Giáo án Vật lý 12 - Bài 8: Giao thoa sóng

BÀI 8 : GIAO THOA SÓNG
I / MỤC TIÊU :
1.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.
* Thiết lập được phương trình tổng hợp giao thoa của hai sóng, Viết được công thức xác định vị trí của cực đại và cực tiểu giao thoa.
* Xác định điều kiện để có vân giao thoa.
2.Kĩ năng: 
* Xác định được vị trí của các vân giao thoa 
* Giải thích được hiện tượng giao thoa và giải một số các bài tập liên quan.
II / CHUẨN BỊ :
Giáo Viên:
Kiến thức và dụng cụ:
Thiết bị tạo vân giao thoa sóng nước đơn giản cho các nhóm học sinh
Thiết bị vân giao thoa sóng nước với nguồn có tần số thay đổi 
Những điều cần lưu ý trong sách giáo viên.
Phiếu học tập:
P1: Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa sóng là gì?
Có hai sóng chuyển động ngược chiều nhau.
Có hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi giao nhau
Có hai sóng cùng bước sóng giao nhau.
Có hai sóng cùng biên độ, cùng tốc độ giao nhau.
P2: Trong hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước, khoảng cách giữa hai cực đại giao thoa liên tiếp nằm trên đường nối hai tâm của nguồn sóng bằng bao nhiêu?
Bằng hai lần bước sóng 
Bằng một bước sóng
Bằng một nửa bước sóng.
Bằng một phần tư bước sóng
P3: Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, người ta dùng nguồn giao động có tần số 50Hz và đo được khoảng cách giữa hai cực tiểu liên tiếp trên đường nối hai tâm dao động là 2mm. Bước sóng của sóng trên mặt nước là bao nhiêu? 
a. 1mm	b. 2mm	c. 4mm	d. 8mm
 P4: Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, người ta dùng 2 nguồn giao động (cùng pha )có tần số 50Hz và đo được khoảng cách giữa hai cực tiểu liên tiếp trên đường nối hai tâm dao động là 2cm.Khoảng cách giữa hai nguồn sóng 16,5 cm. Hỏi trong khoảng giữa hai nguồn có bao nhiêu đường cong Hypebol dao động với biên độ cực đại ? 
a. 7 	b.8	c. 9	d.10
è Đáp án các phiếu học tập
1b:2c.3c.4b vì có 9 điểm dao động với biên độ cực đại trên khoảng giữa hai nguồn ứng với 9 đường trong đó có 8 đường cong Hypelbol và một đường thẳng (trung điểm của đoạn nối hai nguồn )
Học sinh:
Ôn lại kiến thức về sóng cơ học và các đại lượng đặc trưng của sóng, phương trình sóng 
sự tổng hợp của hai dao động cùng phương, cùng tần số, bằng phương pháp lượng giác
Gợi ý sử dụng CNTT.
* GV có thể sử duụn một số hình ảnh giao thoa của sóng, chuẩn bị các Video clip về GT sóng , các phần mềm mô tả sự giao thoa sóng.
- Thiết bị tạo vân giao thoa sóng nước đơn giản cho các nhóm HS.
- Thiết bị tạo vân giao thoa sóng nước với nguồn dao động có tần số thay đổi được, dùng cho GV.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY - HỌC :
Hoạt động 1: (5 phút ) ỔN ĐỊNH LỚP, KIỂM TRA BÀI CŨ
* biết được việc học bài cũ và sự chuận bị của học sinh
Hoạt động của học sinh
* Cán bộ lớp báo cáo tình hình lớp 
* Lắng nghe câu hỏi của giáo viên
* Trình bày câu trả lời
Hoạt động của giáo viên
- Yêu cầu cán bộ cho biết tình hình của lớp 
- Nêu câu hỏi Kiểm tra bài cũ: Hãy nêu định nghĩa về sóng? Phân loại sóng?nêu các đặc trưng của sóng.
Hoạt động 2(10 phút):
Tìm hiểu HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG TRÊN MẶT NƯỚC
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
-Quan sát GV trình bày thí nghiệm về dụng cụ và cách tiến hành thí nghiệm:
+ Quan sát hình ảnh của mặt nước 
+Nhận Xét: Co những điểm có định trên mặt nước không dao động tập hợp những điểm này nằm trên họ đường cong và có những điểm giao động với biên độ cực đại tập hợp những điểm này này trên học đường cong xen kẽ với các đường đứng yên.
è Ghi nhớ kết luận: Hiện tượng như trên gọi là hiện tượng giao thoa giao thoa sóng trên mặt nước 
-Bố trí thí nghiệm về hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước, kiểm tra kĩ trước khi tiến hành thí nghiệm 
- Tiến hành thí nghiệm. Yêu cầu HS quan sát thí nghiệm, cho nhận xét kết quả thí nghiệm
- làm thí nghiệm vài lần
- Kết Luận: Hiện tượng như trên được gọi là hiện tượng giao thoa sóng nước. 
