Giáo án Các dạng bài tập sóng cơ học

CÁC DẠNG BÀI TẤP SÓNG CƠ HỌC
Sóng cơ là một phần kiến thức của chương trình Vật lý lớp 12, là một phần không thể thiếu trong cấu trúc của đề thi tốt nghiệp THPT và thi tuyển sinh ĐH, CĐ những năm trước đây.
Các dạng toán về sóng cơ học
Dạng 1: Bài toán xác định các đại lượng đặc trưng của sóng như tần số, chu kì, vận tốc, bước sóng dựa vào phương trình sóng hoặc dựa vào độ lệch pha của sóng tại hai điểm.
Dạng 2: Bài toán viết phương trình sóng tại một điểm khi biết phương trình sóng tại một điểm đã cho.
Dạng 3: Viết phương sóng tổng hợp tại một điểm do sóng từ hai nguồn truyền tới.
Dạng 4: Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trong đoạn nối hai nguồn.
Dạng 5: Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trong đoạn nối hai điểm M và N bất kỳ.
Dạng 6: Tìm số điểm dao động thỏa mãn điều kiện về pha (ví dụ cùng pha hoặc ngược pha với nguồn) trong một đoạn cho trước.
Dạng 7: Tìm số điểm dao động thỏa mãn điều kiện về biên độ và về pha (ví dụ biên độ cực đại, cùng pha với nguồn) trong một đoạn cho trước.
Dạng 8: Tìm vị trí một điểm thỏa điều kiện về biên độ, về pha (ví dụ biên độ dao động cực đại, cùng pha hoặc ngược pha với nguồn, gần (xa) nguồn hay trung điểm của đoạn nối hai nguồn nhất).
Dạng 9: Tìm li độ, vận tốc sóng tổng hợp tại một điểm nằm trên elip có hai tiêu điểm là hai nguồn.
Dạng 10: Tìm biên độ dao động của một điểm trong sóng dừng
Dạng 11: Xác định mức cường độ âm tại một điểm.
Phương pháp giải
Dạng 1: Sử dụng phương pháp dựa vào phương trình sóng đã cho và phương trình sóng tổng quát để suy ra đại lượng cần tìm;
Dựa vào các định nghĩa: Chu kì, tần số, vận tốc hay bước sóng để tìm;
Dựa vào biểu thức độ lệch pha sóng giữa hai điểm Δφ = 2πd/λ= 2πfd/v để suy ra đại lượng cần tìm. Trong dạng này có thể dùng hàm Mode 7 trong máy tính cầm tay để tính (nếu bài toán có cho giá trị giới hạn của đại lượng).
Trong dạng bài toán này cần chú ý đến đơn vị của các đại lượng như vận tốc, bước sóng.
Dạng 2: Phương pháp giải như sau:
Tính độ lệch pha Δφ = 2πd/λ= 2πfd/v của sóng tại điểm đã cho và điểm cần tính.
Căn cứ vào chiều truyền của sóng để xác định sóng tại điểm cần tìm là sớm hay trễ pha hơn để được phương trình sóng:
Giả sử phương trình dao động của phần tử vật chất ở O (phương trình sóng tại O):
Phương trình sóng tại một điểm B cách O một đoạn x (trễ pha hơn sóng tại O) là: 
Dạng 3, phương pháp giải như sau:
Phương trình sóng tại hai nguồn là:
Phương trình tổng quát của sóng tại một điểm M cách hai nguồn những khoảng d1, d2 , dùng công thức lượng giác để cộng hai hàm lượng giác, ta được:
Dạng 4: Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trong đoạn nối hai nguồn
Sử dụng công thức tổng quát để tìm:
Số điểm dao động với biên độ cực đại:
Số điểm dao động với biên độ cực tiểu:
Trong đó Δφ là độ lệch pha của sóng ở hai nguồn, l là khoảng cách giữa hai nguồn. Số giá trị nguyên của k là số điểm.
Dạng 5:  Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trong đoạn nối hai điểm M và N bất kỳ.
Sử dụng các biểu thức: Hai nguồn dao động cùng pha:
·  Cực đại: DdM < kl < DdN
·  Cực tiểu: DdM < (k+0,5)l < DdN
Hai nguồn dao động ngược pha:
·  Cực đại:DdM < (k+0,5)l < DdN
·  Cực tiểu: DdM < kl < DdN
Số giá trị nguyên của k thoả mãn các biểu thức trên là số đường cần tìm
Dạng 6: Tìm số điểm dao động thỏa mãn điều kiện về pha( ví dụ cùng pha hoặc ngược pha với nguồn) trong một đoạn cho trước.
Phương pháp chung: Sử dụng biểu thức sóng tổng hợp tại một điểm và biểu thức sóng tại nguồn, xác định độ lệch pha của sóng tại điểm khảo sát với song tại điểm gốc (thường là nguồn).
Dạng 7: Tìm số điểm dao động thỏa mãn điều kiện về biên độ và về pha (ví dụ biên độ cực đại, cùng pha với nguồn) trong một đoạn cho trước.
Phương pháp chung: Sử dụng biểu thức sóng tổng hợp tại điểm khảo sát, dùng điều kiện về biên độ tổng hợp, về pha để tính.
Dạng 8: Tìm vị trí một điểm thỏa điều kiện về biên độ, về pha ( ví dụ biên độ dao động cực đại, cùng pha hoặc ngược pha với nguồn,  gần (xa) nguồn hay trung điểm của đoạn nối hai nguồn nhất).
Phương pháp: sử dụng biểu thức sóng tổng hợp tại một điểm và công thức về đường trung tuyến trong tam giác.
Dạng 9:  Tìm li độ, vận tốc sóng tổng hợp tại một điểm nằm trên elip có hai tiêu điểm là hai nguồn. Phương pháp là sử dụng kết hợp phương trình sóng và tính chất của elip.
Dạng 10: Tìm biên độ dao động của một điểm trong sóng dừng. Ta sử dụng phương pháp: Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều, ta có biểu thức tính biên độ dao động :
Nếu chọn gốc tọa độ tại nút sóng thì biên độ dao động tại điểm cách nút một đoạn x là: A=2asin(2πx/λ)
Nếu chọn gốc tọa độ tại bụng sóng thì biên độ dao động tại điểm cách bụng một đoạn x là: A=2acos(2πx/λ)
Dạng 11: Xác định mức cường độ âm tại một điểm. Phương pháp giải là: Sử dụng định nghĩa về cường độ âm, mức cường độ âm tại một điểm: