Vật lí 12 Bài 11: Đặc trưng sinh lí của âm được THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn hy vọng sẽ là là tài liệu hữu ích giúp các em nắm vững kiến thức bài học và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp.
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 11
I. Định nghĩa
+ Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường rắn, lỏng và khí.
+ Nguồn âm là các vật dao động phát ra âm.
II. Phân loại sóng âm (Dựa vào tần số)
– Sóng âm nghe được: Là sóng âm có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz gây ra cảm giác thính giác.
– Sóng siêu âm: Là sóng âm mà có tần số lớn hơn 20000Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người (tai người không nghe được nhưng chó, dơi, cá heo,.. vẫn có thể nghe được siêu âm).
– Sóng hạ âm: Là sóng âm mà có tần số nhỏ hơn 16Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người (tai người không nghe được nhưng voi, chim bồ câu,.. vẫn có thể nghe được hạ âm).
– Nhạc âm và tạp âm: Nhạc âm là âm có tần số xác định (ví dụ: mỗi nốt nhạc Đồ, rê, mi, fa, son, la, si, đô là nhạc âm). Tạp âm là âm có tần số không xác định (tiếng trống, tiếng cồng chiêng, tiếng ồn ào ngoài phố…).
III. Sự truyền âm
+ Âm chỉ truyền qua được các môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không.
+ Trong cùng một môi trường, sóng âm có vận tốc xác định. Vận tốc sóng âm trong chất rắn là lớn nhất và trong chất khí là nhỏ nhất: vrắn > vlỏng > vkhí
+ Trong chất lỏng và chất khí sóng âm là sóng dọc còn trong chất rắn sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc.
IV. Các đặc trưng vật lý của sóng âm
Là các đặc trưng có tính khách quan định lượng, có thể đo đạc tính toán được. Bao gồm các đại lượng như: Chu kì, tần số, biên độ, năng lượng, cường độ, mức cường độ, đồ thị dao đọng âm…
1) Cường độ âm I (W/m2)
Là đại lượng đo bằng năng lượng mà sóng (E) mà sóng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong 1 đơn vị thời gian: I = E/t.S = P/S .
Trong đó: P(W) là công suất phát âm của nguồn; S (m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR2).
+ Cường độ âm tỉ lệ với bình phương biên độ âm: I ~ a2
+ Năng lượng âm khi sóng âm di chuyển quảng đường AB: ΔE = P.t = P.AB/v
+ Cường độ âm toàn phần: I = ΣIi = I1 + I2 + … + In
+ Nếu âm truyền đẳng hướng và môi trường không hấp thụ và phản xạ âm thì có nghĩa là công suất âm không đổi khi truyền đi. Ta có: P = I.S = hằng số.
=> I1S1 = I2S2
=> I1R12 = I2R22
2) Mức cường độ âm
Đối với tai con người, giá trị tuyệt đối của cường độ âm I không quan trọng bằng giá trị tỉ đối của I so với một giá trị I0 nào đó chọn làm chuẩn. Người ta định nghĩa mức cường độ âm L là lôgarít thập phân của tỉ số I/Io .
L(B) = log I/Io hoặc L(dB) = 10. logI/Io (công thức thường dùng)
(Ở tần số âm f = 1000Hz thì Io = 10-12 W/m2 gọi là cường độ âm chuẩn)
* Đơn vị mức cường độ âm là Ben (ký hiệu: B).
– Như vậy mức cường độ âm bằng 1, 2, 3, 4 B… điều đó có nghĩa là cường độ âm I lớn gấp 10, 102, 103, 104… cường độ âm chuẩn Io.
– Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (ký hiệu: dB), bằng 1/10 ben.
– Số đo L bằng đêxiben lớn gấp 10 số đo bằng ben: L(dB) = 10. logI/Io
– Khi L = 1dB, thì I lớn gấp 1,26 lần Io. Đó là mức cường độ âm nhỏ nhất mà tai ta có thể phân biệt được.
Chú ý: Để cảm nhận được âm thì cường độ âm âm I ≥ Io hay mức cường độ âm L ≥ 0.
Ta thường dùng dB hơn B (1B = 10dB)
3) Đồ thị dao động của âm
Là tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm. Đồ thị không còn là đường sin điều hòa mà là một đường phước tạp và có chu kì.
– Âm cơ bản: Là âm có tần số nhỏ nhất do 1 nhạc cục phát ra.
