Giáo án Vật lý Khối 12 - Chương II: Sóng cơ và sóng âm - Bài 8: Giao thoa sóng

Ngày soạn:
Tiết dạy: 14
Bài 8
GIAO THOA SÓNG
MỤC TIÊU
Kiến thức:
Mô tả được hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước và nêu được các điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng.
Viết được công thức xác định vị trí của cực đại và cực tiểu giao thoa.
Kĩ năng: Vận dụng được các công thức 8.2, 8.3 Sgk để giải các bài toán đơn giản về hiện tượng giao thoa.
Thái độ:
CHUẨN BỊ
Giáo viên: Thí nghiệm hình 8.1 Sgk.
Học sinh: Ôn lại phần tổng hợp dao động.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định tổ chức:
Lớp:
Kiểm tra bài cũ:
Bài mới
Hoạt động 1 ( phút): Tìm hiểu về sự giao thoa của hai sóng mặt nước
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Mô tả thí nghiệm và làm thí nghiệm hình 8.1
S1	S2
S1	S2
HS ghi nhận dụng cụ thí nghiệm và quan sát kết quả thí nghiệm.
HS nêu các kết quả quan sát được từ thí nghiệm.
Những điểm không dao động nằm trên họ các đường hypebol (nét đứt). Những điểm dao động rất mạnh nằm trên họ các đường hypebol (nét liền) kể cả đường trung trực của S1S2.
Hai họ các đường hypebol này xen kẽ nhau như hình vẽ.. Lưu ý: Họ các đường hypebol này đứng yên tại chỗ.
I. Sự giao thoa của hai sóng mặt nước
- Gõ cho cần rung nhẹ:
+ Trên mặt nước xuất hiện những loạt gợn sóng cố định có hình các đường hypebol, có cùng tiêu điểm S1 và S2. Trong đó:
Có những điểm đứng yên hoàn toàn không dao động.
Có những điểm đứng yên dao động rất mạnh.
Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu về cực đại và cực tiểu giao thoa.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Ta có nhận xét gì về A, f và j của hai sóng do hai nguồn S1, S2 phát ra?
® Hai nguồn phát sóng có cùng A, f và j gọi là hai nguồn đồng bộ.
Vì S1, S2 cùng được gắn vào cần rung ® cùng A, f và
j.
HS ghi nhận các khái niệm
Cực đại và cực tiểu giao thoa
Biểu thức dao động tại một điểm M trong vùng
Nếu 2 nguồn phát sóng có cùng f và có hiệu số pha không phụ thuộc thời gian (lệch pha với nhau một lượng không đổi) gọi là hai nguồn kết hợp.
M
d1	d2
S1	S2
Nếu phương trình sóng tại S1 và S2 là: u = Acoswt
® Phương trình mỗi sóng tại M do S1 và S2 gởi đến có biểu thức như thế nào?
Dao động tổng hợp tại M có biểu thức?
Hướng dẫn HS đưa tổng 2 cosin về tích.
u = Acos2p æ t - d1 ö + Acos2p æ t - d2 ö
ç T	l ÷	ç T	l ÷
è	ø	è	ø
= 2Acos p (d2 - d1 ) cos2p æ t - d1 + d2 ö
l	ç T	2l	÷
è	ø
Dựa vào biểu thức, có nhận xét gì về dao động tổng hợp tại M?
Biên độ dao động tổng hợp a phụ thuộc yếu tố nào?
Những điểm dao động với biên độ cực đại là những điểm nào?
Hướng dẫn HS rút ra biểu thức cuối cùng.
Y/c HS diễn đạt điều kiện những điểm dao động với biên độ cực đại.
Những điểm đứng yên là những điểm nào?
Hướng dẫn HS rút ra biểu thức cuối cùng.
Y/c HS diễn đạt điều kiện những điểm đứng yên.
2 nguồn kết hợp, 2 nguồn đồng bộ và sóng kết hợp.
u = Acos2p æ t - d1 ö và
1	ç T	l ÷
è	ø
u = Acos2p æ t - d2 ö
2	ç T	l ÷
è	ø
u = u1 + u2
HS làm theo hướng dẫn của GV, để ý:
cosa + cosb = 2cos a + b cos a - b
2	2
HS nhận xét về dao động tại M và biên độ của dao động tổng hợp.
Phụ thuộc (d2 – d1) hay là phụ thuộc vị trí của điểm M.
p (d - d )
cos	2	1	= 1
l
® cos p (d2 - d1 ) = ±1
l
Hay p (d2 - d1 ) = kp
l
® d2 – d1 = kl (k = 0, ±1,
±2)
p (d - d )
cos	2	1	= 0
l
Hay p (d2 - d1 ) = kp + p
l	2
giao thoa
Hai nguồn đồng bộ: phát sóng có cùng f và j.
