Bài giảng Vật lí Khối 12 - Bài 8: Giao thoa sóng (Bản mới)

GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ 
Bài : 
GIAO THOA SĨNG 
Bài 3  Giao Thoa Sóng 
Trở về 
I. Hiện tượng giao thoa . 
II. Lý thuyết về giao thoa . 
III. Sóng dừng . 
Ôn Tập . 
I. Hiện tượng giao thoa : 
Một thanh kim loại mỏng P làm nguồn dao động . 
Một thanh nhẹ có gắn hai hòn bi A,B ở hai đầu và gắn vào P. 
A và B được đặt sao cho chạm nhẹ vào mặt nước . 
1. Dụng cụ thí nghiệm : 
2. Kết quả : Khi P dao động ta thấy : 
Trên mặt nước có hai sóng lan truyền từ hai nguồn sóng A và B. 
Khi sóng ổn định trên mặt nước có những đường cong tập hợp của những điểm dao động với biên độ cực đại xen kẻ với những đường cong tập hợp của những điểm dao động với biên độ cực tiểu . Ta gọi là vân giao thoa . 
P 
A 
B 
Trở về 
3. Giải thích : 
Nguồn kết hợp : A và B là hai nguồn sóng có cùng tần số và góc lệch pha không đổi gọi là nguồn kết hợp . 
Trên mặt nước có sự lan truyền của hai sóng kết hợp và tại những điểm có sự gặp nhau của hai sóng kết hợp ta có sự tổng hợp của hai sóng : 
Vân cực đại ứng với những điểm gặp nhau của hai sóng cùng pha (  = 2n  ). 
Vân cực tiểu ứng với những điểm gặp nhau của hai sóng ngược pha (  = (2n+1)  ). 
Sóng kết hợp : Sóùng do hai nguồn kết hợp A và B phát ra gọi là sóng kết hợp . 
4. Kết luậän : Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian , trong đó có những chổ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt . 
Trở về 
Vậy : 
Sóng cơ không lan truyền được trong chân không . 
Quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền dao động . 
Trong quá trình truyền sóng các phần tử vật chất chỉ dao động tại chổ mà không bị lôi cuốn theo sóng . 
3. Sóng ngang và sóng dọc : 
a.Sóng ngang : Sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng . Thí dụ : Sóng truyền trên mặt nước . 
b. Sóng dọc : Sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng . Thí dụ sóng âm . 
II.Sự Truyền Pha Dao Động . Bước Sóng : 
1.Sự truyền pha dao động : Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động . 
Xét quá trình truyền sóng từ điểm A trên một sợi dây đàn hồi ( hình vẽ ): 
Lúc t=0 A bắt đầu dao động từ vị trí cân bằng hướng xuống . 
Lúc t=T/4 pha dao động từ A truyền đến B và B bắt đầu dao động từ vị trí cân bằng hướng xuống . 
Tương tự các thời điểm T/2 , 3T/4 , T sóng truyền đến C , D , E . . . 
Vậy chỉ có pha dao động lan truyền trên sợi dây còn các phần tử của sợi dây chỉ dao động tại chổ theo phương vuông góc với dây . 
2.Bước sóng  : Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên một phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau gọi là bước sóng  . 
Bước sóng  là quảng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kì của sóng . Đơn vị  (m) 
III.Chu Kì , Tần Số và Vận Tốc Của Sóng : 
Chu kì và Tần số của sóng : Trong quá trình truyền sóng , tại mọi điểm mà sóng truyền tới các phần tử của môi trường đều dao động theo cùng một chu kì là chu kì dao động của nguồn sóng . Vậy chu kì chung của các phần tử vật chất có sóng truyền qua gọi là chu kì dao động của sóng và nghịch đảo của chu kì gọi là tần số dao động của sóng . 
Vận tốc của sóng : Vận tốc truyền pha dao động gọi là vận tốc sóng . Công thức liên hệ giữa bước sóng  và vận tốc truyền sóng v: 
T : chu kỳ (s) ; f : Tần số (Hz) ; v : vận tốc ( m/s ) 
IV.Biên Độ và Năng Lượng Của Sóng : 
Biên độ sóng tại một điểm là biên độ dao động tại điểm đó . 
Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng . Năng lượng sóng truyền đến một điểm tỷ lệ với bình phương biên độ sóng tại điểm đó 
Sóng truyền trên một mặt phẳng thì năng lượng của sóng truyền đến một điểm giảm tỷ lệ với quảng đường truyền sóng . 
Sóng truyền trong không gian thì năng lượng của sóng truyền đến một điểm giảm tỷ lệ với bình phương quảng đường truyền sóng . 
Sóng truyền trên một đường thẳng và trong trường hợp lý tưởng thì năng lượng của sóng truyền đến mọi điểm là như nhau . 
 
