Cách giải các dạng bài tập về Sóng âm (hay, chi tiết)

---

---

Bài viết Cách giải các dạng bài tập về Sóng âm với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Cách giải các dạng bài tập về Sóng âm.

Cách giải các dạng bài tập về Sóng âm (hay, chi tiết)

1. Phương pháp

Sóng âm là là sóng dọc cơ học lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí, (không lan truyền trong chân không).

- Tai con người chỉ có thể cảm nhận được (nghe được) các âm có tần số từ 16 Hz đến 20000Hz. Các sóng âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz được gọi là hạ âm. Các sóng âm có tần số lớn hơn 20000 Hz được gọi là siêu âm.

- Tốc độ truyền âm giảm trong các môi trường theo thứ tự : rắn, lỏng, khí. Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất môi trường, nhiệt độ của môi trường và khối lượng riêng của môi trường. Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ truyền âm cũng tăng.

1.Các đặc trưng vật lý của âm

- Tần số âm: Âm trầm có tần số nhỏ, âm cao có tần số lớn.

- Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền âm trong một đơn vị thời gian.

Nếu có n nguồn âm giống nhau, kích thước nhỏ phát ra sóng âm đồng đều theo mọi hướng:

Trong đó:

I là cường độ âm tại M (W/m²).

P là công suất của nguồn âm (W).

d là khoảng cách tính từ nguồn đến điểm M (m).

Mức cường độ âm L tại M:

Io = 10 ^{- 12} W/m².

1 B = 10 dB.

- Đồ thị dao động âm và phổ của âm

Âm thanh phát ra trong không khí được thu lại và chuyển thành dao động của các cần rung hoặc dao động điện có cùng tần số.

2.Các đặc trưng sinh lý của âm:

Âm có 3 đặc trưng sinh lý là : độ cao, độ to và âm sắc. Các đặc trưng của âm nói chung phụ thuộc vào cảm thụ âm của tai con người.

- Độ cao

    + Đặc trưng cho tính trầm hay bổng của âm.

    + Phụ thuộc vào tần số âm. Âm có tần số lớn gọi là âm bổng và âm có tần số nhỏ gọi là âm trầm.

- Độ to Là đại lượng đặc trưng cho tính to hay nhỏ của âm, phụ thuộc vào tần số âm và mức cường độ âm.

- Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm ( tần số và biên độ) hoặc phổ của âm. Hai nhạc cụ khác nhau phát ra cùng một nốt nhạc, cùng độ cao ( cùng tần số), cùng cường độ sẽ chắc chắn khác nhau về âm sắc.

Ngưỡng nghe : là giá trị nhỏ nhất của mức cường độ âm mà tai con người có thể nghe được, I = I_o = 10^-12W/m² ⇔ L = 0 dB

Ngưỡng đau : Là cường độ âm lớn tới mức tạo cảm giác đau trong tai, I_max = 10 W/m² ⇔ L = 130 dB

Miền nghe được : là giá trị của mức cường độ âm trong khoảng giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau ( 0 dB – 130 dB).

3. Nhạc âm và tạp âm:

Nhạc âm là những âm có tần số xác định và đồ thị dao động là đường cong hình sin. Tạp âm là những âm có tần số không xác định và đồ thị dao động là những đường cong phức tạp.

4. Âm cơ bản và họa âm:

Âm cơ bản có tần số f1 (tần số nhỏ nhất mà nhạc cụ có thể phát ra, có biên độ âm lớn nhất)

Các họa âm có tần số bằng bội số tương ứng với âm cơ bản.

    + Dây đàn (2 đầu cố định): các họa âm bằng nguyên lần âm cơ bản: f₂ = 2f_o, f₃ = 3f_o,..., f_n = nf_o

    + Ống sáo (1 đầu nót, 1 đầu hở): các họa âm bằng nguyên lẻ lần âm cơ bản: f₁ = f_o, f₂ = 3f_o, f₃ = 5f_o, f₄ = 7f_o, ...

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Hai họa âm liên tiếp do một dây đàn phát ra có tần số hơn kém nhau 56 Hz, họa âm thứ ba và họa âm thứ năm có tần số bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 56 Hz nên ta có:

Từ đó ta có tần số của họa âm thứ ba và thứ năm là:

Ví dụ 2: Một dây đàn phát ra âm cơ bản có tần số f₁ = 420 Hz. Một người chỉ nghe được âm cao nhất có tần số là 18000 Hz, tìm tần số lớn nhất mà nhạc cụ này có thể phát ra để người đó nghe được.

Lời giải:

Gọi f_n là âm mà người đó nghe được, ta có: f_n = n. f¹ = 420n

Theo bài

f_n < 18000 ⇔ 420n < 18000 ⇒ n < 42,8 (1)

Từ đó giá trị lớn nhất của âm mà người đó nghe được ứng với giá trị nguyên lớn nhất thỏa mãn (1) là n = 42

Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 (Hz).

Ví dụ 3: Mức cường độ âm tại một điểm cách một nguồn phát âm 1 m có giá trị là 50 dB. Một người xuất phát từ nguồn âm, đi ra xa nguồn âm thêm 100 m thì không còn nghe được âm do nguồn đó phát ra. Lấy cường độ âm chuẩn là I_o = 10^-12(W/m²) , sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng nghe của tai người này là bao nhiêu?

Lời giải:

Cường độ âm được tính bởi I = P/S

Do âm phát ra dạng sóng cầu nên:

Do đó

Mức cường độ âm gây ra tại điểm cách nguồn âm 100 m là:

Vậy ngưỡng nghe của tai người này là 10 (dB).

Ví dụ 4: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường độ âm của chúng là bao nhiêu?

Lời giải:

Áp dụng công thức tính mức cường độ âm ta có:

Vậy tỉ số cường độ âm của hai âm đó là 100 lần.

Ví dụ 5: Một người đứng cách nguồn âm một khoảng d thì cường độ âm là I. Khi người đó tiến ra xa nguồn âm một đoạn 40m thì cường độ âm giảm chỉ còn I/9 . Tính khoảng cách d.

Lời giải:

Ta có:

Ví dụ 6: Mức cường độ của một âm là L = 30(dB) . Hãy tính cường độ của âm này theo đơn vị W/m² . Biết cường độ âm chuẩn là I_o = 10^-12 W/m² . Cường độ âm tăng 100 lần thì mức cường độ âm tăng bao nhiêu dB?

Lời giải:

Mức cường độ âm tính theo đơn vị (dB) là:

Mức cường độ âm tính theo đơn vị (dB) là:

    + Khi cường độ tăng 100 lần tức là bằng 100 I thì

    + Vậy mức cường độ âm tăng thêm 20(dB).

Ví dụ 7: Tại một điểm A nằm cách xa nguồn âm O (coi như nguồn điểm) một khoảng OA = 1(m) , mức cường độ âm là L_A = 90 (dB) . Cho biết ngưỡng nghe của âm chuẩn I_o = 10^-12 W/m² .

1) Tính cường độ I_o của âm đó tại A

2) Tính cường độ và mức cường độ của âm đó tại B nằm trên đường OA cách O một khoảng . Coi môi trường là hoàn toàn không hấp thụ âm.

3) Giả sử nguồn âm và môi trường đều đẳng hướng. Tính công suất phát âm của nguồn O.

Lời giải:

1) Mức cường độ âm tại A tính theo đơn vị (dB) là:

⇒ I = I_o. 10⁹ = 10_-12 . 10⁹ = 10^-3 (W/m²)

2) Công suất âm của nguồn O bằng công suất âm trên toàn diện tích mặt cầ u bán kính OA và bằng công suất âm trên toàn diện tích mặt cầu bán kính OB tức là: W_o = I_A. S_A = I_B. S_B (1) (xem hình vẽ).

Trong đó I_A, I_B là cường độ âm tại A và B; S_A, S_B là diện tích các mặt cầu tâm O bán kính OA và OB.

    + Từ đó rút ra:

    + Mức cường độ của âm đó tại B là:

3) Công suất của nguồn âm tính theo (1), bằng năng lượng truyền qua diện tích mặt cầu tâm O bán kính OA trong 1 giây

3. Bài tập bổ sung

Câu 1: Một người dùng búa gõ nhẹ vào đường sắt và cách đó 1376 m, người thứ hai áp tai vào đường sắt thì nghe thấy tiếng gõ sớm hơn 3,3 s so với tiếng gõ nghe trong không khí. Tốc độ âm trong không khí là 320 m/s. Tốc độ âm trong sắt là

A. 1238 m/s.

B. 1376 m/s.

C. 1336 m/s.

D. 1348 m/s.

Câu 2: Sóng âm khi truyền trong chất rắn có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang và lan truyền với tốc độ khác nhau. Tại trung tâm phòng chống thiên tai nhận được hai tín hiệu từ một vụ động đất cách nhau một khoảng thời gian 270 s. Hỏi tâm chấn động đất cách nơi nhân tín hiệu bao xa? Biết tốc độ truyền sóng trong lòng đất với sóng ngang và sóng dọc lần lượt là 5 km/s và 8 km/s.

