Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 8: Giao thoa sóng - Nguyễn Công Nam

Bài 8 : GIAO THOA SÓNG 
GV: NGUYỄN CÔNG NAM 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
+ Hai mũi nhọn gắn vào cần rung chạm nhẹ vào mặt nước ở hai điểm s 1 , s 2 . 
+ Cho cần rung dao động điều hòa, ta được hai hệ thống sóng lan truyền theo những hình tròn đồng tâm mở rộng dần và đan trộn vào nhau. ( Hình động ) 
1. Thí nghiệm 
I. HIỆN TƯỢNG IAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
1. Thí nghiệm 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
1. Thí nghiệm 
+ Khi đã ổn định, trên mặt nước có một nhóm đường hypebol dao động với biên độ dao động cực đại (nét liền) , đan xen giữa chúng có một nhóm đường hypebol khác tại đó mặt nước không dao động (nét đứt) . 
+ Hệ thống các đường hypebol này cố định. 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
1. Thí nghiệm 
KẾT QUẢ 
S 2 
S 1 
vân trung tâm 
vân bậc một 
vân bậc một 
S 1 
S 2 
+ Hai mũi nhọn gắn vào cần rung chạm nhẹ mặt nước ở hai điểm S 1 , S 2 . 
+ Cho cần rung dao động điều hòa, ta được hai hệ thống sóng lan truyền theo những hình tròn đồng tâm mở rộng dần và đan trộn vào nhau. 
+ Khi đã ổn định, trên mặt nước có một nhóm đường hypebol dao động với biên độ dao động cực đại ( nét liền ), đan xen giữa chúng có một nhóm đường hypebol khác tại đó mặt nước không dao động ( nét đứt ). 
+ Hệ thống các đường hypebol này cố định. Gọi là hiện tượng giao thoa. 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
1. Thí nghiệm 
S 1 
S 2 
0 
1 
2 
3 
4 
-1 
-2 
-3 
-4 
Vân trung tâm 
2. Giải thích 
Trong miền hai sóng gặp nhau, có những điểm đứng yên , do hai sóng gặp nhau triệt tiêu nhau (hai sóng ngược pha) . 
CỰC TIỂU ? 
2. Giải thích 
Trong miền hai sóng gặp nhau, những điểm dao động rất mạnh (biên độ cực đại) , do hai sóng gặp nhau tăng cường nhau (hai sóng cùng pha) . 
+ Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa . Các gợn sóng có hình hypebol gọi là các vân giao thoa. 
CỰC ĐẠI ? 
II. CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU 
Chọn điều kiện ban đầu thích hợp sao cho phương trình dao động của hai nguồn là: 
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa: (pt sóng t/hợp) 
Xét M trong vùng giao thoa cách S 1 đoạn d 1 = S 1 M cách S 2 đoạn d 2 = S 2 M. 
Phương trình sóng tại M do S 1 truyền đến: 
Phương trình sóng tại M do S 2 truyền đến: 
Sóng tại M là tổng hợp của hai sóng trên: u M = u 1M + u 2M 
Biên độ sóng tông hợp tại M 
Ta có: 
2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa 
a) Vị trí các cực đại giao thoa 
Những điểm có biên độ cực đại khi: 
suy ra: 
Những điểm dao động có biên độ cực đại là những điểm có hiệu đường đi của hai sóng bằng một số nguyên lần bước sóng λ ( Hay hai sóng thành phần cùng pha ). 
Ta có: 
b) Vị trí các cực tiểu giao thoa 
Những điểm có biên độ cực tiểu khi: 
suy ra: 
Những điểm tại đó dao động triệt tiêu là những điểm có hiệu đường đi của hai sóng bằng một số nửa nguyên lần bước sóng λ ( Hay hai sóng thành phần ngược pha ). 
Ta có: 
III. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA. SÓNG KẾT HỢP : 
1. Hai nguồn kết hợp: 
Là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kỳ (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. 
Hai nguồn kết hợp cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ. 
2. Hai sóng kết hợp: 
Là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. 
 Hiện tượng giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng . Ngược lại quá trình vật lí nào gây ra giao thoa thì tất yếu là sóng . 
III. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA. SÓNG KẾT HỢP : 
1. Hai nguồn kết hợp: 
Là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kỳ (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. 
Hai nguồn kết hợp cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ. 
2. Hai sóng kết hợp: 
Là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. 
3. Định nghĩa hiện tượng giao thoa: 
Là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm chúng luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm chúng luôn triệt têu nhau. 
Chú ý: 
 Điều kiện để có giao thoa là phải có sự tổng hợp của hai hoặc nhiều sóng kết hợp. 
 Hiện tượng giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng . Ngược lại quá trình vật lí nào gây ra giao thoa thì tất yếu là sóng . 
III. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA. SÓNG KẾT HỢP : 
1. Hai nguồn kết hợp: 
2. Hai sóng kết hợp: 
Là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. 
3. Định nghĩa hiện tượng giao thoa: 
Là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm chúng luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm chúng luôn triệt têu nhau. 
Chú ý: 
Điều kiện giao thoa : 
Bài 1. Trong một thí nghiệm giao thoa trên mặt nước với 2 nguồn kết hợp S 1 , S 2 dao động với tần số 20Hz. Tại điểm M cách S 1 25cm và cách S 2 20,5cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực có 2 cực đại. Tính tốc độ truyền sóng. 
Bài tập 
 
