Dao động và sóng cơ là hai hiện tượng quan trọng trong vật lý, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của khoa học và kỹ thuật. Chương 2 vật lý 12 giới thiệu các khái niệm cơ bản, các định luật và các phương pháp giải quyết các bài toán liên quan đến dao động và sóng cơ.
Sơ đồ tư duy là một công cụ hữu ích để tổ chức, trình bày và hiểu rõ hơn các nội dung học tập. Sơ đồ tư duy giúp người học kết nối các khái niệm, nhận biết được các mối quan hệ, phân loại và phân tích các thông tin một cách có hệ thống.
Bài viết này Ngoaingufpt sẽ trình bày các nội dung của một sơ đồ tư duy chương 2 vật lý 12, bao gồm các nội dung sau:
- Định nghĩa và phân loại dao động
- Định nghĩa và phân loại sóng cơ
- Các đại lượng dao động và sóng cơ
- Các định luật về dao động và sóng cơ
- Các bài toán về dao động và sóng cơ
Sơ Đồ Tư Duy Chương 2 Vật Lý 12
Định nghĩa và phân loại dao động
Dao động là hiện tượng một vật hoặc một hệ vật thay đổi trạng thái theo một quy luật nhất định, lặp lại sau một khoảng thời gian nhất định.
Dao động có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, như sau:
| Tiêu chí | Phân loại | Ví dụ |
| Đối tượng dao động | Dao động điểm | Dao động của con lắc lò xo |
| Dao động cơ thể rắn | Dao động của thanh treo | |
| Dao động của hệ vật | Dao động của con lắc kép | |
| Hướng dao động | Dao động một chiều | Dao động của con lắc lò xo theo phương ngang |
| Dao động hai chiều | Dao động của con lắc treo theo phương dọc | |
| Dao động ba chiều | Dao động của con lắc treo theo phương vuông góc | |
| Đặc điểm dao động | Dao động điều hòa | Dao động có biên độ, chu kỳ, tần số và pha không thay đổi theo thời gian |
| Dao động không điều hòa | Dao động có biên độ, chu kỳ, tần số hoặc pha thay đổi theo thời gian | |
| Nguyên nhân dao động | Dao động tự nhiên | Dao động do lực cân bằng của hệ vật tạo ra |
| Dao động cưỡng bức | Dao động do lực bên ngoài tác dụng vào hệ vật | |
| Dao động cộng hưởng | Dao động có biên độ lớn nhất khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số tự nhiên của hệ vật |
Định nghĩa và phân loại sóng cơ
Sóng cơ là hiện tượng truyền động dao động của một vật hoặc một hệ vật qua môi trường truyền sóng.
Sóng cơ có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, như sau:
| Tiêu chí | Phân loại | Ví dụ |
| Môi trường truyền sóng | Sóng cơ dây | Sóng truyền trên dây đàn guitar |
| Sóng cơ mặt | Sóng truyền trên mặt nước | |
| Sóng âm | Sóng truyền trong không khí | |
| Hướng dao động và hướng truyền sóng | Sóng cơ dọc | Sóng có hướng dao động và hướng truyền sóng trùng nhau |
| Sóng cơ ngang | Sóng có hướng dao động và hướng truyền sóng vuông góc nhau | |
| Đặc điểm dao động của các điểm trên môi trường truyền sóng | Sóng cơ điều hòa | Sóng có các điểm trên môi trường truyền sóng dao động điều hòa |
| Sóng cơ không điều hòa | Sóng có các điểm trên môi trường truyền sóng dao động không điều hòa |
Các đại lượng dao động và sóng cơ
Các đại lượng dao động và sóng cơ là các đại lượng được sử dụng để mô tả, phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến dao động và sóng cơ. Các đại lượng này bao gồm:
- Biên độ: là khoảng cách lớn nhất từ vị trí cân bằng đến vị trí biên của vật dao động hoặc của điểm trên môi trường truyền sóng.
