Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải

A. Phương pháp giải

1. Những đặc trưng vật lí của âm:

a) Tần số âm: Tần số âm là một trong những đặc trưng quan trọng nhất của âm

b) Cường độ âm: I (W/m2)

+ Sóng âm lan đến đâu thì sẽ làm cho phần tử của môi trường ở đó dao động. Như vậy, sóng âm mang theo năng lượng.

+ 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 sóng trong một đơn vị thời gian.

+ Đơn vị của cường độ âm là oát trên mét vuông, kí hiệu là: W/m2.

+ Cường độ âm I tại một điểm là năng lượng gữi qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó trong một đơn vị thời gian. I = P/S = P/(4πR2)

+ Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm: I ~ a2

+ Năng lượng âm: ∆E = P.t = P. AB/v

+ Cường độ âm toàn phần: I = ΣIi = I1 + I2 + ... + In

+ Nếu âm truyền đẳng hướng và môi trường không hấp thụ và phản xạ âm thì có nghĩa là công suất âm không đổi khi truyền đi. Ta có: P = I.S = hằng số.

=> I1S1 = I2S2 => I1R12 = I2R22

c) Mức cường độ âm: L (Ben = B) hay Đề-xi-Ben (dB).

L = 10lgI/Io hay : = lg(I/Io) (B)

Lưu ý: Con người thường dùng đơn vị dB đo mức cường độ âm.

* Mức cường độ âm phụ thuộc khoảng cách:

- Độ chênh lệch mức cường độ âm tại hai điểm cách nguồn âm những khoảng R1 và R2 là: ∆L = L2 - L1 = log(I2/I1) = log(R1/R2) (dùng công thức này cho trường hợp nguồn âm không thay đổi)

- Liên quan đến tỉ số cường độ âm và hiệu mức cường độ âm thì từ công thức định nghĩa, ta có: I2/I1 = 10.L2.-L1 (L tính bằng đơn vị Ben-B)

- Cường độ âm (I), mức cường độ âm (L) và khoảng cách đến nguồn âm:

I2/I1 = (r1/r2)2 = 10.L2.-L1 (L tính bằng đơn vị Ben-B)

* Mức cường độ âm và công suất - số nguồn âm:

- Cường độ âm tỉ lệ với công suất của nguồn âm và tỉ lệ với số nguồn âm giống nhau:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

- Nếu nguồn âm được cấu tạo từ n nguồn giống nhau, mỗi nguồn có công suất Po thì công suất của cả nguồn P = n.Po , ta có:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

- Liên quan giữa cường độ âm và mức cường độ âm, ta sử dụng công thức:

L(B) = log (I/Io) ⇔ I = Io. 10L

- Khi cường độ âm tăng 10n (lần), độ to tăng n (lần) và mức cường độ âm tăng thêm n (B):

I2 = 10nI1 ↔ L2 = L1 + n (B)

- Cường độ âm tỉ lệ công suất nguồn âm và tỉ lệ với số nguồn âm giống nhau:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

* Mức cường độ âm phụ thuộc khoảng cách và số nguồn âm.

Nếu nguồn âm được cấu tạo từ n nguồn giống nhau, mỗi nguồn có công suất P0, thì công suất của cả nguồn là P = n.P0. Áp dụng tương tự như trên, ta có:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: (Quốc gia – 2017) Tại một điểm trên trục Ox có một nguồn âm điểm phát âm đẳng hướng ra môi trường Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ âm I tại nhưng điểm trên trục Ox theo tọa độ x. Cường độ âm chuẩn là Io = 10-12W/m2 . M là một điểm trên trục Ox có tọa độ x = 4m. Mức cường độ âm tại M có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 24 dB    B. 23 dB

C. 24,4 dB    D. 23,5 dB

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Hướng dẫn giải:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn C

+ Cường độ âm tại một điểm I ≈ 1/r2 với r là khoảng cách từ điểm đó đến nguồn âm

+ Từ hình vẽ ta xác định được:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

(ro là khoảng cách từ nguồn âm đến gốc tọa độ O)

+ Tương tự như vậy với điểm M cách O 4 m nghĩa là cách nguồn âm 6 m, ta cũng tìm được

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Ví dụ 2: (Quốc gia – 2017) Hình bên là đồ thì biểu diễn sự phụ thuộc của mức cường độ âm L theo cường độ âm I. Cường độ âm chuẩn gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 0,33a    B. 0,31a