– Khi cho một nhạc cụ phát ra âm có tần số f0 thì nhạc cụ đó cũng sẽ phát ra những âm có tần số f là bội của f0 được gọi là họa âm thứ k: fk = kfo
– Đồ thị dao động của những âm có cùng tần số và biên độ nhưng do các nhạc cụ khác nhau phát ra là khác nhau
Lưu ý:
Các họa âm của các nhạc cụ khác nhau có thể có tần số giống nhau nhưng biên độ khác nhau, và số họa âm khác nhau nên dù cùng một nốt nhạc giống nhau khi phát ra từ các nhạc cụ khác nhau thì đồ thị dao động âm sẽ khác nhau. Nhờ vậy ta phân biệt được âm này với âm kia.
4) Công thức suy luận tổng quát
Trong môi trường truyền âm, xét 2 trường hợp tổng quát:
Trường hợp 1: tại điểm A có khoảng cách tới nguồn âm có công suất P1 là R1 thì máy thu đo được mức cường độ âm là L1.
Trường hợp 2: tại điểm B có khoảng cách tới nguồn âm có công suất P2 là R2 máy thu đo được mức cường độ âm là L2.
Vì nên ta luôn có hệ thức sau:
(Ở đây L đo bằng đơn vị Ben – B)
+ Nếu nguồn âm không thay đổi trong cả hai trường hợp thì ta có:
V. Các đặc trưng sinh lý của âm
Là các đặc trưng có tính chủ quan định tính, do sự cảm nhận của thính giác người nghe. Bao gồm: Độ to, độ cao, âm sắc…
Bảng liên hệ giữa đặc trưng sinh lý và đặc trưng vật lý của sóng âm
Đặc trưng sinh lý của âm Đặc trưng vật lý của sóng âm Độ cao
– Gắn liền với tần số.
– Âm cao (thanh – bổng) có tần số lớn
– Âm thấp (trầm – lắng) có tần số nhỏ
– Không phụ thuộc vào năng lượng âm.
– Ở cùng một cường độ, âm cao dễ nghe hơn âm trầm
Tần số hoặc chu kì Độ to
– Gắn liền với mức cường độ âm. Phụ thuộc vào tần số âm.
– Ngưỡng nghe là cường độ âm nhỏ nhất mà còn cảm nhận được. Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm.
– Ngưỡng đau là cường độ âm đủ lớn đem lại cảm giác đau nhức tai.
=> Miền nghe được có cường độ thuộc khoảng ngưỡng nghe và ngưỡng đau
Mức cường độ âm (biên độ, năng lượng, tần số âm) Âm sắc
– Là sắc thái của âm thanh, giúp ta phân biệt các âm phát ra bởi các nguồn khác nhau (cả khi chúng có hoặc không cùng độ cao, độ to).
– Liên quan mật thiết tới đồ thị dao động âm và phụ thuộc vào tần số âm và biên độ âm.
Đồ thị âm (bao gồm: Biên độ, năng lượng, tần số âm và cấu tạo nguồn phát âm)
VI. Tần số âm phát ra ở một số nhạc cụ
1) Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định => hai đầu là nút sóng)
f = k. v/2L (k ∈ N*)
Ứng với k = 1 => âm phát ra âm cơ bản có tần số f1 = v/2L
k = 2, 3, 4 … có các hoạ âm bậc 2 (tần số 2f1), bậc 3 (tần số 3f1) …
Lưu ý: Mỗi sợi dây được kéo bằng một lực căng τ (N) và có mật độ dài μ (kg/m) thì có tốc độ truyền sóng trên dây là: v = √(τ/μ) , do vậy ta có thể thay đổi tần số dây đàn phát ra bàng cách thay đổi lực căng tác dụng lên dây đàn.
2) Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở => một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng)
Ứng với k = 0 => âm phát ra âm cơ bản có tần số f1 = v/4L
k = 1, 2, 3 … có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f1), bậc 5 (tần số 5f1) …
Như vậy một ống sáo một đầu kín, một đầu hở chỉ có thể phát ra các họa âm có số bậc lẻ. Độ dài của ống càng lớn thì âm phát ra có tần số càng nhỏ, âm phát ra cành trầm.
Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 11
Bài 1 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Hãy kể ra những đặc trưng sinh lí của âm
Lời giải:
Đặc trưng sinh lí của âm là : độ cao, độ to và âm sắc.
Bài 2 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Độ cao của âm là gì? Nó có liên quan đến đặc trưng vật lí nào của âm ?
