Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 8: Giao thoa sóng (Bản hay)

KIỂM TRA BÀI CŨ : 
1. Nêu đặc điểm của dao động tổng hợp của hai dao động điều 
 hòa cùng phương , cùng tần số . 
2. Viết công thức tính biện độ của dao động tổng hợp . Biên độ của 
dao động tôngt hợp phụ thuộc vào yếu tố nào ? Nêu sự phụ thuộc 
biên độ của dao động tổng hợp vào độc lệch pha của hai dao động . 
TRẢ LỜI : 
2. a.Công thức tính độ lệch pha của dao động tổng hợp : 
b.Pha ban đầu của dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ của 
 hai dao động thành phần và độ lệch pha của hai dao động . 
c.+Nếu dao động tổng hợp có biên độ cực đại A = A 1 +A 2 
Dao động tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương 
 cùng tần số là một dao động điều hòa cùng phương cùng tần số 
với hai dao động thành phần . 
+ Nếu dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu 
A = 
Tiết 14 : GIAO THOA SÓNG 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC . 
II .CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU . 
III. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA . SÓNG KẾT HỢP . 
I . HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC . 
1. Thí nghiệm . 
a. Dụng cụ . 
+ Khay nước rộng . 
+ Cần rung ở một đầu có gắn một thanh thép nhỏ với hai 
viên bi S 1 và S 2 ở hai đầu sao cho S 1 S 2 cỡ vài cm . 
+ Hộp gây rung . 
b. Tiến hành . 
+ Đặt cần rung sao cho 2 viên bi chạm nhẹ vào mặt nước ở khay . 
+ Cho cần rung dao động điều hòa với tần số f . 
c. Kết quả : 
Trên mặt nước có xuất hiện một nhón các gợn sóng ổn định có 
dạng đường cong hypebol và có tiêu điểm là S 1 và S 2 . 
2. Giải thích : 
+ Khi cần rung dao động với tần số f thì hai viên bi S 1 ; S 2 cũng dao 
động theo với tần số f và nó tạo ra trên mặt nước hai hệ sóng là những 
 đường tròn tâm S 1 và S 2 cùng lan truyền trên mặt nước và có một phần 
 chồng lên nhau . 
S 1 
S 2 
+ Ở trong miền hai sóng gặp nhau dao động của mỗi phần tử nước 
 là sự tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số . 
+ Những điểm hai sóng gặp nhau chúng cùng pha nhau thì chúng tăng 
cường lẫn nhau nên những điểm này dao động rất mạnh . Tập hợp tất 
cả các điểm này tạo thành các đường hypebol tại đó các phần tử nước 
dao động mạnh nhất ( Các đường nét liền ) 
S 1 
S 2 
2. Giải thích : 
+ Những điểm hai sóng gặp nhau chúng ngược pha nhau thì chúng 
tiệt tiêu lẫn nhau nên những điểm này không dao động . Tập hợp 
 tất cả các điểm này tạo thành các đường hypebol tại đó các phần 
tử nước không dao động ( Các đường nét đứt ) 
S 1 
S 2 
2. Giải thích : 
3. Kết luận : 
Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi 
là hiện tượng giao thoa sóng . Các gợn sóng có hình hypebol gọi là 
các vân giao thoa . 
+ Các vân giao thoa tại đó phần tử môi trường dao động với biên độ 
cực đại gọi là các vân cực đại . 
+ Các vân giao thoa tại đó phần tử môi trường không dao động gọi là 
các vân cực tiểu . 
II. CỰC ĐẠI. CỰC TIỂU . 
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa . 
s 1 
s 2 
* Giả sử phương trình dao động của hai nguồn 
S 1 và S 2 có dạng : 
* Xét điểm M nằm trong vùng giao 
thoa cách S 1 : d 1 , cách S 2 :d 2 
M 
d 1 
d 2 
* Phương trình dao động của sóng tại M do sóng từ S 1 truyền tới : 
* Phương trình dao động của sóng tại M do sóng từ S 2 truyền tới : 
*Dao động của sóng tại M là tổng hợp của hai dao động điều hòa 
cùng phương cùng tần số có li độ : 
* Phương trình dao động của sóng tổng hợp tại M : 
* Kết luận : Dao động của sóng tổng hợp tại M là một dao động 
điều hòa cùng phương cùng tần số với hai nguồn và có biên độ : 
2. Vị trí của cực đại và cực tiểu giao thoa . 
a. Vị trí các cực đại giao thoa . 
Những điểm cực đại giao thoa là những điểm giao động với biên độ 
cực đại . 
Khi đó 
Hay d 2 – d 1 = K λ (K = 0; ±1 ; ± 2 ; ±3 ) 
* Kết luận : (SGK ) 
b . Vị trí các cực tiểu giao thoa . 
* Những điểm cực tiểu giao thoa là những điểm đứng yên . Khi đó : 
Vậy 
* Kết luận : (SGK ) 
III. SÓNG KẾT HỢP. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA . 
2. Điều kiện giao thoa . 