M 
s 2 
s 1 
Giải 
M nằm trên cực đại nên 
Giữa M và đường trung trực có 2 cực đại nên 
M nằm trên 
cực đại thứ 
0 
3 
3 
Lấy (2) – (1) ta được: 
Bài 2. Thực hiện giao thoa trên mặt nước với hai nguồn kết hợp S 1 , S 2 . Hai điểm M 1 , M 2 ở cùng bên với đường trung trực của S 1 S 2 và ở trên vân cùng loại. M 1 nằm trên vân thứ n, M 2 nằm trên vân thứ n + 8. Biết M 1 S 1 – M 1 S 2 = 12cm, M 2 S 1 – M 2 S 2 = 36cm.Tính bước sóng và cho biết trạng thái tại M 1 và M 2 . 
Giải 
S 2 
M 1 
M 2 
S 1 
M 1 S 1 – M 1 S 2 = 12cm = n λ (1) 
Giả sử M 1 , M 2 nằm trên cực đại 
24cm = 8 λ 
λ = 3 cm 
Thay λ = 3 cm vào (1) 
 n = 4 (nguyên) 
12cm = n. 3 
  
  
Bước sóng λ = 3 cm và M 1 , M 2 dao động cực đại 
M 2 S 1 – M 2 S 2 = 36cm = (n + 8) λ (2) 
Vậy : 
Bài 3. Hai nguồn sóng S 1 , S 2 cùng phát ra song có tần số f = 40Hz, tốc độ truyền pha là 2m/s. Cho S 1 S 2 = 12cm. Tính số gợn lồi quan sát được. 
Giải 
Mà : 
Quan sát được 5 gợn lồi (5 cực đại) 
Xét một gợn lồi qua M 
d 1 
S 1 
M 
S 2 
d 2 
tacó : 
Vậy: 
Bài 4. Tại hai nguồn S 1 , S 2 trên mặt nước có 2 nguồn kết hợp với phương trình u 1 = u 2 = 5cos(50 π t)(mm). Tốc độ truyền sóng là v = 0,25m/s. Viết phương trình dao động tổng hợp tại điểm M trên mặt nước cách S 1 , S 2 lần lượt là d 1 = 8,75cm và d 2 = 5cm. 
Giải 
Ta có: 
mà: 
Thay vào: 
HẾT BÀI 
+ Khi đã ổn định, trên mặt nước có một nhóm đường hypebol dao động với biên độ dao động cực đại (nét liền) , đan xen giữa chúng có một nhóm đường hypebol khác tại đó mặt nước không dao động (nét đứt) . 
+ Hệ thống các đường hypebol này cố định. 
I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG MẶT NƯỚC 
1. Thí nghiệm 
KẾT QUẢ 
S 2 
S 1 
vân trung tâm 
vân bậc một 
vân bậc một 
S 1 
S 2 
III. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA. SÓNG KẾT HỢP: 
1. Hai nguồn kết hợp: 
Là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kỳ (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. 
Hai nguồn kết hợp cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ. 
2. Hai sóng kết hợp: 
Là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. 
3. Định nghĩa hiện tượng giao thoa: 
Là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm chúng luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm chúng luôn triệt tiêu nhau. 
Chú ý: 
 Hiện tượng giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng . Ngược lại quá trình vật lí nào gây ra giao thoa thì tất yếu là sóng . 
 Điều kiện để có giao thoa là phải có sự tổng hợp của hai hoặc nhiều sóng kết hợp. 
Điều kiện giao thoa :