Bài tập 1:  Cho sơ đồ một số phân tử không khí khi có một sóng âm truyền qua như Hình 1.

a) Vẽ lại sơ đồ trên vào vở và đánh dấu một vùng sóng cho thấy khí bị nén (đánh dấu bằng điểm N).

b) Đánh dấu một vùng sóng cho thấy khi giãn (đánh dấu bằng điểm G).

c) Sóng âm có tần số 240 Hz. Điều này có ý nghĩa gì đối với mỗi phân tử không khí?

d) Tốc độ sóng âm là 320 m/s. Tỉnh bước sóng của sóng âm.

Lời giải:

a) Sơ đồ được vẽ lại trên vở với điểm N đánh dấu vùng sóng khí bị nén.

b) Đánh dấu vùng sóng khi giãn bằng điểm G

c) Sóng âm có tần số 240 Hz có ý nghĩa là mỗi phân tử không khí sẽ dao động 240 lần trong một giây khi sóng âm truyền qua.

d) Tốc độ sóng âm được cho là 320 m/s. Tỉnh bước sóng của sóng âm được tính bằng công thức: $v=f*\lambda \Rightarrow \lambda= 320 / 240  = 1.33 m$ 

Bài tập 2: Hình 2 cho thấy hai sóng được hiển thị trên một màn hình máy hiện sóng.

a) Các sóng có cùng pha hay không? Giải thích.

b) Núm điều chỉnh thời gian của màn hình được đặt ở chế độ $500 \mu s$ /độ chia. Xác định chu kì của mỗi sóng.

c) So sánh bước sóng của chúng.

d) Tính tỉ lệ cường độ của hai sóng với cùng hệ số khuếch đại.

Lời giải:
a) Hai sóng trên cùng pha nhau vì ở mọi thời điểm ta quan sát hai dao động đều có trạng thái giống nhau.
b) Chu kì của mỗi sóng gần đúng 2 ô tương ứng nên: T = 2. 500 = 1000 µs
c) Bước sóng của chúng xấp xỉ bằng nhau.
d) Ta có cường độ tỉ lệ với năng lượng mà năng lượng tỉ lệ với bình phương biên độ.
Nhìn vào hình vẽ ta thấy biên độ của đồ thị 2 gấp 1,5 lần biên độ của đồ thị 1
Tỉ lệ cường độ của sóng 2 so với sóng 1 là 1,52 = 2,25.

Bài tập 3: Tín hiệu từ một sao nằm trong vùng tử ngoại của quang phổ với bước sóng $7,5 . 10^{8} m$. Tính tần số của bức xạ này.

Lời giải:

$f = \frac{c}{\lambda }= \frac{3.10^{8}}{7,5.10^{8}}=0,4Hz $

Bài tập 4: Khi xem xét quang phổ thu được từ một thiên thể, các nhà thiên văn nhận thấy các vạch phổ trong vùng ánh sáng nhìn thấy bị dịch về phía ánh sáng đỏ, tức là bước sóng của bức xạ ứng với vạch phổ thu được lớn hơn bước sóng của bức xạ do thiên thể đó phát ra. Hiện tượng này được gọi là sự dịch chuyển đỏ. Vật lí thiên văn ứng dụng sự dịch chuyển đỏ rộng rãi trong việc xác định chuyển động của các thiên thể. Hãy so sánh tần số của bức xạ thu được với tần số của bức xạ do thiên thể phát ra, từ đó cho biết, thiên thể này đang chuyển động như thế nào so với thiết bị thu?

Lời giải:

Khi xem xét sự dịch chuyển đỏ trong quang phổ của một thiên thể, ta có thể sử dụng định luật Doppler để xác định chuyển động của thiên thể đó đối với thiết bị thu. Định luật Doppler cho biết rằng tần số của sóng âm hoặc sóng ánh sáng sẽ thay đổi khi nguồn phát hoặc điểm thu đang chuyển động.

Nếu thiên thể đang tiếp cận với thiết bị thu, thì tần số của bức xạ thu được sẽ tăng lên so với tần số của bức xạ phát ra. Ngược lại, nếu thiên thể đang đi xa khỏi thiết bị thu, thì tần số của bức xạ thu được sẽ giảm xuống so với tần số của bức xạ phát ra. Tần số của bức xạ thu được và tần số của bức xạ phát ra có thể được tính toán dựa trên vị trí của các vạch phổ trong quang phổ.

