1 / 14

Xác định các cực trị trong giao thoa sóng cơ học

Trong cu00e1c bu00e0i tu1eadp vu1ec1 giao thoa u00e1nh su00e1ng khi xu00e1c u0111u1ecbnh cu00e1c vu00e2n giao thoa (cu1ef1c u0111u1ea1i, cu1ef1c tiu1ec3u) hu1ecdc sinh ru1ea5t hay lu00fang tu00fang, u0111u1eb7c biu1ec7t lu00e0 nhu1eefng bu00e0i hai nguu1ed1n lu1ec7ch pha nhau. Vu00ec vu1eady tu00f4i muu1ed1n trao u0111u1ed5i vu1ec1 viu1ec7c xu00e2y du1ef1ng vu00e0 xu00e1c u0111u1ecbnh cu00e1c cu1ef1c tru1ecb trong giao thoa su00f3ng cu01a1 mu1ed9t cu00e1ch u0111u1ea7y u0111u1ee7 nhu1eb1m khu1eafc phu1ee5c nhu1eefng khu00f3 khu0103n mu00e0 hu1ecdc sinh hay gu1eb7p phu1ea3i

JerroldMitchel
Download Presentation

Xác định các cực trị trong giao thoa sóng cơ học

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TRƯỜNG THPT CHUYÊN TỈNH LÀO CAI XÁC ĐỊNH CÁC CỰC TRỊ TRONG GIAO THOA SÓNG CƠ HỌC Họ và tên tác giả: Phạm Nguyên Hoàng Chức vụ: Giáo viên Tổ chuyên môn: Vật lý –Công nghệ Đơn vị công tác: Trường THPT Chuyên Tỉnh Lào Cai Ngày 17 tháng 5 năm 2013. 1 https://tophosting.vn/

  2. Mục lục Nội dung Trang 1. Đặt vấn đề (Lý do chọn đề tài) 1 2. Giải quyết vấn đề (Nội dung SKKN) 2 2.1. Cơ sở lý luận của vấn đề 2 2.2. Thực trạng của vấn đề 4 2.3. Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề 5 2.4. Hiệu quả của SKKN 12 3. Kết luận 12 Tài liệu tham khảo: 1. Phân loại và phương pháp giải Bài tập vật lý 12 –Lê Văn Thành ( Nhà xuất bản Đại học Sư phạm) 2. Các tư liệu của đồng nghiệp trên mạng internet 2 https://tophosting.vn/

  3. SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Tên chuyên đề: XÁC ĐỊNH CÁC CỰC TRỊ TRONGGIAO THOA SÓNG CƠ HỌC 1. Đặt vấn đề (Lý do chọn đề tài) - Trong các bài tập về giao thoa ánh sáng khi xác định các vân giao thoa (cực đại, cực tiểu) học sinh rất hay lúng túng, đặc biệt là những bài hai nguốn lệch pha nhau. Vì vậy tôi muốn trao đổi về việc xây dựng và xác định các cực trị trong giao thoa sóng cơ một cách đầy đủ nhằm khắc phục những khó khăn mà học sinh hay gặp phải. - Trong chuyên đề này tôi sẽ đưa ra phương pháp xác định các cực trị giao thoa trong các trường hợp, tính số cực đại, cực tiểu theo một yêu cầu nào đó.... 2. Giải quyết vấn đề (Nội dung SKKN) 2.1. Cơ sở lý luận của vấn đề: a. Khái niệm về nguồn kết hợp, sóng kết hợp. a. Nguồn kết hợp. * Hai nguồn A, B được gọi là nguồn kết hợp nếu chúng có cùng tần số và độ lệch pha không đổi. b. Sóng kết hợp. * Hai sóng kết hợp là hai sóng được phát ra từ các nguồn kết hợp. b. Khái niệm giao thoa sóng. * Giao thoa sóng là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp mà cho trên phương truyền sóng những điểm dao động với biên độ cực đại hoặc những điểm dao động với biên độ cực tiểu (những điểm dao động với biên độ bằng 0 hoặc không dao động). * Chú ý: * Ngoài khái niệm như trên thì ta còn có thể nói sự giao thoa sóng chính là sự tổng hợp của hai dao động điều hòa. c. Lý thuyết giao thoa. * Giả sử có hai nguồn sóng kết hợp đặt tại hai điểm A và B dao động với cùng biên độ, cùng tần số với các phương trình tương ứng là: u = U cos(ωt + ) và u = U cos(ωt + ).   * Xét một điểm M cách các nguồn A, B các khoảng cách tương ứng là d1 và d2 như hình vẽ. * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d u = U cos(ωt + -   M d1 d2 B A A 0 A B 0 B  ). 1 AM 0 A 3 https://tophosting.vn/