Hoạt động 3(20 phút):
Xây dựng phương trình tổng hợp giao thoa và công thức hiệu đường đi
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS : u1 = Acoswt = Asin t
HS : u2 = Acoswt = Asin t
HS : u1M = A cos 2 p 
HS : u2M = A cos 2 p 
HS : uM=u1M+u2M= A { cos 2 p + cos2p}=2Acos{ }.cos)
HS: AM=2A
d1 - d2 = k . l
HS : d1 - d2 = l
GV: Xét một điểm M trong vùng giao thoa M cách nguồn S1, S2 lần lượt là d1, d2 chọn gốc thời gian sao cho phương trình sóng tại 2 nguồn là
u1 = u2 = Asinwt = Asin t
GV : Phương trình sóng tại nguồn S1 ?
GV : Phương trình sóng tại nguồn S2 ?
GV : Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn S1 truyền tới ?
GV : Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn S2 truyền tới ?
GV: Giao động của phần tử tại M là tổng hợp của hai sóng cùng phương cùng chu kì 
uM=u1M+u2M= ?
GV: Biên độ giao động của phần tại M AM=?
GV : Hiệu số đường đi của những điểm dao động tổng hợp có biên độ cực đại ?
GV: Kết Luận:
GV : Hiệu số đường đi của những điểm dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu ?
GV: Kết Luận:
Hoạt động 4(5 phút): Điều kiện GIAO THOA SÓNG, SÓNG KẾT HỢP
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS :trình bày được câu trả lời 
 Điều kiện cần và đủ để hai sóng giao thoa được với nhau tại một điểm là hai sóng đó phải là hai sóng kết hợp, tức được tạo ra từ hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
GV :Hiện tượng giao thoa sóng là gi?
GV: Nêu điều kiện để có hiện tượng giao thoa ?
GV : Hai nguồn kết hợp là gì ?
GV : Hai sóng kết hợp là gì ?
GV: vân giao thoa là gì?
Hoạt động 5(5 phút ): Vận dụng, cũng cố, hướng dẫn về nhà
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
HS: trình bày các câu trả lời 
HS: Ghi nhận kiến thức
HS: ghi nhớ lời căn dặn
GV :Yêu cầu trả lời các câu hỏi trong SGK
GV: Tóm tắt bài
GV: ghi bài tập về nhà trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập 
GV căn dặn: chuẩn bị bài sóng dừng
IV / NỘI DUNG :
1. Sự giao nhau của hai sóng
Xét trường hợp 2 nguồn dao động S1 và S2 có cùng tần số, cùng pha.
Xét điểm M trên mặt nước cách S1 một đoạn S1M = d1 và cách S2 một đoạn S2M = d2
Các nguồn S1 và S2 dao động theo phương trình : u1 = u2 = Asinwt = Asin t
Sóng tại M do u1 truyền tới :
u1M = A sin 2 p 
Sóng tại M do u2 truyền tới :
u2M = A sin 2 p 
Dao động tại M là tổng hợp của 2 dao động u1M và u2M
uM=u1M+u2M= A { cos 2 p + cos2p}=2Acos{ }.cos)
Biên độ dao động tại M phụ thuộc vào biên độ u1M, u2M và pha ban đầu hay độ lệch pha giữa u1M và u2M 
biên độ AM=2A
Nếu u1M và u2M cùng pha : Dj = 2kp thì biên độ dao động tại M đạt cực đại.
® (d1 – d2) = kl
Nếu u1M và u2M ngược pha : Dj = (2k + 1)p ® biên độ dao động tại M đạt cực tiểu.
® (d1 – d2) = d1 - d2 = l
Quỹ tích những điểm dao động với biên độ cực đại là 1 hyperbol. Xen kẽ với chúng là quỹ tích của những điểm dao động với biên độ cực tiểu cũng là 1 hyperbol.
Các đường hyperbol tạo thành khi có sự giao thoa của hai sóng như trên gọi là vân giao thoa.
2. Điều kiện để có hiện tượng giao thoa
a. Nguồn kết hợp :
Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
b. Sóng kết hợp :
Hai sóng do hai nguồn kết hợp tạo thành gọi là hai sóng kết hợp.
c. Điều kiện để có hiện tượng giao thoa sóng :
Điều kiện cần và đủ để hai sóng giao thoa được với nhau tại một điểm là hai sóng đó phải là hai sóng kết hợp, tức được tạo ra từ hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
3. Định nghĩa hiện tượng giao thoa sóng :
Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau tại một điểm có thể tăng cường nhau hoặc triệt tiêu nhau.