1. Sóng kết hợp . 
3. Chú ý : 
 Hiện tượng giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng , tức là mọi quá trình sóng đều gây ra hiện tượng giao thoa . Vậy quá trình vật lí nào gây ra hiện tượng giao thoa đó là quá trính sóng 
Hai sóng kết hợp là sóng được tạo ra từ hai nguồn kết hợp . Đó là hai 
nguồn dao động với cùng tần số , cùng pha hoặc có độ lệch pha không 
 thay đổi 
Các sóng gặp nhau phải là các sóng kết hợp và cùng phương dao động . 
* Củng cố dặn dò : 
+ Phương trình dao động của sóng tổng hợp : 
+ Biên độ của sóng tổng hợp : 
+ Công thức xác định vị trí của các điểm dao động với biên độ cực đại 
+ Công thức xác định vị trí của các điểm dao động với biên độ cực tiểu 
d 2 – d 1 = K λ (K = 0; ±1 ; ± 2 ; ±3 ) 
+ BTVN : 
S 1 
S 2 
Bài tập 1: Tại hai điểm S 1 và S 2 trên mặt chất lỏng có hai nguồn kết 
hợp dao động cùng biên độ , cùngtần số f = 100 Hz , cùng pha . Khi 
 đó trên mặt chất lỏng xuất hiện 14 gợn lồi hình hypebol ở mỗi bên 
của đường trung trực của S 1 S 2 , khoảng cách giữa hai gợn lồi ngoài 
 cùng dọc theo đoạn S 1 S 2 là 2,8 cm . 
Tính vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng đó . 
So sánh trạng thái dao động của nguồn với hai điểm M và N cách 
hai nguồn những khoảng : 
MS 1 = 6,5 cm ; MS 2 = 3,5 cm . 
NS 1 = 5 cm ; NS 2 = 2,5 cm . 
Bài 2 : Trong thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước,hai nguồn kết hợp S 1 và S 2 cách nhau 9 cm dao động điều hòa cùng tần số 
f = 15 Hz,cùng pha,vận tốc truyền sóng trên mặt nước là v = 30 cm/ s.Hỏi điểm M cách S 1 và S 2 những khoảng 20 cm và 28 cm,dao động với biên độ như thế nào ? Giữa M và trung trực của đoạn S 1 S 2 có bao nhiêu dãy cực đại ? Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu trên đoạn S 1 S 2 . 
Bài 3 : Trong thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước,hai nguồn kết hợp S 1 và S 2 cách nhau 15 cm dao động điều hòa cùng biên độ cùng tần số f = 13 Hz,cùng pha theo phương vuông góc với mặt nước . Tại điểm M cách S 1 và S 2 những khoảng 19cm và 21 cm sóng có biên độ cực đại . Giữa M và đường trung trực của S 1 S 2 không có dãy cực đại nào khác.coi biên sóng không đổi.Tính vận tốc truyền sóng trên mặt nước . Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu trên đoạn S 1 S 2 . 
Bài 4 : Tại hai điểm S 1 và S 2 trên mặt chất lỏng cách nhau 11 cm có hai nguồn phát sóng kết hợp dao động với phương trình 
u 1 = u 2 = 2 cos10 Π t (cm). Hai sóng truyền với vận tốc không đổi 
v = 20 cm/s. 
1. Viết phương trình dao động của sóng tại điểm điểm M cách S 1 7,2 cm và cách S 2 8,2 cm . Nhận xét về dao động này . 
2 . Điểm gần nhất nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng S 1 S 2 cách trung điểm của đoạn thẳng S 1 S 2 một đoạn bằng bao nhiêu ? 
Bài 5 : Tại hai điểm S 1 và S 2 trên mặt chất lỏng cách nhau một khoảng 10 cm có hai nguồn phát sóng dao động theo phương thẳng đứng với các phương trình dao động lần lượt là u 1 =0,2Sin50 Π t cm và u 2 = 0,2Sin(50 Π t + Π ) cm . Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 0,5m/s.Coi biên độ sóng không đổi . 
1.Viết phương trình dao động của sóng tại điểm M nằm trên mặt chất lỏng cách hai nguồn những khoảng d 1 và d 2 . 
2.Các điểm thuộc mặt chất lỏng và nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng AB dao động với biên độ như thế nào ? 
3.Xác định số điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu nằm trên đoạn thẳng S 1 S 2 . 
Bài 6 : Tại hai điểm S 1 và S 2 trên mặt chất lỏng cách nhau một khoảng 15 cm có hai nguồn phát sóng dao động theo phương thẳng đứng với các phương trình dao động lần lượt là u 1 = 0,2Sin50 Π t (cm) và u 2 = 0,2Sin(50 Π t + Π /2 ) ( cm).Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 0,5m/s.Coi biên độ sóng không đổi . 
1.Viết phương trình dao động của sóng tại điểm M nằm trên mặt chất lỏng cách hai nguồn những khoảng d 1 và d 2 . 
2.Xác định số điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu nằm trên đoạn thẳng S 1 S 2 .