Tài liệu ôn thi THPT Quốc gia 2020 môn Vật lí 12 - Chuyên đề: Sóng âm

c cường độ âm 
 - Cường độ âm 
 Là năng lượng mà sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông 
góc với phương truyền âm. 
 Công thức tính I = 
P
S
 , trong đó P là công suất của nguồn âm, S là diện tích miền truyền âm. 
 Khi âm truyền trong không gian thì S = 4πR2 → 
24 R
P
I
 Cường độ âm tại hai điểm A, B được cho bởi 
2
2
4
4
B
B
A
A
R
P
I
R
P
I
→ 
2
A
B
B
A
R
R
I
I
 Đơn vị: P (W), S (m2), I (W/m2). 
 - Mức cường độ âm 
 Là đại lượng được thiết lập để so sánh độ to của một âm với độ to của âm chuẩn và được cho 
bởi công thức: 
oI
I
L lg (đơn vị B) 
oI
I
L lg10 (đơn vị dB) 
 Trong đó, I là cường độ âm tại điểm cần tính, I0 là cường độ âm chuẩn (âm ứng với tần số ƒ = 
1000 Hz) có giá trị là I0 = 10–12 W/m2. 
 Trong thực tế thì người ta thường sử dụng đơn vị nhỏ hơn Ben (B) để tính mức cường độ âm, 
đó là dexiBen (dB): 1B = 10dB 
 Chú ý: Tại hai điểm A, B có mức cường độ âm lần lượt là LA, LB thì ta có 
 LA - LB = 
0
A
I
I
log10 -
0
B
I
I
log10 = 
B
A
I
I
log10 = 
2
A
B
R
R
log10 
= 
A
B
R
R
log20 
 2.3. Âm cơ bản và họa âm (đồ thị dao động âm) 
 - Một âm khi phát ra được tổng hợp từ một âm cơ bản và các âm khác gọi là họa âm. 
 - Âm cơ bản có tần số ƒ0 còn các họa âm có tần số bằng bội số tương ứng với âm cơ bản. 
2 
 + Họa âm bậc hai có tần số ƒ2 = 2ƒ0 
 + Họa âm bậc ba có tần số ƒ3 = 3ƒ0 
 + Họa âm bậc n có tần số ƒn = nƒ0 
 → Các họa âm lập thành một cấp số cộng với công sai d = ƒ0 
 Chú ý: 
 - Nhạc âm và tạp âm 
 + Nhạc âm là những âm có tần số xác định và đồ thị dao động là đường cong hình sin 
 + Tạp âm là những âm có tần số không xác định và đồ thị dao động là những đường cong phức 
tạp. 
 - Ngưỡng nghe, ngưỡng đau, miền nghe được 
 + Ngưỡng nghe: là giá trị nhỏ nhất của mức cường độ âm mà tai con người có thể nghe được 
 + Ngưỡng đau: là giá trị lớn nhất của mức cường độ âm mà tai con người có thể chịu đựng 
được 
 + Miền nghe được... BÀI TẬP MẪU 
Bài 1: Hai họa âm liên tiếp do một dây đàn phát ra có tần số hơn kém nhau 56 Hz, họa âm thứ ba và 
họa âm thứ năm có tần số bằng bao nhiêu? 
Hướng dẫn giải 
Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 56 Hz nên ta có ƒn - ƒn-1 = 56 nƒ0 - (n-1)ƒ0 = 56 ƒ0 = 56 Hz 
Từ đó ta có tần số của họa âm thứ ba và thứ năm là 
Hzff
Hzff
2805
1623
05
03
Bài 2: Một nhạc cụ phát ra âm cơ bản có tần số ƒ0 = 420 Hz. Một người chỉ nghe được âm cao nhất 
có tần số là 18000 Hz, tìm tần số lớn nhất mà nhạc cụ này có thể phát ra để người đó nghe được. 
Hướng dẫn giải 
 Gọi ƒn là âm mà người đó nghe được, ta có ƒn = nƒ0 = 420n. 
 Theo bài ƒn < 18000 420n < 18000 n < 42,8, (1) 
 Từ đó giá trị lớn nhất của âm mà người đó nghe được ứng với giá trị nguyên lớn nhất thỏa mãn (1) 
là n = 42. Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 Hz. 
Bài 3: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường độ âm của chúng là bao 
nhiêu? 
