tần số 25 Hz. Tính v.
Đáp án: λ/2 = 8 cm nên λ = 16 cm = 0,16 m; v = 0,16·25 = 4 m/s. - Dây một đầu cố định, một đầu tự do dài 0,45 m, có sóng dừng với 2 nút (kể cả nút ở đầu cố định) và tần số 100 Hz. Tính v.
Đáp án: hai nút nghĩa là k = 1: l = 3λ/4 nên λ = 4·0,45/3 = 0,6 m; v = 0,6·100 = 60 m/s.
Câu hỏi thường gặp
Ứng dụng của hiện tượng sóng dừng để làm gì?
Ứng dụng quen thuộc nhất là xác định tốc độ truyền sóng: đo khoảng cách giữa các nút để tìm bước sóng λ, rồi tính v = λf.
Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp bằng bao nhiêu?
Bằng nửa bước sóng (λ/2). Khoảng cách giữa một nút và một bụng liên tiếp là λ/4.
Điều kiện để có sóng dừng trên dây hai đầu cố định là gì?
Chiều dài dây bằng số nguyên lần nửa bước sóng: l = nλ/2, với n là số bụng sóng.
Vì sao sóng dừng không dùng để xác định chu kì sóng?
Vì chu kì của sóng bằng chu kì của nguồn phát và đã biết khi tạo sóng. Sóng dừng chỉ giúp đo bước sóng, từ đó tính tốc độ truyền.