C. 0,35a    D. 0,37a

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Hướng dẫn giải:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn B

+ Ta có L = log I/Io

+ Từ hình vẽ ta nhận thấy Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Thay vào biểu thức trên ta tìm được Io = a/√10 ≈ 0,316a

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Hai nguồn âm điểm phát sóng âm phân bố đều theo mọi hướng, bỏ qua sự hấp thụ và phản xạ âm của môi trường. Hình vẽ bên là đồ thị phụ thuộc cường độ âm I theo khoảng cách đến nguồn r (nguồn 1 là đường nét liền và nguồn 2 là đường nét đứt). Tỉ số sông suất nguồn 1 và công suất nguồn 2 là:

A. 0,25.    B. 2.

C. 4.    D. 0,5.

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12
Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn B

Xét 2 điểm như trên đồ thị, hai điểm này có r1 = r2.

Ta có:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Câu 2: Hình bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của mức cường độ âm L theo công suất P. Khi công suất âm là 40W thì mức cường độ âm bằng:

A. 0,3B.    B. 0,4B.    C. 0,5B.    D. 0,6B

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn C

Ta có: L = log I/Io = log I/IoS => L1 - L2 = log P1/P2

Từ đồ thị ta thấy: với P = P1 = 20W thì L = L1 = 0,2B;

Với P = P2 = 40W thì L = L2.

Suy ra:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Câu 3: Tại một điểm trên trục Ox có một nguồn âm điểm phát âm đẳng hướng ra môi trường. Hình vẽ bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ âm I tại những điểm trên trục Ox theo tọa độ x. Cường độ âm chuẩn là Io = 10-12 W/m2. M là điểm trên trục Ox có tọa độ x = 3 m. Mức cường độ âm tại M có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 2,6B    C. 2,3B.    B. 2,4dB.    D. 3,1B

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12
Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn D

+ Cường độ âm tại một điểm I ≈ 1/r2 với r là khoảng cách từ điểm đó đến nguồn âm.

+ Từ hình vẽ ta xác định hai điểm:

Q (xQ = 0, IQ = 4.10-9 W/m2), điểm N (xN = 4m, IN = 10-9W/m2).

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Ta có:

(ro là khoảng cách từ nguồn âm đến gốc tọa độ O)

+ Tương tự như vậy với điểm M cách O 3 m nghĩa là cách nguồn âm 4 + 3 = 7m, ta cũng tìm được:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Câu 4: Trong môi trường đẳng hướng không hấp thụ âm có n nguồn âm điểm phát âm có công suất không đổi P0 được đặt tại A (n thay đổi được). Tại B có một máy đo mức cường độ âm có khoảng cách tới A không đổi. Đồ thị biễu diễn mức cường độ âm theo n được biểu diễn như hình vẽ. Biết L1 + L3 = 29,5dB. Giá trị L2 gần giá trị nào nhất sau đây?

A. 36dB.     B. 17dB.     C. 32dB.    D. 34dB.

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn B

Ta có: Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Vì Po, Io và S không đổi nên ta được:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Mà L1 + L3 = 29,5dB = 2,95 (B). Giải hệ ta được: L1 = 1,22 (B)

Tương tự ta có:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Câu 5: Để khảo sát mức cường độ âm của một số chiếc kèn đồng giống nhau người ta tiến hành đặt một máy đo mức cường độ âm cách các chiếc kèn đồng một khoảng không đổi. Đồ thị biễu diễn mức cường độ âm mà máy đo được theo số chiếc kèn đồng được biễu diễn như hình vẽ. Môi trường đẳng hướng không hấp thụ âm. Xem âm phát ra từ các chiếc kèn đồng là nguồn âm điểm. Biết 2n1 + n2 = n3. Giá trị L3 bằng

A. 36dB.    B. 17dB.    C. 32dB.    D. 34dB.

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

Chọn B

Ta có:

Cách giải bài tập về đồ thị sóng âm cực hay có lời giải | Vật Lí lớp 12

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

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

KHÓA HỌC GIÚP TEEN 2002 ĐẠT 9-10 THI THPT QUỐC GIA

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com

song-co-va-song-am.jsp

Các loạt bài lớp 12 khác
Khóa học 12