Hướng dẫn giải 
Áp dụng công thức tính mức cường độ âm ta có 
L2 - L1 = 20 dB 
0
2log10
I
I
-
0
1log10
I
I
 = 20 
0
1
0
2 loglog10
I
I
I
I
=20 
1
2log
I
I
= 2 →
1
2
I
I
= 102 = 
100 
 Vậy tỉ số cường độ âm của hai âm đó là 100 lần. 
3 
Bài 4: Mức cường độ âm tại một điểm cách một nguồn phát âm 1 m có giá trị là 50 dB. Một người 
xuất phát từ nguồn âm, đi ra xa nguồn âm thêm 100 m thì không còn nghe được âm do nguồn đó phát 
ra. Lấy cường độ âm chuẩn là I0 = 10–12 W/m2, sóng âm phát ra là sóng cầu thì ngưỡng nghe của tai 
người này là bao nhiêu? 
Hướng dẫn giải 
 Cường độ âm được tính bởi I = 
P
S
 , do âm phát ra dạng sóng cầu S = 4πR2 → 
2R4
P
I
 Do đó 
2
2
2
2
1
1
4
4
R
P
I
R
P
I
→ 
2
2
1
1
2
R
R
I
I
= 
2100
1
 = 10-4 I2 = 10-4I1 
Mức cường độ âm gây ra tại điểm cách nguồn âm 100 m là 
0
2
2
I
I
log10L =
0
1
4
I
I10
log10
= 
0
14
I
I
.10log10 = 
0
14
I
I
log10log10 = -40 + L1 = 10 dB 
Tại điểm này, người đó ...
 40 = 
2
log10 
A
B
R
R
→ 
A
B
R
R
=100 RB = 100RA 
Ta lại có RM = RA +AM = RA + 
AB
2
 = RA + 
2
AB RR =
2
AB RR = 50,5RA 
Từ đó LA - LM = 
M
A
I
I
log10 = 
2
log10 
A
M
R
R
= 10log50,52 → LM = 60 - 10log50,52 ≈ 26 dB 
4 
Vậy chọn đáp án C. 
Bài 7: 
 1. Mức cường độ của một âm là L = 30 dB. Hãy tính cường độ của âm này theo đơn vị W/m2, biết 
cường độ âm chuẩn là I0 = 10–12 W/m2. 
 2. Cường độ âm tăng 100 lần thì mức cường độ âm tăng bao nhiêu dB? 
 3. Độ to của âm có đơn vị đo là phôn, được định nghĩa như sau: Hai âm lượng hơn kém nhau 1 
phôn I2 – I1 = 1 phôn, tương đương với 
1
2log10
I
I
= 1 . Ngoài đường phố âm có độ to 70 phôn, ở trong 
phòng âm này chỉ còn có độ to 40 phôn. Tính tỉ số các cường độ âm ở hai nơi đó. 
Hướng dẫn giải 
 1. Mức cường độ âm tính theo đơn vị dB là: L = 
0
log10
I
I
= 30 3
0
10 
I
I
 → I = 103I0 = 10-9 
W/m2 
 2. Mức cường độ âm tính theo đơn vị (dB) là: L = 
0
log10
I
I
 Khi cường độ tăng 100 lần tức là bằng I’ = 100I thì 
L’(dB) = 
0I
I100
log10 = 10 
0I
I
log10100log = 20 + 
0I
I
log10 
Vậy mức cường độ âm tăng thêm 20 dB. 
 3. Hai âm lượng hơn kém nhau 1 phôn, tức I2 – I1 = 1 phôn tương đương với 
1
2log10
I
I
=1 
Hai âm hơn kém nhau 30 phôn tương đương với 
1
2log10
I
I
=30 → 
1
2
I
I
= 1000 
Bài 8: Tại một điểm A nằm cách xa nguồn âm O (coi như nguồn điểm) một khoảng OA = 1 m, mức 
cường độ âm là LA = 90 dB. Cho biết ngưỡng nghe của âm chuẩn I0 = 10–12 W/m2. 
 1. Tính cường độ IA của âm đó tại A. 
 2. Tính cường độ và mức cường độ của âm đó tại B nằm trên đường OA cách O một khoảng 10 
m. Coi môi trường là hoàn toàn không hấp thụ âm. 
 3. Giả sử nguồn âm và môi trường đều đẳng hướng. Tính công suất phát âm của nguồn O. 
Hướng dẫn giải 
 1. Mức cường độ âm tại A tính theo đơn vị dB là 
 LA = 
0
A
I
I
log10 = 90 9
0
A 10
I
I
 → IA = 109I0 = 10-3 W/m2 
 2. Từ công thức tính cường độ âm ta có 
2
B
B
2
A
A
R4
P