  4. * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: 2 d = U cos(ωt + -   * Do sóng truyền từ các nguồn là sóng kết hợp nên tại M có sự giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn. Khi đó phương trình sóng tổng hợp tại M là: M AM BM 0 A u u u = U cos( t +   = + −  ). u 2 BM 0 B 2 d   2 d   +   − ) + U cos( t + ). 1 2 0 B (d - d )   −  (d + d )     .  ]cos[ t -  u = 2U cos[ + + ] 2  1 B 2 1 B A A M 0 2 2 * Vậy phương trình sóng tổng hợp tại M là: M 0 u = 2U cos[  *Ta xét một số trường hợp thường gặp. * Trường hợp 1. * A B 0   = = ( hai nguồn dao động cùng pha). * Khi đó phương trình dao động của hai nguồn là: * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d = U cos(ωt - )  * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: 2 d = U cos(ωt - )  * Phương trình sóng tổng hợp tại M là: (d - d ) (d + d ) u = 2U cos[ ]cos[ t - ]    * Nhận xét. * Pha ban đầu của dao động tổng hợp là: (d - d )   −  (d + d )    +  . ]cos[ t -  + + ] 2 1 B 2 1 B A A 2 2 . = =  u u U cos t A B 0  u 1 AM 0  u 2 BM 0   . 2 1 2 1 M 0 -  (d + d ) .  = 2  1  − (d d ) . * Biên độ dao động tổng hợp tại M là: U = 2U cos[ ] 2  1 M 0 * Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi: (d - d ) (d - d ) ] = 1 = k hay d - d = k   * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lần bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ cực đại UMmax = 2U0. * Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu (bị triệt tiêu) khi: cos[ ] = 0 = + k hay d - d = (2k + 1) 2   * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lẻ lần nửa bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ bị triệt tiêu UMmin = 0. * Trường hợp 2. * A B ; 0    = = ( hai nguồn dao động ngược pha). * Khi đó phương trình dao động của hai nguồn là: u U cos( t + ); u U cos t    = = .       cos[ 2 1 2 1 2 1 (d - d )  (d - d )    , (k  Z).   2 1 2 1 2 1 2 A 0 B 0 4 https://tophosting.vn/

  5. * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d = U cos(ωt + - )   * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: 2 d = U cos(ωt - )  * Phương trình sóng tổng hợp tại M là: (d - d ) (d + d ) u = 2U cos[ + ]cos[ t - 2  * Nhận xét. * Pha ban đầu của dao động tổng hợp là:  u 1 AM 0  u 2 BM 0     .  + ] 2 1 2 1 M 0  2 (d + d )   .  = + - 2  1 2 d ) −   (d . * Biên độ dao động tổng hợp tại M là: U = 2U cos[ + ] 2  1 M 0 2 * Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi: (d - d ) cos[ + ] = 2  (k  Z). * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lẻ lần nữa bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ cực đại UMmax = 2U0. * Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu (bị triệt tiêu) khi: cos[ + ] = 0 + 2   * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lần bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ bị triệt tiêu UMmin = 0. * Trường hợp 3. * A B 0;    = = ( hai nguồn dao động ngược pha). * Khi đó phương trình dao động của hai nguồn là: u U cos t; u U cos( t + )    = = . * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d u = U cos(ωt - )  * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: 2 d u = U cos(ωt + - )   * Phương trình sóng tổng hợp tại M là: (d - d ) (d + d ) u = 2U cos[ - ]cos[ t - - 2 2   *Nhận xét: * Pha ban đầu của dao động tổng hợp là:  (d - d )     ,   = k hay d - d = (2k - 1)  1 + 2 1 2  1 2 1 2 2 (d - d )  (d - d )     , (k  Z).  + k hay d - d = k   = 2 1 2 1 2 1 2 2 A 0 B 0  1 AM 0  2 BM 0     .  ] 2 1 2 1 M 0 (d + d )   .  = − - 2  1 2 d ) −   (d . * Biên độ dao động tổng hợp tại M là: U = 2U cos[ - ] 2  1 M 0 2 * Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi: 5 https://tophosting.vn/

