WebLab STEM

Vật lý · 7. Sóng và âm học

Sóng truyền, âm và sóng dừng

Liên hệ tần số, bước sóng và tốc độ; giải thích phản xạ, cộng hưởng và các họa âm bằng mô hình sóng.

45 phútPhiên bản nội dung: 2.2
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Vì sao một sợi dây chỉ cộng hưởng mạnh ở một số tần số riêng?

Phạm vi chương trình

GDPT Vật lý 11–12; Cambridge IGCSE 0625 và AS & A Level 9702: properties of waves, sound và stationary waves.

Phạm vi và giới hạn mô hình

Mô hình dây coi dây đồng nhất, dao động nhỏ, hai đầu cố định và bỏ qua suy giảm. Với âm trong không khí, tốc độ phụ thuộc môi trường và nhiệt độ chứ không do tần số của nguồn quyết định.

Mục tiêu học tập

  • Dùng v = fλ và phân biệt đại lượng do nguồn quyết định với đại lượng do môi trường quyết định.
  • Nhận biết sóng ngang, sóng dọc, nút và bụng.
  • Suy ra các tần số riêng của dây cố định hai đầu.

Kiến thức cần biết trước

  • Chu kỳ T = 1/f và đổi đơn vị.
  • Lực căng, khối lượng và căn bậc hai.

Kiến thức trọng tâm

Phương trình sóng

Một sóng tuần hoàn thỏa v = fλ. Khi sóng sang môi trường khác, tần số do nguồn giữ nguyên còn v và λ có thể đổi.

Sóng dừng

Hai sóng cùng tần số và biên độ truyền ngược chiều chồng chất tạo nút biên độ bằng 0 và bụng biên độ cực đại.

Dây cố định hai đầu

Điều kiện L = nλ/2 cho fₙ = nv/(2L), với n = 1, 2, 3, …; khoảng giữa hai nút liên tiếp là λ/2.

Ví dụ mẫu có giải thích

Dây dài 0,80 m, khối lượng trên đơn vị dài μ = 5,00×10⁻³ kg/m và lực căng 80,0 N có v = √(F/μ) ≈ 126 m/s. Tần số cơ bản f₁ = v/(2L) ≈ 79,1 Hz; họa âm thứ ba f₃ ≈ 237 Hz.

Ngộ nhận cần tránh

  • Biên độ lớn hơn không làm sóng truyền nhanh hơn trong mô hình tuyến tính của cùng môi trường.
  • Nút và bụng là vị trí cố định của dạng sóng; các phần tử môi trường vẫn dao động tại các vị trí không phải nút.
  • Sóng truyền năng lượng nhưng không mang vật chất môi trường đi theo một chiều trên quãng đường dài.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Sóng dừng trên dây

  1. Chọn chiều dài và lực căng dây, dự đoán tần số cơ bản trước khi chạy.
  2. Quét chậm tần số, ghi các giá trị tạo 1, 2 và 3 bụng rõ ràng.
  3. Kiểm tra fₙ/f₁ ≈ n và đo khoảng cách hai nút để suy ra λ.

An toàn và lưu ý

  • Trong thí nghiệm thật, giữ dây và quả nặng chắc chắn, không đứng trong hướng dây có thể bật khi đứt.

Bằng chứng cần thu thập

  • Bảng số bụng n, tần số fₙ, bước sóng suy ra và tỉ số fₙ/f₁.
  • Một kết luận nêu quan hệ giữa lực căng, tốc độ và tần số cộng hưởng cùng giới hạn của mô hình.
Mở thí nghiệm mô phỏng
📋 Nhúng thí nghiệm này vào bài giảng điện tử (Dành cho Giáo viên & LMS)

Sao chép đoạn mã iframe dưới đây để nhúng mô phỏng tương tác này vào Google Sites, LMS Moodle, Canvas, Microsoft Teams hoặc blog học tập:

<iframe src="https://visuallab.win/physics-lab/?experiment=g12-standingwave&lang=vi" width="100%" height="560" frameborder="0" allow="fullscreen" loading="lazy"></iframe>

Kiểm tra đầu vào

1. Đại lượng nào do nguồn dao động quyết định khi sóng đổi môi trường?

  1. Tần số
  2. Tốc độ
  3. Bước sóng
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Tần số

Tần số liên tục qua biên; tốc độ và bước sóng điều chỉnh theo môi trường.

2. Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng?

  1. λ/2
  2. λ
  3. λ/4
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: λ/2

Hai nút liên tiếp cách nhau nửa bước sóng.

3. Đơn vị của tần số là?

  1. Hz = s⁻¹
  2. m/s
  3. m
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Hz = s⁻¹

Tần số là số chu kỳ trong một giây.

Luyện tập vận dụng

1. Sóng có f = 200 Hz và λ = 1,70 m. Tốc độ bằng?

  1. 340 m/s
  2. 118 m/s
  3. 201,7 m/s
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 340 m/s

v = fλ = 200×1,70 = 340 m/s.

2. Dây cố định hai đầu dài 0,60 m có tốc độ sóng 120 m/s. f₁ bằng?

  1. 100 Hz
  2. 200 Hz
  3. 72 Hz
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 100 Hz

f₁ = v/(2L) = 120/1,20 = 100 Hz.

3. Tăng lực căng dây lên bốn lần, giữ μ và L không đổi, f₁ thay đổi thế nào?

  1. Tăng gấp đôi
  2. Tăng gấp bốn
  3. Không đổi
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Tăng gấp đôi

v = √(F/μ), nên F tăng 4 lần làm v và mọi tần số riêng tăng 2 lần.

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. Cambridge IGCSE Physics 0625 — đề cương và tài liệu chính thức
  2. Cambridge AS & A Level Physics 9702 — đề cương chính thức
  3. OpenStax Physics — giáo trình Vật lý trung học đã bình duyệt
  4. BIPM — Hệ đơn vị quốc tế SI, ấn bản 9

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa