Giải bài tập SBT Vật Lí 12 Bài 10: Đặc trưng vật lí của âm

Người có thể nghe được âm có tần số

A. từ 16Hz đến 20000Hz

B. từ thấp đến cao.

C. dưới 16Hz

D. trên 20000Hz

Phương pháp giải

Tần số âm tai người nghe được là từ 16Hz đến 20000Hz

Hướng dẫn giải

- Người có thể nghe được âm có tần số từ 16Hz đến 20000Hz

- Chọn A

Chỉ ra phát biểu sai.

Âm LA của một cái đàn ghita và của một cái kèn có thể cùng

A. tần số.                     

B. cường độ.

C. mức cường độ.       

D. đồ thị dao động.

Phương pháp giải

Mỗi nhạc cụ khác nhau sẽ có âm sắc (hay đồ thị giao động âm) khác nhau 

Hướng dẫn giải

- Âm LA của một cái đàn ghita và của một cái kèn phát ra âm sắc khác nhau nên sẽ khác đồ thị giao động âm.

- Chọn D

Cường độ âm được xác định bằng

A. áp suất tại một điểm trong môi trường mà sóng âm truyền qua.

B. biên độ dao động của các phần tử của môi trường (tại điểm mà sóng âm truyền qua).

C. năng lượng mà sóng âm chuyển trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích (đặt vuông góc với phương truyền sóng).

D. cơ năng toàn phần của một thể tích đơn vị của môi trường tại điểm mà sóng âm truyền qua.

Phương pháp giải

Cường độ âm được xác định bằng năng lượng sóng âm chuyển trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích

Hướng dẫn giải

- Cường độ âm được xác định bằng năng lượng mà sóng âm chuyển trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích (đặt vuông góc với phương truyền sóng).

- Chọn C

Đơn vị của mức cường độ âm là

A. Oát.

B. Đêxiben.

C. Oát trên mét vuông.

D. Niutơn trên mét vuông.

Phương pháp giải

Mức cường độ âm được đo bằng đơn vị Ben (B) hoặc Đêxiben (dB)

Hướng dẫn giải

- Đơn vị của mức cường độ âm là Đêxiben (dB)

- Chọn B

Khi cường độ âm tăng gấp 100 lần thì mức cường độ âm tăng

A. 100dB                           B. 20dB

C. 30dB                             D. 40dB

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính mức cường độ âm:

 L = 10log(I/I₀) (dB)

Hướng dẫn giải

\(\begin{array}{l} - {I_1} = I\\ \Rightarrow L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}(dB)\\ - {I_2} = 100I\\ \begin{array}{*{20}{l}} { \Rightarrow L = 10\log \frac{{100I}}{{{I_0}}}}\\ { = 10\log 100 + 10\log \frac{I}{{{I_0}}}}\\ { = 20 + L(dB)} \end{array} \end{array}\)

- Chọn B

Khi nói về siêu âm, phát biểu nào sau đây là sai?

A. Siêu âm có thể truyền trong chất rắn.

B. Siêu âm có tần số lớn hơn 20KHz.

C. Siêu âm có thể truyền được trong chân không.

D. Siêu âm có thể bị phản xạ khi gặp vật cản.

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết đặc điểm của siêu âm.

Hướng dẫn giải

C – sai vì: Siêu âm không thể truyền được trong chân không.

⇒ Chọn C

Một sóng âm truyền trong một môi trường. Biết cường độ âm tại một điểm gấp 100 lần cường độ âm chuẩn của âm đó thì mức cường độ âm tại điểm đó là

A. 10dB                   B. 100dB

C. 20dB                   D. 50dB

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính mức cường độ âm:

 L = 10log(I/I₀) (dB)

Hướng dẫn giải

- Ta có: I = 100I₀

⇒ L = 10log(I/I₀) = 10log(100) = 20(dB)

- Chọn C

Một sóng âm truyền trong không khí. Mức cường độ âm tại điểm M và tại điểm N lần lượt là 40dB và 80dB. Cường độ âm tại N lớn hơn cường độ âm tại M