Hai nguồn kết hợp: phát sóng có cùng f và có hiệu số pha không phụ thuộc thời gian.
Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.
Xét điểm M trên mặt nước cách S1, S2 những khoảng d1, d2.
+ d = d2 – d1: hiệu đường đi của hai sóng.
Dao động từ S1 gởi đến M
u = Acos2p æ t - d1 ö
1	ç	÷
è T	l ø
Dao động từ S2 gởi đến M
u = Acos2p æ t - d2 ö
2	ç T	l ÷
è	ø
Dao động tổng hợp tại M u = u1 + u2
Hay:
u = 2Acos p (d2 - d1) cos2p æ t - d1 + d2 ö
l	ç T	2l ÷
è	ø
Vậy:
Dao động tại M vẫn là một dao động điều hoà với chu kì T.
Biên độ của dao động tại M:
a = 2A cos p (d2 - d1 )
l
Vị trí các cực đại và cực tiểu giao thoa
Những điểm dao động với biên độ cực đại (cực đại giao thoa).
d2 – d1 = kl Với k = 0, ±1, ±2
Những điểm đứng yên, hay là có dao động triệt tiêu (cực tiểu giao thoa).
d - d = æ k + 1 ö l
2	1	ç	2 ÷
è	ø
Với (k = 0, ±1, ±2)
- Quỹ tích những điểm dao động với biên độ cực đại và những điểm đứng yên?
® d - d = æ k + 1 ö l
2	1	ç	2 ÷
è	ø
(k = 0, ±1, ±2)
- Là một hệ hypebol mà hai tiêu điểm là S1 và S2.
c. Với mỗi giá trị của k, quỹ tích của các điểm M được xác định bởi:
d2 – d1 = hằng số
Đó là một hệ hypebol mà hai tiêu điểm là S1 và S2.
d - d = kl hoaëc æ k + 1 ö l
2	1	ç	2 ÷
è	ø
Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
Qua hiện tượng trên cho thấy, hai sóng khi gặp nhau tại M có thể luôn luôn hoặc tăng cường lẫn nhau, hoặc triệt tiêu lẫn nhau tuỳ thuộc vào d hoặc Dj giữa hai sóng tại M.
Hiện tượng đặc trưng nghĩa là sao?
HS ghi nhận về hiệu số pha hiện tượng giao thoa.
Nghĩa là mọi quá trình sóng đều có thể gây là hiện tượng giao thoa và ngược lại quá trình vật lí nào gây được sự giao thoa cũng tất yếu là một quá trình sóng.
III. Hiện tượng giao thoa
Hiệu số pha giữa hai sóng tại M
Dj = j -j = 2p (d2 - d1) = 2pd
2	1	l	l
Hiện tượng giao thoa: là hiện tượng khi hai sóng kết hợp gặp nhau, có những điểm chúng luôn luôn tăng cường nhau, có những điểm chúng luôn luôn triệt tiêu nhau.
Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng.
Các đường hypebol gọi là vân giao thoa của sóng mặt nước.
Hoạt động 4 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Kiến thức cơ bản
- Nêu câu hỏi và bài tập về nhà.
- Ghi câu hỏi và bài tập về
- Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau.
nhà.
- Ghi những chuẩn bị cho bài
sau.
RÚT KINH NGHIỆM
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................
Ngày soạn:
Tiết dạy: 15
BÀI TẬP
Mục tiêu:
Vận dụng kiến thức về giao thoa sóng.
Kỹ năng: Giải được các bài toán đơn giản về giao thoa sóng và sự truyền sóng cơ
Chuẩn bị:
Giáo viên: một số bài tập trắc nghiệm và tự luận
Học sinh: ôn lại kiến thức về dao động điều hoà
Tiến trình bài dạy :
Ổn định lớp:
Kiểm tra bài cũ:
- Viết phương trình sóng, tại sao nói sóng vừa có tính tuần hoàn theo thời gia vừa có tính tuần hoàn theo không gian?
- Câu hỏi 1, 2, 3, 4 (45)
Bài mới :
Hoạt động 1: Giải một số câu hỏi trắc nghiệm
Hoạt động GV
Hoạt động H.S
Nội dung
* Cho Hs đọc lần lượt các câu trắc nghiệm 6,7 trang 40 sgk
* HS đọc đề từng câu, cùng suy nghĩ thảo luận đưa ra đáp án đúng
Câu 6 trang 40: a
Câu 7 trang 40: c
* Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra đáp án
* Thảo luận nhóm tìm ra kết quả
*Gọi HS trình bày từng câu
* Hs giải thích
Cho Hs đọc l các câu trắc nghiệm 5, 6 trang 45 sgk
Tổ chức hoạt động nhóm, thảo luận tìm ra đáp án.