- Chu kỳ: là khoảng thời gian để vật dao động hoặc điểm trên môi trường truyền sóng thực hiện một dao động hoàn chỉnh.
- Tần số: là số lần vật dao động hoặc điểm trên môi trường truyền sóng thực hiện một dao động hoàn chỉnh trong một giây.
- Pha: là góc quay của vật dao động hoặc của điểm trên môi trường truyền sóng so với vị trí cân bằng.
- Bước sóng: là khoảng cách giữa hai điểm trên môi trường truyền sóng có cùng pha.
- Vận tốc sóng: là độ dài của một bước sóng truyền được trong một giây.
- Cường độ sóng: là năng lượng của sóng truyền qua một đơn vị diện tích trong một giây.
Các định luật về dao động và sóng cơ
Các định luật về dao động và sóng cơ là các quy tắc, công thức và nguyên lý được sử dụng để mô tả, phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến dao động và sóng cơ. Các định luật này bao gồm:
- Định luật Hooke: là định luật mô tả sự phụ thuộc của lực căng hay lực nén của lò xo vào biến dạng của lò xo. Định luật này có công thức: F = -kx, trong đó F là lực căng hay lực nén, k là hệ số đàn hồi của lò xo, x là biến dạng của lò xo.
- Định luật về dao động điều hòa: là định luật mô tả sự biến thiên theo thời gian của vị trí, vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. Định luật này có công thức: x = A cos(ωt + φ), trong đó x là vị trí của vật dao động, A là biên độ, ω là tần số góc, t là thời gian, φ là pha ban đầu.
- Định luật về dao động cưỡng bức: là định luật mô tả sự ảnh hưởng của lực cưỡng bức vào biên độ và pha của vật dao động. Định luật này có công thức: A = F0 / (m√[(ω0^2 – ω2)2 + (2βω)^2]) và tanφ = (2βω) / (ω0^2 – ω^2), trong đó A là biên độ, F0 là biên độ của lực cưỡng bức, m là khối lượng của vật dao động, ω0 là tần số tự nhiên, ω là tần số của lực cưỡng bức, β là hệ số cản.
- Định luật về dao động cộng hưởng: là định luật mô tả sự tăng cường biên độ của vật dao động khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số tự nhiên của hệ vật. Định luật này có công thức: Amax = F0 / (2βmω0), trong đó Amax là biên độ lớn nhất, các ký hiệu khác như ở trên.
- Định luật về sóng cơ dây: là định luật mô tả sự phụ thuộc của bước sóng và vận tốc sóng vào chu kỳ và tần số của nguồn phát sóng. Định luật này có công thức: λ = T / f và v = λf, trong đó λ là bước sóng, T là chu kỳ, f là tần số, v là vận tốc sóng.
- Định luật về nguyên lý siêu âm Doppler: là nguyên lý mô tả sự thay đổi tần số của sóng âm khi có sự chuyển động của nguồn phát sóng hoặc của người nghe. Nguyên lý này có công thức: f’ = f (v ± vN) / (v ± vS), trong đó f’ là tần số của sóng âm nghe được, f là tần số của sóng âm phát ra, v là vận tốc truyền âm, vN là vận tốc của người nghe, vS là vận tốc của nguồn phát sóng.
Các bài toán về dao động và sóng cơ
Các bài toán về dao động và sóng cơ là các bài toán yêu cầu tính toán, phân tích hoặc giải thích các hiện tượng liên quan đến dao động và sóng cơ. Các bài toán này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các định luật và các đại lượng đã nêu ở trên.
Dưới đây là một số ví dụ về các bài toán về dao động và sóng cơ:
- Bài toán 1: Một con lắc lò xo có khối lượng m = 0.2 kg, hệ số đàn hồi k = 50 N/m, biên độ A = 0.1 m và pha ban đầu φ = π/6 rad. Tính chu kỳ, tần số, tần số góc, vận tốc và gia tốc của con lắc lò xo khi dao động.
