Giải bài tập vật lí lớp 11 chân trời sáng tạo Bài 10 Thực hành đo tần số của sóng âm và tốc độ truyền âm

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong đời sống hằng ngày, chúng ta có thể nghe âm thanh từ mọi nơi. Ta đã biết âm thanh chính là sóng âm được lan truyền trong môi trường vật chất. Âm thanh có thể có tần số xác định khi được phát ra từ một số nhạc cụ như đàn guitar, đàn piano, sáo,... hoặc có tần số không xác định khi được phát ra từ động cơ xe, máy khoan,... Thời gian âm thanh truyền từ nguồn phát đến tai ta phụ thuộc vào tốc độ truyền sóng âm. Vậy làm thế nào để đo được tần số của sóng âm và tốc độ truyền âm?

THÍ NGHIỆM ĐO TẦN SỐ CỦA SÓNG ÂM

Câu hỏi 1: Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm, hãy thiết kế và thực hiện phương án để đo tần số của sóng âm.

Câu hỏi 2: Trình bày cách tính sai số tuyệt đối của phép đo. Liệt kê một số nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm và đề xuất cách khắc phục.

Câu hỏi 3: So sánh kết quả tần số đo được với giá trị tần số được ghi trên âm thoa hoặc hiển thị trên màn hình của máy phát tần số. Rút ra kết luận.

Luyện tập: Hiện nay, ứng dụng SmartScope Oscilloscope trên điện thoại thông minh có thể được sử dụng để ghi nhận đồ thị dao động âm. Sử dụng ứng dụng này, kết hợp với ứng dụng quay màn hình điện thoại, hãy tiến hành lại thí nghiệm đo tần số của sóng âm và so sánh kết quả đo được với kết quả trong phương án thí nghiệm (sử dụng dao động kí điện tử). Phân tích ưu, nhược điểm của hai phương án này.

THÍ NGHIỆM ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM

Câu hỏi 4: Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm, hãy thiết kế và thực hiện phương án để đo tốc độ truyền âm trong không khí.

Câu hỏi 5: Liệt kê một số nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm và đề xuất cách khắc phục.

Câu hỏi 6: Giải thích vì sao ta có biểu thức: $l_{2}-l_{1}=\frac{\lambda}{2}$

Luyện tập

Có thể xác định tốc độ truyền âm trong không khí thông qua việc đo khoảng thời gian từ lúc bắt đầu thả một vật rơi tự do từ độ cao so với một bề mặt cứng đến khi nghe được âm phát ra từ va chạm của vật với bề mặt. Thực hiện thí nghiệm này và so sánh kết quả đo được với kết quả trong phương án thí nghiệm (sử dụng ống cộng hưởng).

Vận dụng: Cảm biến âm là cảm biến có nguyên tắc hoạt động tương tự miơi. Khi sóng âm được truyền tới cảm biến thì nên sẽ chuyển tín hiệu âm thành tín hiệu điện có cùng tần số. Kết nối cảm biến âm với bộ xử lí số liệu sẽ thu được tin hiệu điện này trên màn hình (Hình 104), dựa vào đô thị và sự cải đặt tỉ lệ trục thời gian ban đầu ta có thể xác định được chu kì của tín hiệu.

Nếu có hai sống âm tới cảm biến cách nhau một khoảng thời gian nào đó thì bộ xử lí số liệu cũng sẽ hiển thị đồng thời hai tin điện trên màn hình và cũng có thể xác định được hai thời điểm mà cảm biến bắt đầu ghi nhận hai sóng 3m .

Từ các thông tin trên, hãy đưa ra một phương án thí nghiệm xác định tấn số của sóng âm và tốc độ truyền âm với cảm biến âm và bộ xử lí số liệu.