A. 10000 lần.                 B. 1000 lần.

C. 40 lần                         D. 2 lần.

Phương pháp giải

- Tính mức cường độ âm theo công thức:

 L = 10log(I/I₀) (dB)

- Lập tỉ số I_N/I_M 

Hướng dẫn giải

- Ta có:

\(\begin{array}{l} L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}(dB)\\ \begin{array}{*{20}{l}} { \Rightarrow {L_N} - {L_M} = 10\log \frac{{{I_N}}}{{{I_0}}} - 10\log \frac{{{I_M}}}{{{I_0}}}}\\ { = 10\log \frac{{{I_N}}}{{{I_M}}}} \end{array}\\ \begin{array}{*{20}{l}} { \Leftrightarrow 80 - 40 = 10\log \frac{{{I_N}}}{{{I_M}}}}\\ { \Rightarrow \frac{{{I_N}}}{{{I_M}}} = {{10}^4} = 10000} \end{array} \end{array}\)

- Chọn A

Một âm có cường độ 10W/m² sẽ gây ra nhức tai. Giả sử một nguồn âm kích thước nhỏ S đặt cách tai một khoảng d=1m.

a) Để âm do nguồn phát ra làm nhức tai, thì công suất P của nguồn phải bằng bao nhiêu?

b) Giả sử nguồn có công suất đó. Hỏi mức cường độ âm do nguồn gây ra tại một điểm ở cách 1km là bao nhiêu?

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính cường độ âm tại một điểm cách nguồn khoảng d:

 I = P/4πd²

- Áp dụng công thức tính mức cường độ âm: 

L = 10log(I/I₀) (dB)

Hướng dẫn giải

a) Cường độ âm tại một điểm cách nguồn khoảng d:

\(\begin{array}{l} I = \frac{P}{{4\pi {d^2}}}\\ \Rightarrow P = 4\pi {d^2}.I = 4\pi {1^2}.10 = 40\pi ({\rm{W}}) \end{array}\)

b) Cường độ âm do nguồn gây ra tại một điểm ở cách 1km là:

\(\begin{array}{l} I = \frac{P}{{4\pi {d^2}}}\\ = \frac{{40\pi }}{{4\pi {{.1000}^2}}} = {10^{ - 5}}({\rm{W}}/{m^2}) \end{array}\)

Mức cường độ âm tại đó là: 

\(\begin{array}{l} L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}\\ = 10\log \frac{{{{10}^{ - 5}}}}{{{{10}^{ - 12}}}} = 70(dB) \end{array}\)

Loa của một máy thu âm gia đình có công suất âm thanh P = 1W khi mở to hết công suất.

a) Tính mức cường độ âm do loa đó tạo ra tại một điểm ở trước máy 4m.

b) Để ở tại điểm ấy, mức cường độ âm chỉ còn 70dB, phải giảm nhỏ công suất của loa bao nhiêu lần?

Phương pháp giải

- Công thức tính cường độ âm tại một điểm cách nguồn khoảng d:

 I = P/4πd²

- Áp dụng công thức tính mức cường độ âm:

 L = 10log(I/I₀) (dB)

Hướng dẫn giải

a) Cường độ âm:

I = P/4πd² = 1/(4π.4² ) ≈ 5.10⁻³ (W/m²)

Mức cường độ âm:

 L = 10log(I/I₀) = 10log(5.10⁻³/10⁻¹²) ≈ 97 (dB)

b) Cường độ âm I′ ứng mức cường độ âm chỉ còn 70dB

 Ta có:

\(\begin{array}{*{20}{l}} \begin{array}{l} \begin{array}{*{20}{l}} { - L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}}\\ { \Leftrightarrow 70 = 10\log \frac{I}{{{{10}^{ - 12}}}}}\\ { \Rightarrow I = {{10}^{ - 5}}({\rm{W}}/{m^2})} \end{array}\\ - I = \frac{P}{{4\pi {d^2}}} \Rightarrow \frac{{{P_1}}}{{{P_2}}} = \frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} \end{array}\\ { = \frac{{{{5.10}^{ - 3}}}}{{{{10}^{ - 5}}}} = 500}\\ { \Rightarrow {P_2} = \frac{{{P_1}}}{{500}}} \end{array}\)

Vậy phải giảm nhỏ công suất của loa 500 lần thì thỏa mãn yêu cầu bài toán.

