C.2 · Mô hình sóng

Tài liệu này bao gồm các chủ đề HL được chọn cho khóa học đầu tiên được đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.

Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.

Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.

Giải thích hiện tượng này là gì?

• Một sóng có thể truyền năng lượng qua mặt nước trong khi một phao nổi chủ yếu dao động. Sự truyền năng lượng và sự vận chuyển khối chất là khác nhau.

Xây dựng mô hình

• Tần số là số dao động trong một đơn vị thời gian; bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm cùng pha liên tiếp.
• Tốc độ sóng bằng tần số nhân với bước sóng.
• Dao động ngang vuông góc với phương truyền.
• bước sóng: Khoảng cách giữa các điểm liên tiếp cùng pha.
• tần số: Số dao động trong một đơn vị thời gian.

Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình

• Tại ranh giới, tần số được giữ cố định bởi nguồn phát.
• Sự thay đổi tốc độ làm thay đổi bước sóng.
• Khúc xạ xảy ra do sự khác biệt về tốc độ; góc đo được tính từ pháp tuyến.

Trong phòng thí nghiệm: Đo nhiều bước sóng và chia để giảm bất định đọc phân số. Sử dụng hộp tia với đường pháp tuyến vẽ tại ranh giới. Giữ chùm tia tránh mắt và ghi rõ góc tới và góc khúc xạ.

Bắt đầu từ các đại lượng đã biết

• Đã biết: tần số 5 Hz và bước sóng 0.40 m.
• Áp dụng công thức v = fλ. Ta có v = 5×0.40 = 2.0 mét trên giây.
• Nếu tốc độ giảm xuống còn 1.5 mét trên giây nhưng vẫn giữ nguyên tần số, thì bước sóng = v/f = 1.5/5 = 0.30 m.

Luyện tập của bạn: Tần số là 8 Hz và bước sóng là 0.25 m. Hãy tìm tốc độ truyền sóng.

Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó

• Tần số sóng không thay đổi chỉ vì môi trường truyền sóng thay đổi.
• Sóng dọc có các dao động song song với phương truyền sóng.

Không đúng: Tần số sóng luôn thay đổi khi sóng đi vào môi trường mới. Thực tế, tần số do nguồn quy định nên nó không đổi qua ranh giới. Những thứ thay đổi là tốc độ, và do đó bước sóng theo hệ thức v = f x bước sóng.

Tóm tắt:

• Tần số là số dao động mỗi đơn vị thời gian; bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm liên tiếp cùng pha.
• Tại ranh giới, tần số được giữ cố định bởi nguồn phát.
• Lưu ý: tần số sóng không thay đổi chỉ vì môi trường truyền sóng thay đổi.

Viết từ vận tốc sóng là 7.2 mét mỗi giây

• Tần số là 9 Hz và bước sóng là 0.80 m.
• Tìm vận tốc sóng. Nếu vận tốc trở thành 5.4 mét/giây tại biên, tìm bước sóng mới. Tần số không đổi.

Viết từ phép kiểm tra Snell

• Ánh sáng truyền từ không khí vào thủy tinh (n = 1.5) với góc tới 30° so với pháp tuyến.
• sin θthủy tinh = sin 30° ÷ 1.5 = 0.333, nên θthủy tinh ≈ 19.5° — tiến gần hơn về phía pháp tuyến trong môi trường chậm hơn, như lẽ thường phải có.

Viết từ góc tới giới hạn

• Ánh sáng truyền từ thủy tinh (n = 1.5) hướng về không khí.
• sin θc = 1 ÷ 1.5 = 0.667, nên θc ≈ 41.8° — vượt quá ngưỡng này sẽ xảy ra phản xạ toàn phần: điều kiện truyền dẫn sợi quang.