*Cho Hs trình bày từng câu
đọc đề
Thảo luận tìm ra kết quả
Hs giải thích
Câu 5 trang 45: D
Câu 6 trang 45: D
Hoạt động 2: Giải một số bài tập
Bài 1: Với máy dò dùng sóng siêu âm, chỉcó thể phát hiện được các vật có kích thước cỡ bước sóng siêu âm. Siêu âm trong một máy dò có tần số 5MHz. Với máy dò này có thể phát hiện được những vật có kích thước cỡ bao nhiêu mm trong 2 trường hợp: vật ở trong không khí và trong nước.
Cho biết tốc độ âm thanh trong không khí và trong nước là 340m/s và 1500m/s
Vật ở trong không khí: có v = 340m/s
l = v
f
= 340 = 6,8.10 – 5 m = 0,068mm
5.106
Quan sát được vật có kích thước > 0.068mm
Vật ở trong nước có v= 1500m/s
l = v
f
= 1500 = 3.10 – 4 m = 0,3mm
5.106
Quan sát được vật có kích thước > 0.3mm
Bài 2: Một sóng cơ có tần số 1000Hz truyền đi với tốc độ 330 m/s thì bước sóng của nó có giá trị nào sau đây?
A. 330 000 m.	B. 0,3 m-1.	C. 0,33 m/s.	-D. 0,33 m.
Bài 3. Sóng ngang là sóng:
lan truyền theo phương nằm ngang.
trong đó các phần tử sóng dao động theo phương nằm ngang.
-C. trong đó các phần tử sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
D. trong đó các phần tử sóng dao động theo cùng một phương với phương truyền sóng.
bài 4. Phương trình sóng có dạng nào trong các dạng dưới đây:
A. x = Asin(wt + j);	B. u = Asinw	x ;
(t - l)
-C. u = Asin 2p( t
T
- x)
l
;	D. u = Asinw( t T
+ j) .
bài 5. Một sóng cơ học có tần số f lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi với vận tốc v, khi đó bước sóng được tính theo công thức
A. l = v.f;	-B. l = v/f;	C. l = 2v.f;	D. l = 2v/f
bài 6 Phát biểu nào sau đây về đại lượng đặc trưng của sóng cơ học là không đúng?
Chu kỳ của sóng chính bằng chu kỳ dao động của các phần tử dao động.
Tần số của sóng chính bằng tần số dao động của các phần tử dao động.
-C. Tốc độ của sóng chính bằng tốc độ dao động của các phần tử dao động.
D. Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kỳ.
bài 7 Sóng cơ học lan truyền trong môi trường đàn hồi với tốc độ v không đổi, khi tăng tần số sóng lên 2 lần thì bước sóng
A. tăng 4 lần.	-B. tăng 2 lần.	C. không đổi.	D. giảm 2 lần.
Bài 8 Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào
A. năng lượng sóng.	B. tần số dao động.
-C. môi trường truyền sóng.	D. bước sóng
Bài 9 Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô lên cao 10 lần trong 18s, khoảng cách giữa hai ngọn sóng kề nhau là 2m. Tốc độ truyền sóng trên mặt biển là
-A. v = 1m/s.	B. v = 2m/s.	C. v = 4m/s.	D. v = 8m/s.
Bài10. Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, người ta dùng nguồn dao động có tần số 50Hz và đo được khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp nằm trên đường nối hai tâm dao động là 2mm. Bước sóng của sóng trên mặt nước là bao nhiêu?
A. l = 1mm.	B. l = 2mm.	-C. l = 4mm.	D. l = 8mm.
Bài11. Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, người ta dùng nguồn dao động có tần số 100Hz và đo được khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp nằm trên đường nối hai tâm dao động là 4mm. Tốc độ sóng trên mặt nước là bao nhiêu?
A. v = 0,2m/s.	B. v = 0,4m/s.	C. v = 0,6m/s.	D-. v = 0,8m/s.
Bài12. Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động với tần số 20Hz, tại một điểm M cách A và B lần lượt là 16cm và 20cm, sóng có biên độ cực đại, giữa M và đường trung trực của AB có 3 dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là bao nhiêu?
-A. v = 20cm/s.	B. v = 26,7cm/s.	C. v = 40cm/s.	D. v = 53,4cm/s.
Bài13. Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động với tần số f = 16Hz. Tại một điểm M cách các nguồn A, B những khoảng d1 = 30cm, d2 = 25,5cm, sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực có 2 dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là bao nhiêu?
A. v = 24m/s.	-B. v = 24cm/s.	C. v = 36m/s.	D. v = 36cm/s.
Bài14. Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động với tần số f = 13Hz. Tại một điểm M cách các nguồn A, B những khoảng d1 = 19cm, d2 = 21cm, sóng có
biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực không có dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là bao nhiêu?
A. v = 26m/s.	-B. v = 26cm/s.	C. v = 52m/s.	D. v = 52cm/s.