Mức cường độ âm do một nguồn S gây ra tại một điểm M là L; cho nguồn S tiến lại gần M một khoảng D thì mức cường độ tăng thêm được 7dB.

a) Tính khoảng cách R từ S tới M, biết D = 62m

b) Biết mức cường độ âm tại M là 73 dB, hãy tính công suất của nguồn.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức 

 I = P/4πd² để tính cường độ âm

- Tính mức cường độ âm theo công thức: 

L = 10log(I/I₀) (dB)

- Từ công thức cường độ âm suy ra công thức tính công suất là: 

\({P = 4\pi {d^2}I}\)

Hướng dẫn giải

a) Ta có:

\(\begin{array}{l} - I = \frac{P}{{4\pi {d^2}}} \Rightarrow \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = {\left( {\frac{{{d_1}}}{{{d_2}}}} \right)^2}(1)\\ - L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}(dB)\\ \Rightarrow {L_2} - {L_1} = 10\log \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}}(2)\\ (1),(2):\\ \Rightarrow {L_2} - {L_1} = 20\log \frac{{{d_1}}}{{{d_2}}}(dB)\\ \begin{array}{*{20}{l}} { \Rightarrow {L_2} - {L_1} = 20\log \frac{R}{{R - D}}}\\ { \Leftrightarrow 7 = 20\log \frac{R}{{R - 62}} \Rightarrow R = 112m} \end{array} \end{array}\)

b) Ta có, mức cường độ âm:

\(\begin{array}{*{20}{l}} {L = 10\log \frac{I}{{{I_0}}}(dB)}\\ { \Leftrightarrow 73 = 10\log \frac{I}{{{{10}^{ - 12}}}}}\\ { \Rightarrow I = {{2.10}^{ - 5}}({\rm{W}}/{m^2})} \end{array}\)

Lại có:

\(\begin{array}{l} I = \frac{P}{{4\pi {d^2}}}\\ \Rightarrow P = 4\pi {d^2}I = 4\pi {.112^2}{.2.10^{ - 5}} = 3,15W \end{array}\)

Trong một cuộc thí nghiệm nhằm xác định tốc độ âm trong không khí, có hai nhóm nhà vật lí cách nhau 18612m. Mỗi nhóm luân phiên bắn một phát đại bác, để nhóm kia đo thời gian t từ lúc thấy lửa tóe ra ở miệng súng, đến lúc nghe thấy tiếng nổ. Giá trị trung bình của các phép đo là t=54,6s. Hỏi:

a) Việc bắn và đo luân phiên nhằm mục đích gì?

b) Tốc độ âm thanh trong các điều kiện của thí nghiệm là bao nhiêu?

Phương pháp giải

Sử dụng công thức tính tốc độ: v = s/t

Hướng dẫn giải

a) Việc bắn và đo luân phiên nhằm loại trừ ảnh hưởng của gió

b) Tốc độ âm thanh trong các điều kiện của thí nghiệm:

v = s/t = 18612/54,6 = 341m/s

Giả sử tốc độ âm trong không khí là 333m/s. Một tia chớp lóe ra ở cách một khoảng l, và thời gian từ lúc chớp lóe đến lúc nghe thấy tiếng sấm là t.

a) Tìm hệ thức liên hệ giữa l và t.

b) Nêu một quy tắc thực nghiệm để tính l, khi đo được t.

Phương pháp giải

Từ công thức: l = vt để tìm mối liên hệ giữa l và t

Hướng dẫn giải

a) Ta có: l = vt = 333t(m) ≈ 1/3 (km)

b) Quy tắc thực nghiệm:

Số đo l ra kilomet bằng 1/3 số đo t tính ra giây hay số đo thời gian t bằng giây chia cho 3 thì được số đo l bằng kilomet.