A. 570 km.

B. 730 km.

C. 3600 km.

D. 3200 km.

Câu 3: Một sóng âm có tần số xác định truyền trong không khí và trong nước với tốc độ lần lượt là 320 m/s và 1440 m/s. Khi sóng âm đó truyền từ nước ra không khí thì bước sóng của nó sẽ

A. tăng 4,4 lần.

B. giảm 4,5 lần.

C. tăng 4 ,5 lần.

D. giảm 4,4 lần.

Câu 4: Một nam châm điện dùng dòng điện xoay chiều có chu kì 62,5 (μs). Nam châm tác dụng lên một lá thép mỏng làm cho lá thép dao động điều hòa và tạo ra sóng âm. Sóng âm do nó phát ra truyền trong không khí là:

A. Âm mà tai người có thể nghe được.

B. Sóng ngang.

C. Hạ âm.

D. Siêu âm.

Câu 5: Một người đứng gần ở chân núi hú lên một tiếng. Sau 8 s thì nghe tiếng mình vọng lại, biết tốc độ âm trong không khí là 340 m/s. Khoảng cách từ chân núi đến người đó là

A. 1333 m.

B. 1386 m.

C. 1360 m.

D. 1320 m.

Câu 6: Tai người không thể phân biệt được 2 âm giống nhau nếu chúng tới tai chênh nhau về thời gian một lượng nhỏ hơn hoặc bằng 0,1s. Một người đứng cách một bức tường một khoảng L, bắn một phát súng. Người ấy sẽ chỉ nghe thấy một tiếng nổ khi L thỏa mãn điều kiện nào dưới đây nếu tốc độ âm trong không khí là 340 m/s.

A. L ≥ 17 m.

B. L ≤17 m.

C. L ≥ 34 m.

D. L ≤ 34 m.

Câu 7: Khi một nguồn âm phát ra với tần số f và cường độ âm chuẩn là 10^-12 (W/m²) thì mức cường độ âm tại một điểm M cách nguồn một khoảng r là 40 dB. Giữ nguyên công suất phát nhưng thay đổi f của nó để cường độ âm chuẩn là 10^-10 (W/m²) thì cũng tại M, mức cường độ âm là

A. 80 dB.

B. 60 dB.

C. 40 dB.

D. 20 dB

Câu 8: Trong một buổi hòa nhạc, giả sử 5 chiếc kèn đồng giống nhau cùng phát sóng âm thì tại điểm M có mức cường độ âm là 50 dB. Để tại M có mức cường độ âm 60 dB thì số kèn đồng cần thiết là

A. 50.

B. 6.

C. 60.

D. 10.

Câu 9: Tại vị trí O trong trên mặt đất có một nguồn âm điểm phát âm đẳng hướng ra không gian với công suất không đổi. Hai điểm P và Q lần lượt trên mặt đất sao cho OP vuông góc với OQ. Một thiết bị xác định mức cường độ âm M bắt đầu chuyển động thẳng với gia tốc a không đổi từ P hướng đến Q, sau khoảng thời gian t₁ thì M đo được mức cường độ âm lớn nhất; tiếp đó M chuyển động thẳng đều và sau khoảng thời gian 0,125t₁ thì đến điểm Q. Mức cường độ âm đo được tại P là 20 dB. Mức cường độ âm tại Q mà máy đo được là

A. 26 dB.

B. 6 dB.

C. 24 dB.

D. 4 dB.

Câu 10: Một âm thoa nhỏ đặt trên miệng của một ống không khí hình trụ AB, chiều dài l của ống khí có thể thay đổi được nhờ dịch chuyển mực nước ở đầu B. Khi âm thoa dao động ta thấy trong ống có một sóng dừng ổn định. Khi chiều dài ống thích hợp ngắn nhất 13 cm thì âm thanh nghe to nhất. Biết rằng với ống khí này đầu B là một nút sóng, đầu A là một bụng sóng. Khi dịch chuyển mực nước ở đầu B để chiều dài 65 cm thì ta lại thấy âm thanh cũng nghe rất rõ. Tính số nút sóng trong ống.

A. 2.

B. 3.

C. 4.

D. 5.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

• Tổng hợp lý thuyết sóng âm là gì, ngắn gọn, chi tiết, đầy đủ
• Bài toán về đặc trưng vật lí của âm: bước sóng, vận tốc, cường độ âm, năng lượng
• Bài toán về nguồn nhạc âm trong sóng âm cực hay có lời giải
• Bài tập Sóng âm trong đề thi Đại học (có lời giải)
• Dạng bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải

• 60 bài tập trắc nghiệm Sóng âm có lời giải (phần 1)

• 60 bài tập trắc nghiệm Sóng âm có lời giải (phần 2)

• 60 bài tập trắc nghiệm Sóng âm có lời giải (phần 3)

---

---

---