Giải:
- Chu kỳ: T = 2π√(m/k) = 2π√(0.2/50) ≈ 0.63 s
- Tần số: f = 1/T = 1/0.63 ≈ 1.59 Hz
- Tần số góc: ω = 2πf = 2π × 1.59 ≈ 10 rad/s
- Vận tốc: v = -ωA sin(ωt + φ) = -10 × 0.1 sin(10t + π/6) (m/s)
- Gia tốc: a = -ω^2A cos(ωt + φ) = -100 × 0.1 cos(10t + π/6) (m/s^2)
- Bài toán 2: Một dây đàn guitar có chiều dài L = 0.8 m, khối lượng m = 0.01 kg và căng F = 100 N. Khi rung dây, ta thu được một sóng cơ dây có biên độ A = 0.005 m, chu kỳ T = 0.01 s và pha ban đầu φ = 0 rad. Tính bước sóng, tần số, tần số góc, vận tốc và cường độ của sóng cơ dây.
Giải:
- Bước sóng: λ = T × v, trong đó v là vận tốc sóng
- Vận tốc sóng: v = √(F/m/L) = √(100/0.01/0.8) ≈ 35.36 m/s
- Bước sóng: λ = T × v = 0.01 × 35.36 ≈ 0.35 m
- Tần số: f = v/λ = 35.36/0.35 ≈ 101 Hz
- Tần số góc: ω = 2πf = 2π × 101 ≈ 635 rad/s
- Cường độ: I = (1/2)ρvω2A2, trong đó ρ là khối lượng riêng của dây
- Khối lượng riêng: ρ = m/L = 0.01/0.8 ≈ 0.0125 kg/m
- Cường độ: I = (1/2) × 0.0125 × 35.36 × (635)^2 × (0.005)^2 ≈ 0.7 W/m^2
Giải thích và giải thích các hiện tượng liên quan đến dao động và sóng cơ
Các hiện tượng liên quan đến dao động và sóng cơ là các hiện tượng mà ta có thể quan sát, cảm nhận hoặc thực hiện thí nghiệm để minh họa cho các định luật và các nguyên lý về dao động và sóng cơ. Các hiện tượng này bao gồm:
- Hiện tượng giao thoa: là hiện tượng hai hoặc nhiều sóng cùng loại gặp nhau và cộng hợp thành một sóng mới có biên độ bằng tổng đại số của các biên độ của các sóng ban đầu.
- Hiện tượng nhiễu xạ: là hiện tượng sóng khi đi qua một khe hẹp hoặc một vật cản có kích thước nhỏ so với bước sóng sẽ bị uốn cong và lan rộng ra các hướng khác nhau.
- Hiện tượng khúc xạ: là hiện tượng sóng khi đi từ một môi trường truyền sóng này sang một môi trường truyền sóng khác có vận tốc truyền sóng khác nhau sẽ bị thay đổi hướng truyền sóng.
- Hiện tượng phản xạ: là hiện tượng sóng khi gặp một bề mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sóng sẽ bị quay lại môi trường ban đầu với một góc phản xạ bằng góc tới.
- Hiện tượng dừng dao động: là hiện tượng vật dao động không còn dao động nữa do bị chống lại bởi lực cản lớn hơn lực cân bằng của hệ vật.
- Hiện tượng âm thanh: là hiện tượng sóng âm được phát ra từ nguồn âm thanh và được nghe thấy bởi tai người hoặc các thiết bị thu âm.
Kết luận
Bài viết này Ngoaingufpt đã trình bày các nội dung của một sơ đồ tư duy cho chương 2 vật lý 12 về dao động và sóng cơ
Bài viết này có thể giúp bạn học tập, ôn tập và nắm vững các kiến thức về dao động và sóng cơ trong chương 2 vật lý 12. Hy vọng bạn đã có được những thông tin hữu ích từ bài viết này. Chúc bạn học tập tốt!
