Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương II: Sóng cơ và sóng âm - Tiết 16, Bài 8: Giao thoa sóng

Tiết 16: 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:
Nghiêm túc, hứng thú trong học tập.
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Học sinh hiểu được phương giao thoa sóng. Đặc điểm tính chất của Sóng giao thoa. Điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa sóng.
Xác định được các tính chất sóng tại 1 điểm là cực đại hay cực tiểu, số điểm cực đại , cực tiwểu nằm giữa 2 nguồn sóng
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP thí nghiệm trực quan, PP hoạt động nhóm
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thuậ giao nhiệm vụ. Kĩ thuật khăn trải bàn
CHUẨN BỊ
Giáo viên: Thí nghiệm hình 8.1 Sgk.( TN ảo)
Học sinh: Ôn lại phần tổng hợp dao động.
CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY VÀ HỌC
Kiểm tra bài cũ (3 phút):
- Viết công thức tính bước sóng và viết phương trình sóng tại 1 điểm?
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới: giáo thoa sóng
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Ở bài trước ta đã tìm hiểu về tính chất của một sóng và phương trình của một điểm. Giả sử ta có hai nguồn sóng tạo nên những gợn sóng cùng một môi trường thì dao động của một điểm
trong vùng sóng gặp nhau như thế nào? Để tìm hiểu nó ta sẽ nghiên cứu qua bài
- HS đưa ra phán đoán và định hướng
Tiết 16: GIAO THOA SÓNG
“GIAO THOA SÓNG”
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu: :- hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước và nêu được các điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng.
- công thức xác định vị trí của cực đại và cực tiểu giao thoa.
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực
sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
GV : Trình bày TN giao thoa sóng nước (Hình 8-1 SGK )
-Trả lời C1 :
Những hypebol liền nét biểu diễn những chổ gặp nhau của hai sóng tăng cường lẫn nhau, những đường hypebol nét đứt biểu diễn những chổ găp nhau của hai sóng triệt tiêu lẫn nhau .
Theo dõi thí nghiệm của GV
Trả lời câu C1 theo goiự ý của GV
-HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG NƯỚC
1)Thí nghiệm :
-Gõ nhẹ cần rung cho dao động Þtrên mặt nước có những gợn sóng ổn định hình các đường hypebol có tiêu điểm S1S2
P S S
- Giải thích hiện tượng
-Tiếp thu
2) Giải thích :
-Những đường cong dao động với biên độ cực đại ( 2 sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau)
-Những đường cong dao động với biên độ cực tiểu đứng yên ( 2sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau)
-Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa
-GV: hướng dẫn HS thành lập biểu thức sóng thai 1 nguồn S1 và S2 ?
-Biểu thức sóng tại điểm M do sóng từ S1 và S2 truyền đến?
u1 = Acoswt = Asin
2 p t
T
u2 = Acoswt = Asin
2 p t
T
- Biểu thức sóng tại M do sóng từ hai nguồn tới u1M	=	A	cos	2	p
II- CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU
1-Dao động của một điểm trong vùng giao thoa :
-Cho 2 nguồn S1 và S2 có cùng f , cùng pha :
Phương trình dao động tại 2 nguồn :
u = u = Acoswt = Acos 2p t
1	2	T
-Xét điểm M cách S1và S2 một đoạn : d1 = S1M và	d2 = S2M
-Coi biên độ bằng nhau và không đổi trong quá trình truyền sóng .
-Phương trình sóng từ S1 đến M :
-Áp dụng :
Sina +sinb =
cos( a - b) sin( a + b)
2	2
-M dao động với biên độ cực đại khi nào ? (Hai	dao	động	cùng pha Dj = 2kp =
2p d suy ra :
l
d2 - d1 = kl )
d2 –d1	: gọi là hiệu đường đi
- Dựa vào biểu thức phát biểu điều kiện để biên độ dao động tại M cực đại
-M dao động với biên
éê t - d1 ùú
ë T	l û
u2M	=	A	cos	2	p
é t	d ù
ê	- 2 ú
ë T	l û
Sóng tổng hợp tại M uM=u1M+u2M
Theo hướng dẫn của GV tìm biên độ dao động tại M
A = 2A cos p (d2 - d1 )
M	l
Khi cos p (d2 - d1 ) = 1
l
Tiếp thu
Phát biểu (SGK)
u	= Acos 2p (t - d1 ) = Acos 2p ( t - d1 )
1M	T	v	T	l
-phương trình sóng từ S2 đến M :
u	= Acos 2p (t - d2 ) = Acos 2p ( t - d2 )
2M	T	v	T	l
-Sóng tổng hợp tại M :
u = u + u	= Aéêcos 2p ( t - d1 ) + cos 2p ( t - d2 )ùú
M	1M	2M	ë	T	l	T	l û
u	= 2Acos p (d2 - d2 ) cos 2p æ t - d1 + d2 ö
M	l	ç T	2l	÷
è	ø
-Biên độ dao động là :
A = 2A cos p (d2 - d1 )
M	l
Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
Vị trí các cực đại giao thoa :
M	dao	động	với	Amax	khi	:
cos p (d2 - d1 ) = 1
l
Suy ra : cos p (d2 - d1 ) = ±1	Hay	:
l
p (d2 - d1 ) = kp
l
Suy ra : d2 - d1 = kl	(*)	; (
k = o; ±1; ±2	)
Hiệu đường đi = một số nguyên lần bước sóng
Quỹ tích các điểm này là những đường Hypebol có 2 tiêu điểm là S1 và S2 gọi là những vân giao thoa cực đại.
