Dưới đây là lời giải chi tiết các câu trong đề:
---
**Câu 1:** Giao thoa sóng trên mặt nước
- Khoảng cách đến hai nguồn: \( r_1 = 20\,cm \), \( r_2 = 12\,cm \)
- Tại điểm này có biên độ cực đại \(\Rightarrow\) hai sóng đến đó cùng pha hoặc lệch pha bội số của \(2\pi\)
- Có 4 dãy điểm dao động với biên độ cực đại giữa điểm đó và đường trung trực của hai nguồn
- Vận tốc sóng \( v = 40\,cm/s \)
**a) Tính bước sóng \(\lambda\)**
Điều kiện cực đại giao thoa:
\[
\Delta r = |r_1 - r_2| = k \lambda, \quad k = 0, 1, 2, \ldots
\]
Ở điểm đã cho, sóng có biên độ cực đại nên:
\[
|r_1 - r_2| = k \lambda \Rightarrow 20 - 12 = 8 = k \lambda
\]
Vì \(k\) là số nguyên nên \(\lambda = \frac{8}{k}\).
Đồng thời, giữa điểm này và đường trung trực có 4 dãy điểm biên độ cực đại, nghĩa là có 4 khoảng \(\lambda/2\) (vì khoảng giữa các điểm cực đại trên cùng một phía là \(\frac{\lambda}{2}\)).
Do đó, khoảng cách từ điểm đến đường trung trực là:
\[
d = 4 \times \frac{\lambda}{2} = 2 \lambda
\]
Ta cần tính \(d\).
Xét vị trí đường trung trực, ta gọi vị trí đường trung trực là nơi \(r_1 = r_2\), gọi \(d\) là khoảng cách từ điểm đến đường trung trực theo phương vuông góc với đường nối hai nguồn.
Khoảng cách hiệu sóng:
\[
\Delta r = |r_1 - r_2| = 8 cm = k \lambda
\]
Cách giải theo khoảng cách dọc đường trung trực:
Ở mỗi điểm cực đại giao thoa trên cùng một phía, khoảng cách theo phương vuông góc với đường trung trực là \(\frac{\lambda}{2}\). Có 4 dãy cực đại tức là:
\[
d = 4 \times \frac{\lambda}{2} = 2 \lambda
\]
Từ đó:
Khoảng cách d có thể tính được nếu biết vị trí các điểm hoặc có thể dùng vận tốc sóng và tần số.
Ta biết:
\[
v = f \lambda = 40 cm/s
\]
Để tìm \(\lambda\), ta dùng dữ kiện trên:
\[
\lambda = \frac{8}{k}
\]
Chọn \(k=1\) (vì \(k\) là số nguyên nhỏ nhất), ta có:
\[
\lambda = 8\,cm
\]
**b) Tính tần số \(f\):**
\[
f = \frac{v}{\lambda} = \frac{40}{8} = 5\,Hz
\]
---
**Câu 2:** Dao động điều hòa với phương trình:
\[
x = 3 \cos \left( 2\pi t + \frac{\pi}{6} \right) \quad (cm)
\]
Lấy \(\pi^2 = 10\) (dữ liệu đề cho, tuy nhiên ở đây không cần dùng)
**a) Pha ban đầu:**
Pha ban đầu là pha tại \(t=0\):
\[
\varphi_0 = \frac{\pi}{6}
\]
**b) Li độ tại \(t=1.5\,s\):**
\[
x(1.5) = 3 \cos \left( 2\pi \times 1.5 + \frac{\pi}{6} \right) = 3 \cos \left( 3\pi + \frac{\pi}{6} \right)
\]
Ta biết:
\[
\cos (3\pi + \frac{\pi}{6}) = \cos \left( \pi + 2\pi + \frac{\pi}{6} \right) = -\cos \left( 2\pi + \frac{\pi}{6} \right) = - \cos \frac{\pi}{6}
\]
Vì \(\cos(\alpha + 2k\pi) = \cos \alpha\).
\[
\cos \frac{\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 0.866
\]
Vậy:
\[
x(1.5) = 3 \times (-0.866) = -2.598 \, cm
\]
---
**Câu 3:** Thí nghiệm Young
- Bước sóng \(\lambda = 0,5 \mu m = 0,5 \times 10^{-6} m\)
- Khoảng cách hai khe \(a = 1.2\,mm = 1.2 \times 10^{-3} m\)
- Khoảng cách đến màn \(D = 3 m\)
- Hai điểm M và N trên màn nằm cùng pha với vân trung tâm, cách vân trung tâm lần lượt là 0,375 cm và 1,8 cm.
**a) Tính khoảng vân \(i\):**
Khoảng vân:
\[
i = \frac{\lambda D}{a} = \frac{0.5 \times 10^{-6} \times 3}{1.2 \times 10^{-3}} = \frac{1.5 \times 10^{-6}}{1.2 \times 10^{-3}} = 1.25 \times 10^{-3} m = 0.125 cm
\]
**b) Tìm số vân sáng trên đoạn MN:**
Độ dài đoạn MN:
\[
L = |1.8 - 0.375|\,cm = 1.425\,cm
\]
Số khoảng vân sáng trong đoạn MN là:
\[
N = \frac{L}{i} + 1 = \frac{1.425}{0.125} + 1 = 11.4 + 1 = 12.4 \approx 12 \quad (\text{lấy số nguyên})
\]
Số vân sáng trên đoạn MN là 12 vân.
---
**Tóm tắt đáp án:**
- Câu 1:
a) \(\lambda = 8\,cm\)
b) \(f = 5\,Hz\)
- Câu 2:
a) Pha ban đầu \(\varphi_0 = \frac{\pi}{6}\)
b) Li độ tại \(t=1.5\,s\) là \(x = -2.6\,cm\)
- Câu 3:
a) Khoảng vân \(i = 0.125\,cm\)
b) Số vân sáng trên đoạn MN là 12 vân.
---
Nếu cần giải thích thêm hoặc phần nào chưa rõ bạn có thể hỏi nhé!