Do đó, sự dịch chuyển đỏ trong quang phổ của một thiên thể có thể được sử dụng để xác định chuyển động của thiên thể đối với thiết bị thu. Sự dịch chuyển đỏ này còn cho phép các nhà thiên văn đo đạc vận tốc của các thiên thể, từ đó giúp cải thiện hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Bài tập 5: Sử dụng công thức tính khoảng vẫn $i=\frac{\lambda D}{a}$ trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young để giải thích các kết quả quan sát sau:

a) Hai khe hẹp cảng gần nhau thì các văn trên màn càng xa nhau.

b) Các vân giao thoa của ánh sáng lam nằm gần nhau hơn các vân giao thoa của ánh sáng đỏ.

Lời giải:

a) Ta có thể giải thích điều này bằng công thức tính khoảng cách giữa các vân giao thoa $i=\frac{\lambda D}{a}$, trong đó $i$ là khoảng cách giữa hai vân giao thoa trên màn, $\lambda$ là bước sóng của ánh sáng, $D$ là khoảng cách từ các khe đến màn và $a$ là khoảng cách giữa hai khe. Khi $a$ giảm, $i$ sẽ tăng theo tỷ lệ nghịch, do đó các vân giao thoa trên màn sẽ càng xa nhau hơn.

b) Theo công thức $i=\frac{\lambda D}{a}$, khoảng cách giữa các vân giao thoa trên màn phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Do ánh sáng lam có bước sóng ngắn hơn so với ánh sáng đỏ, nên theo công thức trên, khoảng cách giữa các vân giao thoa của ánh sáng lam sẽ nhỏ hơn so với khoảng cách giữa các vân giao thoa của ánh sáng đỏ. Do đó, các vân giao thoa của ánh sáng lam nằm gần nhau hơn các vân giao thoa của ánh sáng đỏ.

Bài tập 6: Người ta đặt lần lượt các tấm kính lọc trước nguồn phát ánh sáng trắng trong thí nghiệm giao thoa Young. Lúc đầu, khi dùng kính lọc màu đỏ ($\lambda_{đ}= 640nm$ thì khoảng vân đo được là 2,40 mm. Khi dùng kinh lọc màu lam thì khoảng vẫn đo được là 1,80 mm. Xác định bước sóng của ánh sáng đi qua kính lọc màu lam.

Lời giải:

Trường hợp dùng kính lọc màu đỏ: $i_{d}=\frac{\lambda_{d}D}{a}$

Trường hợp dùng kính lọc màu lam: $i_{l}=\frac{\lambda_{l}D}{a}$

Ta có:$\frac{i_{d}}{i_l}=\frac{\lambda_{d}}{\lambda_{l}} \Rightarrow \frac{2,4}{1,8}=\frac{640}{\lambda_{l}} \Rightarrow \lambda_{l}=480nm$

Bài tập 7: Dao động của một nguồn âm được ghi lại trên màn hình máy hiện sóng như Hình 3.

a) Xác định tần số của nguồn âm biết đơn vị thời gian trên màn hình được đặt là 5,00 ms/ độ chia.

b) Đặt nguồn âm này trước miệng một ống cộng hưởng. Thay đổi từ từ chiều dài ống cộng hưởng,đồng thời cho nguồn phát âm thanh thì thấy, giữa hai lần liên tiếp nghe được âm rất to tại miệng ống, chiều dài ống cộng hưởng đã thay đổi một khoảng là 0,99 m. Hãy xác định tốc độ truyền âm trong ống.

Lời giải:

a) Nhìn vào hình vẽ ta thấy chu kì của sóng xấp xỉ 2 ô. Suy ra T = 2.5 = 10 ms

tần số là: $f=\frac{1}{T}=\frac{1}{10.10^{-3}}=100Hz$b) Tại miệng ống nghe được âm to nhất tương ứng với bụng sóng => giữa hai lần liên tiếp nghe được âm to nhất tương ứng với khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp là nửa bước sóng, chiều dài ống cộng hưởng đã thay đổi một khoảng là 0,99 m.

$\Rightarrow \frac{\lambda}{2}=0,99 \Rightarrow  \lambda=1,98m \Rightarrow  v =f \lambda =100.1,98=198m/s$