Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 11: Đếm bụng, nút trên dây có sóng dừng - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

Nội dung text: Các dạng bài tập ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí - Dạng 11: Đếm bụng, nút trên dây có sóng dừng - Đỗ Ngọc Hà (Có lời giải chi tiết)

1. DẠNG 11: ĐẾM BỤNG, NÚT TRÊN DÂY CÓ SÓNG DỪNG ❖ KIẾN THỨC TRỌNG TÂM - Điều kiện có sóng dừng: + Khi hai đầu cố định thì chiều dài dây phải thỏa mãn:  v  n hay f n 2 2 Trong đó: n là số bụng sóng; Số nút sóng là n 1 v Tần số nhỏ nhất tạo ra sóng dừng: f ; khi đó trên dây có 1 bụng, 2 nút min 2 + Khi một đầu cố định, một đầu tự do thì chiều dài dây phải thỏa mãn: n  v  hay f 2n 1 2 4 4 Trong đó: n là số bụng sóng có trên dây (kể cả bụng ở đầu tự do). Số bụng sóng bằng số nút sóng và bằng n. v Tần số nhỏ nhất để tạo ra sóng dừng: f min 4 Ví dụ 1. (Minh họa THPT QG 2017): Một sợi dây sắt, mảnh, dài 120 cm căng ngang, có hai đầu cố định. Ở phía trên, gần sợi dây có một nam châm điện được nuôi bằng nguồn điện xoay chiều có tần số 50 Hz. Trên dây xuất hiện sóng dừng với 2 bụng sóng. Tốc độ truyền sóng trên dây là A. 120 m/s.B. 60 m/s.C. 180 m/s.D. 240 m/s. Hướng dẫn giải Trong một chu kì dòng diện đổi chiều 2 lần nên nam châm hút dây 2 lần, do đó tần số sóng dừng trên dây là f 100 Hz . Dây có hai đầu cố định và xuất hiện sóng dừng với hai bụng sóng nên:   120 cm 1,2 m + Tốc độ truyển sóng trên dây: v . f 1,2.100 120m / s Đáp án A. Ví dụ 2. (THPT QG 2018): Một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m có hai đầu cố định. Trên dây đang có sóng dừng. Không kể hai đầu dây, trên dây còn quan sát được hai điểm mà phần tử dây tại đó đứng yên. Biết sóng truyền trên dây với tốc độ 8 m/s. Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là A. 0,075 s.B. 0,05 s.C. 0,025 s.D. 0,10 s. Hướng dẫn giải Dây có hai đầu cố định, trên dây có hai điểm đứng yên không kể 2 đầu dây, ta có:   3 1,2 m  0,8 m 2 Trang 1
2. T  0,8 Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là: 0,05 s 2 2v 2.8 Đáp án B. Ví dụ 3. (THPT QG 2017): Một sợi dây đàn hồi dài 90 cm có một đầu cố định và một đầu tự do đang có sóng dừng. Kể cả đầu dây cố định, trên dây có 8 nút. Biết rằng khoảng thời gian giữa 6 lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là 0,25 s. Tốc độ truyền sóng trên dây là A. 1,2 m/s.B. 2,9 m/s.C. 2,4 m/s.D. 2,6 m/s. Hướng dẫn giải Dây có một đầu cố định và một đầu tự do, trên dây 8 nút nên ta có:    8. 90 cm  24 cm 2 4 T Khoảng thời gian giữa 6 lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là: 5. 0,25 s T 0,1 s 2  24 Tốc độ truyền sóng trên dây là: v 240 cm / s 2,4 m / s T 0,1 Đáp án C. Ví dụ 4. (Tham khảo THPT QG 2018): Một sợi dây dài 2 m với hai đầu cố định, đang có sóng dừng. Sóng truyền trên dây với tốc độ 20 m/s. Biết rằng tần số của sóng truyền trên dây có giá trị trong khoảng từ 11 Hz đến 19 Hz. Tính cả hai đầu dây, số nút sóng trên dây là A. 5.B. 3.C. 4.D. 2. Hướng dẫn giải  v kv k.20 Điều kiện có sóng dừng trên hai đầu dây cố định là:  k. k. f 5k với k nguyên. 2 2 f 2 2.2 Theo đề ra: 11 f 19 11 5k 19 2,2 k 3,8 k 3 Tính cả hai đầu dây, số nút sóng trên dây là k 1 4 nút. Đáp án C. Trang 2