Bài giảng giao thoa sóng vật lý 12

BÀI GIẢNG VẬT LÝ 12

BÀI 8

GIAO THOA SÓNG


Đặt vấn đề:




Nếu trên mặt nước có 2 nguồn sóng lan
truyền, trong vùng gặp nhau của 2 sóng sẽ
xảy ra hiện tượng gì?
Nếu xét dao động của một phần tử mơi
trường trong vùng gặp nhau của 2 sóng
thì phần tử này sẽ dao động như thế nào?


Hoạt động 1. Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa

1. Thí nghiệm:
Quan sát mơ phỏng 1:
Sau một thời gian ngắn, các em thấy trên
mặt nước xuất hiện hình ảnh như thế nào ?
Kết quả TN : Sau một thời gian ngắn, trên
mặt nước xuất hiện một loạt gợn sóng ổn
định dạng đường hypebol (tiêu điểm S1,
S2).

Hoạt động 1. Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa

2. Giải thích hiện tượng:




Trong miền gặp nhau của 2 sóng, có
những điểm dao động như thế nào?
Một số điểm đứng yên, có những điểm dao
động rất mạnh.
Sở dĩ xuất hiện các điểm đứng n là vì
sao?
Những điểm mà 2 sóng gặp nhau triệt tiêu
nhau.


Hoạt động 1. Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa

2. Giải thích hiện tượng:


Sở dĩ xuất hiện các điểm dao động rất
mạnh là vì sao ?
Những điểm mà 2 sóng gặp nhau, ở đó
tăng cường lẫn nhau.


Hoạt động 1. Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa

2. Giải thích hiện tượng:




Trong miền 2 sóng mip n gặp có : của 2
gặ ề nhau, nhau
Như vậy, trong
Nhóng điểất daon những điạnh do 2 ặóng
s ững xu m hiệ động rất m ểm có đ s c
gặp nhau tăng cường lẫn nhau.
trưng như thế nào ?
Những điểm đứng yên do 2 sóng gặp nhau
triệt tiêu lẫn nhau.


Hoạt động 1. Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa
2. Giải thích hiện tượng:





Giao tượng ủă2 sóngàlà hin nượng giao
Hiện thoa c tr n gọi l hiệ ệ t tượng :
2ủsa ng gặpsnhau vạo nên cthoa ợln sóện ổn
c ó2 thoa óng, t ậy giao ác g à hi ng
định như thế nào?
tượng

Các gợn sóng có hình hypebol gọi là vân
giao thoa


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa

II. Cực đại và cực tiểu




Phần tử M của mơi trường nhận được mấy
sóng truyền đến?
M nhận được 2 sóng truyền đến.
Dao động của M là tổng hợp của những
sóng nào?
Dao động của M là sự tổng hợp của 2 dao
động thành phần do 2 sóng truyền đến.


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

M

Theo hình 8.4: SGK
d1
S1

d2

S2
Điểm M thuộc vùng giao thoa, d1 = S1M;
d2 = S2M.
(d1, d2: đường đi của mỗi sóng đến M, ta
xét dao động của M)


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

Chọn mốc thời gian phù hợp để phương
trình dao động của 2 nguồn:

us1 = us2 = Acos(2πt/T)


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

us1 = us2 = Acos(2πt/T)
Phương trình sóng truyền từ S1 đến M:

u1M = Acos(2πt/T)(t – d1/v)
= Acos2π(t/T– d1/λ)
Phương trình sóng truyền từ S2 đến M:

u2M = Acos(2πt/T)(t – d2/v)
= Acos2π(t/T– d2/λ)

Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

Dao động tại M là tổng hợp của 2 dao động
do 2 sóng từ S1, S2 truyền đến:

 t d1 
 t d2 
uM  u1  u2  A cos2     cos2   
T  
 T  


Biến đổi tổng 2 cơsin thành tích, ta có:

  d 2  d1 
 t d 2  d1 
cos 2  
uM = 2Acos


2 
T


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

  d 2  d1 

 t d 2  d1 
cos 2  
uM = 2Acos


2 
T


Nhận xét gì về phương trình dao động tổng
hợp tại M?
Dạng cơsin, vậy dao động tổng hợp của phần
tử M cũng là dao động điều hoà, cùng chu kỳ
với 2 nguồn.


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

  d 2  d1 
 t d 2  d1 
cos 2  
uM = 2Acos


2 
T
Xác định biên độ của dao động tổng hợp?
Dao động của phần tử tại M là dao động điều
hoà cùng chu kỳ với 2 nguồn, có biên độ:

AM =

  d 2  d1 
2 A cos


( 8.1)


Hoạt động 2. Xác định cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa.

Biên độ tổng hợp:


AM =

  d 2  d1 
2 A cos


Xác định điều kiện để biên độ tổng hợp
AM đạt giá trị cực đại và cực tiểu?


2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
a) Vị trí cực đại giao thoa:
(điểm dao động với biên độ cực đại)

  d 2  d1 
cos

Hay

= 1;

  d 2  d1 
cos


  d 2  d1 
= kπ ;


d2 – d1 = k λ; (k = 0, ± 1, ± 2,…) (8.2)

= ±1


2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
a) Vị trí cực đại giao thoa:

d2 – d1 = k λ; (k = 0, ± 1, ± 2,…) (8.2)
Những điểm có biên độ dao động lớn nhất
thì phải thoả điều kiện gì?
Hiệu đường đi của 2 sóng từ nguồn truyền
tới bằng một số nguyên lần bước sóng λ.

2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
b) Vị trí cực tiểu giao thoa:
là những điểm đứng yên

  d 2  d1 
cos


= 0;

  d 2  d1 
= kπ + π/2


d2 – d1 = (k + ½)λ ;
(k = 0, ± 1, ± 2,…) (8.3)


2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
b) Vị trí cực tiểu giao thoa:

d2 – d1 = (k + ½) λ ;
(k = 0, ± 1, ± 2,…) (8.3)
Những điểm có biên độ dao động nhỏ nhất
(đứng yên) khi thoả điều kiện gì?
Hiệu đường đi của 2 sóng từ nguồn truyền
tới bằng một số bán nguyên lần bước sóng

λ.

Hoạt động 3. Tìm hiểu điều kiện giao thoa
III. Điều kiện giao thoa. Sóng kết hợp.







Điều kiện lgiao ơ phỏ:ng sóng nước (thay
Quan sát ại m thoa
Hai ngusố của tmột nguồn)là 2 nguồn kết
đổi tần ồn phá sóng phải
hợp tức là cùng chu kỳ (tần số ), cùng
phương dao động và hiệu số pha khơng
Muốn có hiện tượng giao thoa thì 2
đổi theo thời gian.
nguồn phát sóng phải có đặc điểm gì ?
Sóng kết hợp là sóng do 2 nguồn kết hợp
phát ra.
Quá trình vật lý nào gây ra hiện tượng giao thoa
thì đó là một q trình sóng.


Hoạt động 4. Củng cố, vận dụng
Trả lời các câu hỏi TNKQ sau:
Câu 1: Hai nguồn sóng kết hợp giao thoa với nhau, tạo
ra những điểm có biên độ sóng cực tiểu tại những vị
trí.

A. có hiệu số đường đi bằng một số nguyên lần bước
sóng.
B. có hiệu số đường đi bằng một số bán nguyên lần
bước sóng.
C. nằm trên đoạn thẳng nối 2 nguồn.
D. nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng nối 2
nguồn.


Hoạt động 4. Củng cố, vận dụng
Trả lời các câu hỏi TNKQ sau :
Câu 2: Để 2 sóng giao thoa được với nhau thì chúng
phải có:
A. Cùng tần số, cùng biên độ và cùng pha.
B. Cùng tần số, cùng biên độ và hiệu số pha không
đổi theo thời gian.
C. Cùng tần số và cùng pha.
D. Cùng tần số, và hiệu số pha không đổi theo thời
gian.


Hoạt động 4. Giao nhiệm vụ về nhà




Về nhà trả lời câu hỏi và làm các bài tập 5,
6, 7, 8 trang 45 SGK; bài 8.4 đến 8.7 SBT.
Xem trước bài : Sóng dừng.

Hoạt động 4. Củng cố, vận dụng
Làm bài tập sau:
Chứng minh rằng: Khoảng cách giữa 2
điểm gần nhau nhất dao động cực đại
(giữa 2 gợn) trên đoạn S1S2 bằng nửa bước
sóng (λ/2).


Hoạt động 4. Củng cố, vận dụng
Làm bài tập sau:
Gọi M là điểm cực đại giao thoa giữa S1S2:
d2 – d1 = k λ
Gọi N là điểm cực đại giao thoa bên cạnh, với
MN = x ( khoảng cách giữa 2 cực đại cạnh nhau)
S1N = d1 + x; S2N = d2 - x
Ta có:
S1N – S2N = (k + 1) λ = (d1 – d2) + 2x