Trả lời nhanh
Khi đi từ không khí vào nước: bước sóng của sóng âm tăng, bước sóng của sóng ánh sáng giảm. Chiều ngược lại (từ nước ra không khí): sóng âm giảm, sóng ánh sáng tăng – đây là đáp án D của đề quen thuộc. Lý do: tần số không đổi, còn tốc độ âm tăng khi vào nước, tốc độ ánh sáng lại giảm.
Đề bài thường gặp
Đề hay ra ở hai dạng đối xứng nhau:
- “Một sóng âm và một sóng ánh sáng truyền từ nước ra không khí thì bước sóng…”
- “Một sóng âm và một sóng ánh sáng truyền từ không khí vào nước thì bước sóng…”
Phương án trong đề thường là bốn tổ hợp: cả hai cùng tăng, cả hai cùng giảm, âm tăng – ánh sáng giảm, âm giảm – ánh sáng tăng. Với dạng “nước ra không khí”, đáp án đúng là sóng âm giảm, sóng ánh sáng tăng. Với dạng “không khí vào nước” thì ngược lại.
Giải thích vì sao
Bước 1: Tần số không đổi
Tần số do nguồn quyết định. Khi sóng qua mặt phân cách, tần số f giữ nguyên với cả hai loại sóng.
Bước 2: Bước sóng λ = v/f
Vì f không đổi nên λ tỉ lệ thuận với tốc độ truyền v. Tốc độ tăng thì bước sóng tăng, tốc độ giảm thì bước sóng giảm.
Bước 3: So sánh tốc độ ở hai môi trường
| Loại sóng | Trong không khí | Trong nước | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Sóng âm | khoảng 340 m/s | khoảng 1500 m/s | Nước đặc hơn, đàn hồi tốt hơn nên âm truyền nhanh hơn |
| Ánh sáng | khoảng 3.108 m/s | c/n ≈ 2,25.108 m/s (n ≈ 4/3) | Chiết suất n > 1 nên ánh sáng truyền chậm hơn |
Kết luận theo chiều không khí → nước: vâm tăng nên λâm tăng; vsáng giảm nên λsáng giảm. Theo chiều nước → không khí: λâm giảm, λsáng tăng.
Ví dụ số tự đặt để kiểm chứng
- Sóng âm f = 1000 Hz: trong không khí λ = 340/1000 = 0,34 m; trong nước λ = 1500/1000 = 1,5 m. Vào nước, bước sóng tăng gần 4,4 lần.
- Ánh sáng có bước sóng 600 nm trong không khí: trong nước (n = 4/3) λ’ = λ/n = 600 : (4/3) = 450 nm. Vào nước, bước sóng giảm.
Loại trừ các phương án (dạng nước ra không khí)
- Cả hai cùng giảm: sai, vì ánh sáng ra không khí chạy nhanh hơn nên bước sóng tăng.
- Cả hai cùng tăng: sai, vì âm ra không khí chạy chậm đi nên bước sóng giảm.
- Âm tăng, ánh sáng giảm: đây là chiều của không khí → nước, bị đảo ngược.
- Âm giảm, ánh sáng tăng: đúng.
Mẹo nhớ và lỗi hay gặp
- Mẹo: sóng âm và sóng ánh sáng “ngược tính nhau”. Âm thích môi trường đặc (nhanh hơn), ánh sáng thích môi trường loãng (nhanh hơn).
- Lỗi 1: cho rằng tần số đổi theo môi trường. Tần số luôn không đổi.
- Lỗi 2: áp dụng tư duy chiết suất cho sóng âm. Chiết suất n chỉ dùng cho ánh sáng.
- Lỗi 3: đọc nhầm chiều truyền (vào/ra) nên đảo đáp án. Hãy gạch chân chiều truyền trước khi chọn.
Bài luyện tập
- Sóng âm tần số 500 Hz truyền từ nước (v = 1500 m/s) ra không khí (v = 340 m/s). Tính bước sóng ở mỗi môi trường.
Đáp án: trong nước λ = 1500/500 = 3 m; trong không khí λ = 340/500 = 0,68 m (giảm). - Ánh sáng đỏ bước sóng 0,75 μm trong không khí đi vào thuỷ tinh chiết suất 1,5. Tính bước sóng trong thuỷ tinh.
Đáp án: λ’ = 0,75/1,5 = 0,5 μm (giảm). - Tần số của sóng ánh sáng trong bài 2 có thay đổi không? Vì sao?
Đáp án: không đổi, vì tần số do nguồn quyết định; chỉ tốc độ và bước sóng thay đổi.
Câu hỏi thường gặp
Sóng âm và sóng ánh sáng từ không khí vào nước thì bước sóng thay đổi thế nào?
Bước sóng của sóng âm tăng (vì âm truyền nhanh hơn trong nước), còn bước sóng của sóng ánh sáng giảm (vì ánh sáng truyền chậm hơn trong nước).
Từ nước ra không khí thì đáp án là gì?
Bước sóng của sóng âm giảm, bước sóng của sóng ánh sáng tăng. Đây là chiều ngược lại so với khi đi từ không khí vào nước.
Khi qua mặt phân cách, đại lượng nào của sóng không đổi?
Tần số. Tần số do nguồn sóng quyết định nên không đổi, còn tốc độ và bước sóng thay đổi theo môi trường.
Công thức liên hệ bước sóng của ánh sáng trong hai môi trường?
λ' = λ/n, với λ là bước sóng trong chân không (hoặc không khí) và n là chiết suất của môi trường.