Sóng cơ - Chủ đề V: Hiệu ứng Dopple

Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 1 CH  V. HI U NG DOPPLE A. TÓM TT KI N THC C BN S thay i t
n s sóng do ngun sóng chuyn ng tng  i so vi máy thu c gi là hiu ng Dopple. Kí hiu f và v l
n lt là t
n s sóng và t c  truyn sóng trong môi trng do ngun sóng phát ra. • Trng hp ngun sóng ng yên, ngi quan sát (máy thu) chuyn ng o Khi ngun sóng ng yên, máy thu chuyn ng li g
n ngun sóng vi t c  vM thì t
n s sóng mà máy thu thu c là : ff v vv f M > + =' (1) o Khi ngun sóng ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun sóng vi t c  vM thì t
n s sóng mà máy thu thu c là : ff v vv f M < − =' (2) • Trng hp ngun sóng chuyn ng li gn ngi quan sát (máy thu) o Khi ngun sóng chuyn ng li g
n máy thu vi t c  vS thì t
n s sóng mà máy thu thu c là : ff vv v f S > − =' (3) o Khi ngun sóng chuyn ng ra xa máy thu vi t c  vS thì t
n s sóng mà máy thu thu c là : ff vv v f S < + =' (4) Tng quát : T
n s sóng mà máy thu thu c do ngun sóng phát ra là : f vv vv f S M ± ± =' (5) Trong ó : v là t c  truyn sóng vM là t c  máy thu vS là t c  ngun sóng T s ca (5) : ly du (+) khi máy thu li g
n ngun sóng, ly du (-) khi máy thu ra xa ngun sóng Mu s ca (5) : ly du (+) khi ngun sóng ra xa máy thu, ly du (-) khi ngun sóng li g
n máy thu “L
i gn tn s tng, ra xa tn s gim” Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 2 B. MT S BÀI TP Bài 1. Mt xe ca c nh sát u  l ng cao t c bóp còi phát ra âm có t
n s 1 000 Hz. T c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Mt ngi lái xe nghe thy ting còi có t
n s bng bao nhiêu khi a) ngi ó lái xe tin li g
n xe c nh sát vi t c  54 km/h. b) ngi ó lái xe tin ra xa xe c nh sát vi t c  54 km/h. Bài gii : Theo  : f = 1 000 Hz ; v = 340 m/s ; vM = 54 km/h = 15 m/s. a) T
n s ting còi mà ngi lái xe nghe c khi lái xe tin li g
n xe c nh sát là : 10441000. 340 15340 ' ≈ + = + = f v vv f M Hz b) T
n s ting còi mà ngi lái xe nghe c khi lái xe tin ra xa xe c nh sát là : 9561000. 340 15340 ' ≈ − = − = f v vv f M Hz Bài 2. Mt xe ca c nh sát chy vi t c  72 km/h trên mt on ng thng. Ngi c nh sát  trên xe dùng còi in phát ra âm có t
n s 1 000 Hz. T c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Mt ngi ng bên l ng nghe ting còi có t
n s bao nhiêu khi a) xe ca c nh sát chy li g
n ngi ó vi t c  63 km/h. b) xe ca c nh sát chy ra xa ngi ó vi t c  63km/h. Bài gii : Theo  : f = 1 000 Hz ; v = 340 m/s ; vS = 63 km/h = 17,5 m/s. a) Khi xe c nh sát chy li g
n, ngi ng bên l ng nghe thy ting còi có t
n s : 10541000. 5,17340 340 ' ≈ − = − = f vv v f S Hz b) Khi xe c nh sát chy ra xa, ngi ng bên l ng nghe thy ting còi có t
n s : 9511000. 5,17340 340 ' ≈ + = + = f vv v f S Hz Bài 3. Mt xe cu thng hú còi  t
n s 1 500 Hz và vt qua mt ngi ang i xe p vi t c  2,5 m/s. Sau khi b xe vt, ngi i xe p nghe thy âm có t
n s 1 427 Hz. Ly t c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Tính t c  ca xe cu thng. Bài gii : Kí hiu vS và vM l
n lt là t c  ca xe cu thng và ca ngi i xe p ; f và 'f l
n lt là t
n s ca ting còi phát ra t! xe cu thng và t
n s ca ting còi mà ngi i xe p nghe c ; v là t c  truyn âm trong không khí. Sau khi xe cu thng vt qua ngi i xe p thì ngun phát sóng (xe cu thng) ang d ch chuyn ra xa máy thu (ngi i xe p) vi t c  vS còn ngi i xe p (máy thu) ang chuyn ng li g
n ngun phát sóng (xe cu thng) vi t c  vM nên ta có : f vv vv f S M + + =' Suy ra t c  vS ca xe cu thng là : 20340 1427 1500 ).5,2340( ' ).( ≈−+=−+= v f f vvv MS m/s = 72 km/h Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 3 Bài 4. Mt máy dò t c  "t nm yên phát ra sóng âm có t
n s 0,150 MHz v phía mt chic xe ang tin li g
n. T
n s sóng ph n x t! chic xe tr li mà máy dò nhn c là 0,174 MHz. Bit t c  cho phép trên on ng này là 85 km/h. H#i chic xe có vt quá t c  cho phép không ? Ly t c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Bài gii : Kí hiu v là t c  truyn sóng âm trong không khí. Chic xe v!a có tác d$ng nh máy thu (vì nó nhn sóng t! máy dò n) v!a có tác d$ng nh máy phát (vì nó ph n x sóng tr li máy dò). Khi máy dò là ngun phát sóng có t
n s f và chic xe là máy thu thì ngun sóng ng yên và máy thu chuyn ng li g
n ngun sóng vi t c  vM nên t
n s sóng 'f mà chic xe thu c là : f v vv f M + =' (1) Sóng ph n x t! chic xe có t
n s 'f . Khi chic xe là ngun phát sóng có t
n s 'f và máy dò là máy thu thì ngun sóng chuyn ng li g
n máy thu vi t c  vM và máy thu ng yên nên t
n s sóng ''f mà máy dò thu c là : ''' f vv v f M− = (2) Thay 'f  (1) vào (2) ta c : f vv vv f M M − + ='' T! (3) suy ra t c  vM ca chic xe là : 2,25340. 150,0174,0 150,0174,0 '' '' ≈ + − = + − = v ff ff vM m/s = 90,72 km/h Nh vy vM = 90,72 km/h > 85 km/h, ngha là xe này ã chy vt quá t c  cho phép ca on ng này. Bài 5. Mt cái còi phát ra âm có t
n s 528 Hz chuyn ng theo mt qu% o tròn tâm O bán kính 20 cm trong m"t phng ngang vi t c  góc 25 rad/s. Mt ngi  kho ng cách khá xa và ng yên so vi O s& nghe thy âm ca ting còi có t
n s ln nht và nh# nht là bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. Bài gii : T c  dài vM ca cái còi trong chuyn ng tròn là : 52,0.25 === rvM ω m/s Do ngi nghe  kho ng cách khá xa  i vi tâm O ca qu% o cái còi nên nghe thy âm ca ting còi có t
n s ln nht ng vi lúc chic còi ang chuyn ng qua v trí tin li g
n ngi vi t c  vM = 5 m/s, nghe thy âm ca ting còi có t
n s nh# nht ng vi lúc chic còi ang chuyn ng qua v trí tin ra xa ngi vi t c  vM = 5 m/s. T
n s ln nht và nh# nht ca ting còi mà ngi này nghe thy l
n lt là : 536528. 340 5340 'max ≈ + = + = f v vv f M Hz 520528. 340 5340 'min ≈ − = − = f v vv f M Hz Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 4 Bài 6. Các con di bay và tìm mi bng cách phát ra và sau ó thu nhn các ph n x ca sóng siêu âm, ó là nh'ng sóng âm mà tai con ngi không th c m nhn c. Gi s mt con di hình móng ng a bay n g
n mt con bm êm vi t c  vd = 9,0 m/s trong lúc con bm bay n g
n con di vi t c  vb = 8,0 m/s. T! m(i ca con di phát ra sóng siêu âm có t
n s f, sóng này bay n con bm và ph n x tr li, sóng ph n x tr li có t
n s 'f . Con di iu ch)nh t
n s f ca sóng phát i  nó nhn c t
n s 83'' =f kHz ca sóng tr v, vi t
n s này con di nghe rõ nht. Tính t
n s f ca sóng mà con di phát i. Ly t c  truyn sóng âm trong không khí c v = 340 m/s. Bài gii : Con bm v!a tác d$ng d$ng nh mt máy thu (vì nó nghe sóng t! con di n) v!a có tác d$ng nh máy phát (vì nó ph n x sóng tr li con di). Khi con di là ngun phát sóng có t
n s f và con bm là máy thu thì ngun sóng d ch chuyn li g
n máy thu vi t c  vd và máy thu d ch chuyn li g
n ngun sóng vi t c  vb nên t
n s sóng mà con bm thu c là : f vv vv f d b − + =' Suy ra : 'f vv vv f b d + − = (1) Sóng ph n x li t! con bm có t
n s 'f . Khi con bm là ngun phát sóng có t
n s 'f và con di là máy thu thì ngun sóng d ch chuyn li g
n máy thu vi t c  vb và máy thu d ch chuyn li g
n ngun sóng vi t c  vd nên t
n s sóng mà con di thu c là : ''' f vv vv f b d − + = Suy ra : ''' f vv vv f d b + − = (2) Thay (2) vào (1) ta tính c t
n s sóng f mà con di phát ra là : 7583. 0,9340 0,8340 . 0,8340 0,9340 ''. ≈ + − + − = + − + − = f vv vv vv vv f d b b d kHz Bài 7. Bn Th o thi còi  t
n s f và bn Hnh nghe ting còi y. Nu bn Th o ng yên, bn Hnh chy li g
n bn Th o vi t c  v0 thì bn Hnh nghe thy ting còi có t
n s f1. Còn nu bn Hnh ng yên, bn Th o v!a thi còi v!a chy li g
n bn Hnh c(ng vi t c  v0 thì bn Hnh nghe thy ting còi có t
n s f2. Hãy so sánh f, f1 và f2. Bài gii : Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Ta có : ff v vv f > + = 01 và ff vv v f > − = 0 2 Suy ra : ( ) 2 0 2 2 000 2 1 1.
     −= − = −+ = v v v vv v vv v vv f f Do 10 0 << v v nên ta có 10 2 1 << f f hay 21 ff < Vy ta có : f < f1 < f2 Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 5 C. CÂU HI VÀ BÀI TP TRC NGHI M Câu 1: Hiu ng Dopple gây ra hin tng gì sau ây ? A. Thay i cng  âm khi ngun âm chuyn ng so vi ngi nghe. B. Thay i  cao ca âm khi ngun âm chuyn ng so vi ngi nghe. C. Thay i âm s*c ca âm khi ngi nghe chuyn ng li g
n ngun âm. D. Thay i c  cao và cng  âm khi ngun âm chuyn ng. Câu 2: Trng hp nào sau ây thì âm do máy thu ghi nhn c có t
n s ln hn t
n s ca âm do ngun âm phát ra ? A. Ngun âm ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun âm. B. Máy thu chuyn ng li g
n ngun âm ng yên. C. Máy thu ng yên, ngun âm chuyn ng ra xa máy thu. D. Máy thu và ngun âm chuyn ng cùng hng vi cùng t c . Câu 3: Trng hp nào sau ây thì âm do máy thu ghi nhn c có t
n s nh# hn t
n s ca âm do ngun âm phát ra ? A. Ngun âm ng yên, máy thu chuyn ng ra xa ngun âm. B. Máy thu chuyn ng li g
n ngun âm ng yên. C. Máy thu ng yên, ngun âm chuyn ng li g
n máy thu. D. Máy thu và ngun âm chuyn ng cùng hng vi cùng t c . Câu 4: Mt ngun âm ng yên trong không khí phát ra sóng âm có t
n s f. Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Mt máy thu tin li g
n ngun âm vi t c  vM thì s& ghi nhn c âm có t
n s A. f v vv f M + =' . B. f v vv f M − =' . C. f v vv f M M+=' . D. f v vv f M M−=' . Câu 5: Mt ngun âm ng yên trong không khí phát ra sóng âm có t
n s f. Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Mt máy thu tin ra xa ngun âm vi t c  vM thì s& ghi nhn c âm có t
n s A. f v vv f M + =' . B. f v vv f M − =' . C. f v vv f M M+=' . D. f v vv f M M−=' . Câu 6: Trong không khí, mt máy thu ng yên, mt ngun âm phát ra sóng âm có t
n s f và chuyn ng li g
n máy thu vi t c  vS. Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Máy thu s& ghi nhn c âm có t
n s A. f vv v f S− =' . B. f vv v f S+ =' . C. f vv v f S S + =' . D. f vv v f S S + =' . Câu 7: Trong không khí, mt máy thu ng yên, mt ngun âm phát ra sóng âm có t
n s f và chuyn ng ra xa máy thu vi t c  vS. Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Máy thu s& ghi nhn c âm có t
n s A. f vv v f S− =' . B. f vv v f S+ =' . C. f vv v f S S + =' . D. f vv v f S S + =' . Câu 8: Mt xe c nh sát ng yên bên l mt on ng thng phát ra ting còi có t
n s 1 056 Hz. Bn lái xe ca mình tin li g
n xe c nh sát vi t c  54 km/h thì bn nghe thy ting còi có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 224 Hz. B. 888 Hz. C. 1 103 Hz. D. 1 009 Hz. Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 6 Câu 9: Mt xe c nh sát ng yên bên l mt on ng thng phát ra ting còi có t
n s 1 320 Hz. Bn lái xe ca mình tin ra xa xe c nh sát vi t c  63 km/h thì bn nghe thy ting còi có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 565 Hz. B. 1 252 Hz. C. 1 075 Hz. D. 1388 Hz. Câu 10: Bn ang ng yên bên l mt on ng thng. Mt xe cu thng hú còi liên t$c  t
n s 1 500 Hz và ang chy li g
n bn vi t c  90 km/h thì bn s& nghe thy ting hú còi có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 619 Hz. B. 1 397 Hz. C. 1 186 Hz. D. 2 040 Hz. Câu 11: Bn ang ng yên bên l mt on ng thng. Mt xe cu thng hú còi liên t$c  t
n s 1 500 Hz và ang chy trên on ng ó vi t c  108 km/h. Khi xe cu thng ã vt qua và ang d
n xa bn thì bn s& nghe thy ting hú còi có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 645 Hz. B. 1 378 Hz. C. 1 138 Hz. D. 2 198 Hz. Câu 12: Mt cái còi phát sóng âm  t
n s 1 000 Hz chuyn ng i ra xa mt ngi ng bên ng v phía mt vách á vi t c  15 m/s. Ly t c  âm trong không khí là 340 m/s. T
n s ca âm ngi ó nghe c khi âm ph n x tr li t! vách á là A. 1 046 Hz. B. 958 Hz. C. 1 044 Hz. D. 956 Hz. Câu 13: Mt xe cu thng chy vi t c  90 km/h, hú còi liên t$c  t
n s 1 500 Hz và vt qua mt ngi chy xe máy vi t c  36 km/h. Sau khi xe cu thng vt qua, ngi i xe máy nghe thy ting còi ca xe cu thng có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 1 438 Hz. B. 1 571 Hz. C. 1 111 Hz. D. 1 356 Hz. Câu 14: Mt xe công an chy vi t c  108 km/h, hú còi  t
n s 1 000 Hz và ui theo mt tên cp ang chy xe máy vi t c  90 km/h trên mt con ng thng. Trong quá trình ó, tên cp s& nghe thy ting còi có t
n s bng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 851 Hz. B. 1 016 Hz. C. 986 Hz. D. 1 177 Hz. Câu 15: Mt xe công an ui theo mt tên cp ang chy xe máy trên on ng cao t c thng. T c  ca xe công an bng t c  ca xe máy ca tên cp và bng 126 km/h. Do ui theo không k p nên xe công an hú còi liên t$c  t
n s kho ng 1,2 kHz. H#i tên cp s& nghe thy ting còi ca xe công an vi t
n s c bao nhiêu ? A. 976 Hz. B. 1 475 Hz. C. 551 Hz. D. 1 200 Hz. Câu 16: Mt con di bay vi t c  9,0 m/s và t! m(i ca nó phát ra sóng siêu âm có t
n s f hng thng vào con bm êm bay vi t c  8,0 m/s theo chiu ngc l . Sóng siêu âm ph n x t! con bm truyn ngc tr li con di. Con di iu ch)nh  thu sóng ph n x vi t
n s c 83 kHz là t
n s mà con di nghe rõ nht. T
n s f ca sóng mà con di phát ra kho ng bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí là 340 m/s. A. 75 kHz. B. 79 kHz. C. 81 kHz. D. 83 kHz. Câu 17: Mt ngi c nh sát ng  l ng ca mt on ng thng phát ra mt hi còi có t
n s 800 Hz vào mt ô tô v!a vt qua trc m"t. Máy thu ca ngi c nh sát nhn c âm ph n x có t
n s 650 Hz. H#i ô tô chy vi t c  bao nhiêu ? Ly t c  truyn âm trong không khí c 340 m/s. A. 127 km/h. B. 35,2 km/h. C. 63,8 km/h. D. 152,4 km/h. Sóng c
Ch  V. Hiu ng Dopple Th
y inh Trng Ngha, giáo viên Vt lí, trng THPT chuyên Lê Khit - Qu ng Ngãi Trang 7 Câu 18: Mt bn A thi còi  t
n s f và mt bn B nghe ting còi y. Nu bn B ng yên, bn A v!a thi còi v!a chy li g
n bn A vi t c  v0 thì bn B nghe thy ting còi có t
n s f1. Còn nu bn A ng yên, bn B chy li g
n bn A c(ng vi t c  v0 thì bn B nghe thy ting còi có t
n s f2. Kt lun nào sau ây là úng ? A. f1 < f < f2. B. f < f1 < f2. C. f < f2 < f1. D. f2 < f < f1. Câu 19: Bn ng  l mt on ng thng vào ban êm và quan sát mt chic taxi ang chy trên on ng ó. Bn s& thy ánh sáng èn pha ca taxi ngã d
n d
n v màu # khi xe ang chuyn ng A. li g
n bn. B. nhanh d
n. C. ra xa bn. D. chm d
n. Câu 20: Bn H i thi còi  t
n s f và bn Dng nghe ting còi y. Nu H i ng yên, Dng chy li g
n H i vi t c  v0 thì Dng nghe thy ting còi có t
n s f1. Còn nu H i v!a thi còi v!a chy v phía Dng và Dng c(ng chy v phía H i c(ng vi t c  v0 thì Dng nghe thy ting còi có t
n s f2. Kt lun nào sau ây là úng ? A. f1 < f < f2. B. f < f1 < f2. C. f < f2 < f1. D. f2 < f < f1. Câu 21: Mt cái còi C liên t$c phát ra âm có t
n s f theo mi hng. Cho còi dao ng iu hoà chung quanh trung im O ca on thng MN. Mt ngi "t tai ng yên ti v trí D trên ng thng n i M vi N (hình v&). Khi còi C qua v trí nào thì âm mà còi phát ra truyn n tai ngi thì tai ngi nghe c âm ó vi t
n s cao nht ? A. Còi  v trí gii hn (v trí biên) M. B. Còi  v trí gii hn (v trí biên) N. C. Còi qua v trí O theo chiu t! O n M. D. Còi qua v trí O theo chiu t! O n N. Câu 22: Trong không khí, mt cái còi C liên t$c phát ra âm có t
n s f theo mi hng và quay u theo qu% o tròn tâm O bán kính r vi t c  góc
. Kí hiu v là t c  truyn âm trong không khí. Mt ngi "t tai ng yên so vi O ti v trí D. Cho bit D thuc m"t phng qu% o tròn ca còi và D  cách O kho ng d rt ln so vi r. T
n s ln nht fmax và t
n s bé nht fmin ca ting còi mà tai ngi này nghe c l
n lt là A. f rv v f ω− ≈max và f rv v f ω+ ≈min . B. f v rv f ω+ ≈max và f v rv f ω− ≈min . C. f rv v f ω− ≈max và f v rv f ω− ≈min . D. f v rv f ω+ ≈max và f rv v f ω+ ≈min . M O N C D O C D 0v
r d