Lời giải:
Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí của âm cho ta cảm giác về sự trầm, bổng của âm và nó gắn liền với tần số âm.
Bài 3 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Độ to của âm liên quan đến đặc trưng vật lí nào của âm?
Lời giải:
Độ to của âm là một đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với đặc trưng vật lí mức cường độ âm.
Bài 4 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Âm sắc là gì ?
Lời giải:
Âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm, giúp ta phân biệt âm có cùng tần số do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm.
Bài 5 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Chọn câu đúng.
Độ cao của âm.
A. là một đặc trưng vật lí của âm
B. là một đặc trưng sinh lí của âm.
C. vừa là đặc trưng vật lí vừa là đặc trưng sinh lí của âm.
D. là tần số của âm.
Lời giải:
Chọn đáp án B.
Bài 6 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Chọn câu đúng.
Âm sắc là gì
A. màu sắc của âm.
B. một tính chất của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm.
C. một đặc trưng sinh lí của âm.
D. một đặc trưng vật lí của âm.
Lời giải:
Chọn đáp án C.
Bài 7 (trang 59 SGK Vật Lý 12)
Chọn câu đúng.
Độ to của âm gắn liền với
A. cường độ âm
B. biên độ dao động của âm.
C. mức cường độ âm
D. tần số âm.
Lời giải:
Chọn đáp án C.
Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 11 có đáp án
Bài 1: Hai âm cùng độ cao là hai âm có cùng :
A. cường độ âm.
B. mức cường độ âm.
C. biên độ.
D. tần số.
Lời giải
– Hai âm cùng độ cao là hai âm có cùng tần số.
Chọn đáp án D
Bài 2: Độ to là một đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vào:
A. mức cường độ âm.
B. biên độ âm.
C. tần số và biên độ âm.
D. tần số âm
Lời giải
– Độ to là một đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vào mức cường độ âm
Chọn đáp án A
Bài 3: Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí gắn liền với đặc trưng vật lí của âm là:
A. cường độ âm.
B. tần số.
C. mức cường độ âm.
D. đồ thị dao động.
Lời giải
– Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí gắn liền với đặc trưng vật lí của âm là tần số.
Chọn đáp án B
Bài 4: Âm sắc là:
A. đặc trưng sinh lí của âm.
B. màu sắc của âm.
C. đặc trưng vật lí của âm.
D. tính chất của âm giúp ta cảm giác về sự trầm, bổng của các âm.
Lời giải
– Âm sắc là đặc trưng sinh lí của âm.
Chọn đáp án A
Bài 5: Cảm giác về sự trầm, bổng của âm được mô tả bằng khái niệm:
A. độ to của âm
B. độ cao của âm
C. âm sắc của âm
D. mức cường độ âm
Lời giải
– Cảm giác về sự trầm, bổng của âm được mô tả bằng khái niệm độ cao của âm.
Chọn đáp án B
Bài 6: Âm sắc là một đặc tính sinh lý của âm có thể giúp ta phân biệt được hai âm loại nào trong các loại dưới đây?
A. Có cùng tần số phát ra bởi hai nhạc cụ khác nhau.
B. Có cùng tần số phát ra trước hay sau bởi cùng một nhạc cụ.
C. Có cùng biên độ phát ra trước hay sau bởi cùng một nhạc cụ.
D. Có cùng biên độ phát ra bởi hai nhạc cụ khác nhau.
Lời giải
– Âm sắc giúp ta phân biệt được âm cùng tần số phát ra từ hai nhạc cụ khác nhau.
Chọn đáp án A
Bài 7: Độ cao của âm phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây?
A. Độ đàn hồi của âm.
B. Biên độ dao động của nguồn âm.
C. Tần số của nguồn âm.
D. Đồ thị dao động của nguồn âm.
Lời giải
– Độ cao của âm phụ thuộc và yếu tố: tần số dao động, tần số là số dao động trong một giây.
Chọn đáp án C
Bài 8: Một sóng âm có chu kì 80 ms. Sóng âm này:
A. là âm nghe được.
B. là siêu âm.
C. truyền được trong chân không.
D. là hạ âm.
Lời giải
T = 80 ms → f = 12,5 Hz < 16 Hz → sóng hạ âm.