 
Giao thoa sóng là gì ? 
Trở về 
1. Phương trình truyền sóng : 
 Xét quá trình truyền sóng trên một sợi dây Ax với vận tốc truyền là v. 
II. Lý thuyết về giao thoa : 
 Phương trình dao động tại nguồn sóng A : 
u = asin  t ( chọn gốc thời gian sao cho  = 0) 
 Thời gian sóng truyền từ A đến M(AM=d):  t = d/v 
 Dao động tại M ở thời điểm t cùng pha với A vào thời điểm (t – d/v ) 
 u M = a M sin  (t – d/v )  u M = a M sin(  t –  d/v ) 
 Vậy dao động tại một điểm trể pha hơn nguồn một góc là : 
với 
 
Xét hiện tượng giao thoa trên mặt nước . Phương trình dao động tại A và B là :	 u A = u B = asin  t 
Trở về 
2. Giao thoa sóng : 
Tại một điểm M ( AM = d 1 ; BM = d 2 ) nhận hai dao động có biên độ xem như bằng nhau a M do hai sóng truyền tới (AB rất nhỏ so với d 1 và d 2 ): 
và 
Độ lệch pha giữa hai dao động tại M : 
 = 
Với d = d 2 – d 1 là hiệu đường đi . 
( với n = 0 ;  1 ;  2 ;  3 ;  ) 
Trở về 
Những điểm có biên độ cực đại và những điểm có biên độ cực tiểu tạo thành hai họ các đường hypebol xen kẻ nhau có cùng tiêu điểm là A và B . 
Những điểm có biên độ cực đại khi hai sóng cùng pha gặp nhau :  = 2n  
Những điểm có biên độ cực tiểu khi hai sóng ngược pha gặp nhau :  = (2n+1)  
( với n = 0 ;  1 ;  2 ;  3 ;  ) 
 
 
Trở về 
1. Thí nghiệm : 
  Dụng cụ : Một sợi dây đàn hồi có chiều dài AB đầu B cố định và đầu A được gắn vào một nguồn dao động . 
III. Sóng dừng : 
 Thí nghiệm : Cho nguồn dao động với tần số f. Thay đổi tần số dao động đến một giá trị thích hợp ta thấy trên sợi dây có những điểm cố định rung rất mạnh ( biên độ lớn nhất ) gọi là điểm bụng B và những điểm cố định hầu như không rung ( biên độ cực tiểu ) gọi là điểm nút N. Ta có hiện tượng sóng dừng trên dây . 
B 
A 
B 
B 
B 
B 
N 
N 
N 
Kết luận : Sóng có các điểm nút và các điểm bụng cố định trong không gian gọi là sóng dừng . 
Trở về 
2. Giải thích : Dao động truyền từ A theo sợi dây đến B. Tại B ta có sự phản xạ sóng và sóng phản xạ truyền từ B về A. Vậy trên dây ta có hai sóng kết hợp lan truyền là sóng tới và sóng phản xạ và ta có sự giao thoa của hai sóng kết hợp có cùng biên độ tạo thành điểm nút (A=0) và điểm bụng (A max ). 
 Tại những điểm sóng tới và sóng phản xạ cùng pha sẽ có biên độ lớn nhất gọi là điểm bụng B. 
 Tại những điểm sóng tới và sóng phản xạ ngược pha sẽ có biên độ nhỏ nhất (A = 0) gọi là điểm nút N. 
3. Tính chất và ứng dụng : 
Khoảng cách giữa các điểm nút hoặc các điểm bụng bằng số nguyên nữa bước sóng k.  /2 . 
Khoảng cách giữa một điểm nút và một điểm bụng bằng bán nguyên nữa bước sóng (k+½)  /2 . 
Trong hiện tượng sóng dừng biên độ dao động tại mỗi điểm không thay đổi theo thời gian 
Hiện tượng sóng dừng cho phép ta đo bước sóng và suy ra tần số hay vận tốc truyền sóng (v =  .f). 
Trở về 
Ôn Tập 
1. Tìm câu phát biểu sai về giao thoa sóng : 
a. Sóng dừng là hiện tượng giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ trên cùng một phương truyền . 
c. Hai nguồn sóng có cùng chu kỳ và luôn luôn ngược pha là hai nguồn kết hợp . 
b. Giao thoa là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng cơ học trong không gian . 
d. Khi có giao thoa các điểm có biên độ cực đại tạo thành những đường hyperbol . 
Trở về 
Ôn Tập 
2. Một dây đàn dài 60 cm phát ra một âm có tần số 100 Hz. Quan sát dây dây đàn , người ta thấy có 4 nút ( gồm cả hai nút ở hai đầu dây ). Tính vận tốc truyền sóng trên dây . 
Trở về 
d. 30 cm/s 
b. 40cm/s 
a. 30m/s 
c. 40m/s