k = 0 Þ d1 = d2
Quỹ tích là đường trung trực của S1S2
b) Ví trí các cực tiểu giao thoa :
M dao động với AM = 0 khi :
cos p (d2 - d1 ) = 0
l
Hay : p (d2 - d1 ) = kp + p
l	2
Suy	ra	:	d - d = æ k + 1 ö l	;
2	1	ç	2 ÷
è	ø
(k = 0;±1; ±2 )
Hiệu đường đi = một số nửa nguyên lần bước sóng
độ cực tiểu khi nào ? (Hai dao động ngược pha Dj = (2k +1)p =
2p d Suy ra :
l
d - d = (2k +1) l )
2	1	2
- Dựa vào biểu thức phát biểu điều kiện để biên độ dao động tại M cực đại
-GV : Trình bày ĐK để có giao thoa
Khi cos p (d2 - d1 ) = 0
l
Tính tóan theo gợi ý của GV
Phát biểu (SGK)
Tiếp thu
Quỹ tích các điểm này là những đường Hypebol có 2 tiêu điểm là S1 và S2 gọi là những vân giao thoa cực tiểu .
III- ĐK GIAO THOA – SÓNG KẾT HỢP
Điều kiện : Hai sóng nguồn kết hợp
Dao động cùng phương , cùng tần số.
Có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
Hai nguồn kết hợp phát ra 2 sóng kết hợp.
Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng .Quá trình vật lý nào gây ra được hiện
tượng giao thoa là một quá trình sóng .
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10')
Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: Hai sóng kết hợp là
hai sóng chuyển động cùng chiều với cùng tốc độ.
hai sóng luôn đi kèm với nhau.
hai sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
hai sóng có cùng bước song và có độ lệch pha biến thiên tuần hoàn.
Câu 2: Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp A và B dao động với tần số 30 Hz, người ta thấy đường cực đại thứ ba tính từ đường trung trực của AB qua điểm M có hiệu khoảng cách từ A đến B là 15 cm. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là
A. 1,5 m/s B. 2,1 m/s C. 2,4 m/s D. 3,6 m/s.
Câu 3: Trong một thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn sóng kết hợp A, B dao động với tần số 15 Hz và cùng pha. Tại một điểm M trên mặt nước cách A, B những khoảng cách từ A đến B là 15 cm. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là
A. 36 cm/s B. 24 cm/s C. 48 cm/s D. 20 cm/s.
Câu 4: Trong một thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn A, B dao động cùng pha với tần số f. Tại một điểm trên mặt nước cách các nguồn A, B những khoảng 19 cm, 21 cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực của AB không có dãy cực đại nào khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 26 cm/s. Tần số dao động của hai nguồn là
A. 16 Hz. B. 26 Hz. C. 50 Hz. D. 13 Hz.
Câu 5: Hai nguồn kết hợp AB dao động cùng pha, cùng biên độ. Tại một điểm M cách các nguồn lần lượt là 20 cm và 25 cm sóng dao động với biên độ cực đại, giữa M và đường trung trực của đoạn AB không có điểm cực đại nào. Tại điểm N các cách nguồn
lần lượt 20 cm và 22,5 cm hai sóng dao động
A. lệch pha nhau π/6. B. cùng pha. C. vuông pha. D. ngược pha.
âu 6: Trong một thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A và B cách nhau 32 cm, tần số f = 25 Hz dao động đồng pha. Biết tốc độ truyền sóng là 75 cm/s. Số vân giao thoa cực đại và cực tiểu quan sát được lần lượt là
A. 18 và 17 B. 20 và 21 C. 21 và 22 D. 23 và 22.
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
Đáp án
C
A
B
D
D
C
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập về giáo thoa sóng
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
GV chia lớp thành nhiều nhóm
( mỗi nhóm gồm các HS trong 1 bàn) và giao các nhiệm vụ: thảo luận trả lời các câu hỏi sau và ghi chép lại câu trả lời vào vở bài tập
Hãy giải thích hiện tương tạo thành vân giao thoa trên mặt nước.
Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận
HS trả lời.
HS nộp vở bài tập.
HS tự ghi nhớ nội dung trả lời đã hoàn thiện.
Dùng một nhánh hình chữ U bằng thép đàn hồi, ở đầu hai nhánh chữ U có hai quả cầu nhỏ chạm nhẹ vào mặt nước trong khay. Cho thanh thép dao động duy trì với tần số xác định thì hai quả cầu dao động theo và truyền cho mặt nước hai dao động cùng phương, cùng tần số, cùng pha, cùng biên độ, tạo ra hai sóng tròn cùng tần số và cùng bước sóng. Hai sóng này giao thoa với nhau, mỗi điểm trên mặt nước có sóng tổng hợp. Nếu 2 sóng thành phần tại vị trí đó cùng pha với nhau thì biên độ sóng cực đại, hay ngược pha với nhau thì biên độ sóng cực tiểu. Tập hợp các điểm dao động có biên độ cực đại và có
biên độ cực tiểu là các vân giao thoa dạng đường hypebol.
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Làm thí nghiệm và quan sát kỹ để chỉ ra đường nào là đường nối các điểm dao động với biên độ cực đại, đường nào là đường nối các điểm với biên độ cực tiểu.
Lời giải:
Khi quan sát kỹ ta thấy đường trung trực của đoạn thẳng nối 2 nguồn sóng là đường nối các điểm dao động với biên độ cực đại (gọi là vân cực đại ở chính giữa). Từ đó ta chỉ ra được các vân cực đại tiếp theo ở cách đều 2 bên vân chính giữa: ở giữa hai vân cực đại
là vân cực tiểu (là đường nối các điểm dao động có biên độ cực tiểu).
Hướng dẫn về nhà:
- Về nhà học bài và xem trứơc bài 9SGK/46
- Về nhà làm các bài tập 7,8 Sgk/45.và sách bài tập