Sóng Điện Từ Và Sóng Cơ Vào Thủy Tinh: Đáp Án Và Phân Tích

Câu hỏi: Khi cho một sóng điện từ và một sóng cơ đi từ không khí vào thuỷ tinh.

• a) Cả hai sóng đều có tần số không đổi khi đi từ không khí vào thuỷ tinh.
• b) Khi đi từ không khí vào thuỷ tinh thì bước sóng của sóng điện từ giảm xuống.
• c) Khi đi từ không khí vào thuỷ tinh thì bước sóng của sóng cơ giảm xuống.
• d) Khi đi từ không khí vào thuỷ tinh thì cả hai sóng cùng chuyển thành sóng dọc.

Đáp án đúng là a, b. Tần số sóng phụ thuộc duy nhất vào nguồn phát nên giữ nguyên giá trị, tương tự như khi một sóng cơ truyền từ không khí vào nước thì đại lượng nào sau đây không đổi chính là tần số; đồng thời tốc độ truyền sóng điện từ giảm khiến bước sóng giảm theo hệ thức v = λf.

Căn cứ xác định các phát biểu đúng

Tần số của một dao động sóng do nguồn phát quyết định. Quá trình truyền lan từ môi trường này sang môi trường khác không làm thay đổi nhịp điệu kích thích ban đầu. Do đó, cả sóng điện từ lẫn sóng cơ học đều giữ nguyên tần số f khi đi từ không khí vào thủy tinh, khẳng định tính chính xác của ý a.

Tốc độ lan truyền của sóng điện từ phụ thuộc chiết suất môi trường theo công thức v = c/n. Trong chân không hoặc không khí, chiết suất xấp xỉ bằng 1 và tốc độ đạt c ≈ 3.10⁸ m/s. Khi tiến vào khối thủy tinh có chiết suất n > 1, tốc độ lan truyền v giảm. Do hệ thức liên hệ là λ = v/f với f không đổi, bước sóng λ bắt buộc phải giảm tương ứng, xác nhận ý b đúng.

Lý do các phương án c và d không chính xác

Ý c sai vì tính chất truyền sóng cơ trái ngược với sóng điện từ. Tốc độ sóng cơ phụ thuộc vào mật độ và lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử môi trường, thường tuân theo quy luật v_rắn > v_lỏng > v_khí. Khi sóng cơ truyền từ không khí (môi trường khí) vào thủy tinh (môi trường rắn), vận tốc v tăng mạnh. Dẫn đến bước sóng λ = v/f của sóng cơ tăng lên thay vì giảm xuống.

Ý d sai do bản chất sóng. Sóng điện từ có thành phần vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B luôn vuông góc với phương truyền sóng, nghĩa là sóng điện từ vĩnh viễn là sóng ngang trong mọi môi trường. Sóng cơ có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang phụ thuộc cấu trúc liên kết cơ học, không có hiện tượng cả hai sóng đồng thời chuyển thành sóng dọc khi đổi môi trường truyền.

Quy luật lan truyền của sóng cơ và sóng điện từ qua mặt phân cách

Hành vi của hai loại sóng khi thay đổi môi trường được hệ thống qua các thông số cơ bản:

• Tần số (f): Giữ nguyên giá trị đối với mọi loại sóng vì được bảo toàn bởi nguồn phát dao động. Khái niệm chu kỳ T = 1/f cũng không thay đổi.
• Vận tốc sóng điện từ: Cực đại trong chân không, giảm dần khi chiết suất n của môi trường tăng (v = c/n). Do đó bước sóng điện từ trong môi trường n luôn nhỏ hơn bước sóng trong chân không (λ = λ₀/n).
• Vận tốc sóng cơ: Phụ thuộc tính đàn hồi và khối lượng riêng. Sóng cơ không truyền được trong chân không và truyền nhanh nhất trong chất rắn, trung bình trong chất lỏng, chậm nhất trong chất khí. Bước sóng cơ tỷ lệ thuận với vận tốc truyền dẫn.

Quy tắc ghi nhớ nhanh hành vi truyền sóng

Ghi nhớ câu then chốt: Tần số giữ nguyên trên mọi môi trường. Xét tốc độ: sóng điện từ đi vào môi trường đặc hơn thì chậm lại khiến bước sóng giảm; sóng cơ đi vào môi trường đặc hơn thì truyền nhanh hơn khiến bước sóng tăng. Phân biệt bản chất: sóng điện từ luôn là sóng ngang, không bao giờ chuyển thành sóng dọc.