Chọn đáp án D
Bài 9: Âm do hai nhạc cụ khác nhau phát ra luôn khác nhau về:
A. âm sắc.
B. độ to.
C. độ cao.
D. cả độ cao, độ to lẫn âm sắc.
Lời giải
– Âm do hai nhạc cụ khác nhau phát ra luôn khác nhau về âm sắc
Chọn đáp án A
Bài 10: Âm sắc là đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với:
A. độ cao.
B. cả độ cao và độ to.
C. đồ thị dao động âm.
D. độ to.
Lời giải
– Âm sắc là đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với đồ thị dao động âm
Chọn đáp án C
Bài 11: Sóng siêu âm:
A. truyền được trong chân không.
B. không truyền được trong chân không.
C. truyền trong không khí nhanh hơn trong nước.
D. truyền trong nước nhanh hơn trong sắt.
Lời giải
– Sóng siêu âm không truyền được trong chân không.
Chọn đáp án B
Bài 12: Một âm có tần số xác định lần lượt truyền trong nhôm, nước, không khí với tốc độ tương ứng là v1, v2, v.3. Nhận định nào sau đây là đúng:
A. v2 > v1 > v3
B. v1 > v2 > v3
C. v3 > v2 > v1
D. v2 > v3 > v2
Lời giải
– Sóng âm truyền nhanh nhất trong chất rắn, chất lỏng, chất khí nên: v1 > v2 > v3
Chọn đáp án B
Bài 13: Cho các chất sau: không khí ở 0°C, không khí ở 25°C, nước và sắt. Sóng âm truyền nhanh nhất trong:
A. sắt.
C. nước.
B. không khí ở 0°C.
D. không khí ở 25°C.
Lời giải
– Sóng âm truyền nhanh nhất trong chất rắn.
Chọn đáp án A
Bài 14: Một sóng âm có tần số 200 Hz lan truyền trong môi trường nước với vận tốc 1500m/s. Bước sóng của sóng này trong môi trường nước là:
A. 30,5m.
B. 3,0 km.
C. 75,0m.
D. 7,5m
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án D
Bài 15: Một sóng âm truyền trong không khí với tốc độ 340 m/s và bước sóng 34 cm. Tần số của sóng âm này là:
A. 500 Hz
B. 2000 Hz
C. 1000 Hz
D. 1500 Hz
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án C
Bài 16: Một lá thép mỏng, một đầu giữ cố định, đầu còn lại được kích thích để dao động với chu kì bằng 0,05 s. Âm do lá thép phát ra:
A. là siêu âm.
B. là âm nghe được.
C. truyền được trong chân không.
D. là hạ âm.
Lời giải
– Ta có:
là âm nghe được.
Chọn đáp án B
Bài 17: Khi nói về sóng âm, phát biểu nào sau đây sai?
A. Âm sắc, độ cao, độ to là những đặc trưng sinh lí của âm.
B. Sóng âm là các sóng cơ truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí.
C. Âm nghe được có cùng bản chất với siêu âm và hạ âm.
D. Tốc độ truyền âm trong môi trường tỉ lệ với tần số âm.
Lời giải
– Tốc độ truyền âm trong môi trường phụ thuộc vào bản chất của môi trường đó.
Chọn đáp án D
Bài 18: Khi nói về đặc trưng sinh lí của âm, phát biểu nào sau đây đúng?
A. Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm.
B. Âm sắc phụ thuộc tần số của âm.
C. Độ to của âm không phụ thuộc vào mức cường độ âm.
D. Độ cao của âm phụ thuộc vào môi trường truyền âm.
Lời giải
– Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm.
Chọn đáp án A
Bài 19: Một nhạc cụ phát ra âm có tần số cơ bản ƒ0 thì hoạ âm bậc 4 của nó là:
A. ƒ0
B. 2ƒ0
C. 3ƒ0
D. 4ƒ0
Lời giải
– Hoạ âm bậc 4 có tần số là 4ƒ0
Chọn đáp án D
Bài 20: Một sóng âm truyền trong không khí, trong số các đại lượng: biên độ sóng, tần số sóng, độ cao của âm và bước sóng; đại lượng không phụ thuộc vào các đại lượng còn lại là:
A. bước sóng.
B. biên độ sóng.
C. Độ cao của âm.
D. tần số sóng.
Lời giải
– Biên độ sóng không phụ thuộc và tần số, độ cao và bước sóng.
Chọn đáp án B
******************
Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 11: Đặc trưng sinh lí của âm do THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Đặc trưng sinh lí của âm. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.
Biên soạn bởi: Trường THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Vật Lý 12