  6. (d - d )  (d - d )     , (k  Z).   = k hay d - d = (2k + 1)  cos[ - ] = 1 - 2  1 2  1 2 1 2 2 2 * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lẻ lần nữa bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ cực đại UMmax = 2U0. * Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu (bị triệt tiêu) khi: cos[ - ] = 0 - 2   * Vậy khi hiệu đường truyền bằng một số nguyên lần bước sóng thì sóng tổng hợp có biên độ bị triệt tiêu UMmin = 0. * Nhận xét. * Nếu hai nguồn cùng pha thì điều kiện để sóng tổng hợp có biên độ cực đại là d2 - d1= kλ, biên độ triệt tiêu khi: 2 1 d - d = (2k + 1)2 * Nếu hai nguồn ngược phathì điều kiện để sóng tổng hợp có biên độ cực đại là , biên độ triệt tiêu khi: d2 - d1= kλ (k  Z). (d - d )  (d - d )     , (k  Z).  + k hay d - d = (k + 1)   = 2 1 2 1 2 1 2 2  (k  Z) . d - d = (2k + 1)2 * Quỹ tích các điểm dao động với biên độ cực đại hay cực tiểu là đường cong hypebol nhận A, B làm các tiêu điểm. Các đường Hypebol được gọi chung là vân giao thoa cực đại hoặc cực tiểu. * Khi d2 - d1= kλ, k = 0 là đường trung trực của AB, k = ±1; k = ± 2…là các vân bậc 1, bậc 2… * Khi 2 1 d - d = (2k + 1)2 = –1 là các vân bậc 1, k = 1 và k = –2 là các vân bậc 2... * Lưu ý: Hai nguồn là hai điểm đặc biệt biên độ giao động của nó không thay đổi trong khi có giao thoa. d, Kết luận: Với bài toán giao thoa sóng cơ chúng ta cần phải giải quyết được những dạng bài tập sau: Dạng 1. Viết phương trình sóng tổng hợp tại một điểm, xác định các điểm dao động cùng pha, ngược pha trong vùng giao thoa. Dạng 2. Xác định số điểm có biên độ cực đại, cực tiểu trên đoạn thẳng nối hai nguồn, hoặc giữa hai điểm bất kỳ nào đó . 2.2. Thực trạng của vấn đề - Sau nhiều năm giảng dạy bản thân tôi thấy khi gặp phải bài tập dạng 1 học sinh thường hay nhầm lẫn giữa việc viết phương trình sóng đơn và phương trình sóng tổng hợp khi có giao thoa, vì vậy trước khi giải quyết cần nhấn mạnh cho học sinh thấy sự khác biệt giữa hai việc trên. Khi gặp phải dạng 2 nếu hai nguồn cùng pha hoặc ngược pha và yêu cầu tìm số cực đại (cự tiểu) giữa hai nguồn thì học sinh giải quyết rất tốt, nhưng nếu hai nguồn 2 1 , k = 0 và k 6 https://tophosting.vn/

  7. lệch pha góc bất ký và yêu cầu tìm số cực đại (cự tiểu) giữa hai điểm bất kỳ trong trường giao thoa thì học sinh thường lúng túng và làm nhầm. Sau đây tôi xin đưa ra một số bài tập thí dụ điểm hình. 2.3. Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề Sau đây chúng ta sẽ giải quyết vấn đề trên bằng các dạng bài tập với những thí dụ cụ thể. Bài tập áp dụng. * Dạng 1. Viết phương trình sóng tổng hợp tại một điểm, xác định các điểm dao động cùng pha, ngược pha trong vùng giao thoa. a. Một số ví dụ minh hoạ. Ví dụ 1. Trên mặt thoáng của chất lỏng có hai nguồn kết hợp A, B có phương trình dao động là: A B u = u = 2cos10 t (cm)  a. Viết phương trình sóng tại M cách A, B một khoảng lần lượt d1 = 15cm; d2 = 20cm. b. Tính biên độ và pha ban đầu của sóng tại N cách A và B lần lượt 45cm và 60cm. * Hướng dẫn giải: a. Bước sóng: λ = = 60cm f Ta có: AM u = 2cos(10 t - )   Phương trình dao động tổng hợp tại M là: M u = 4cos . Tốc độ truyền sóng là v = 3m/s. v . 2 d  2 d    (cm); (cm).  u = 2cos(10 t - ) 1 2 BM  7 12 .  cos(10 t - )( ) cm 12 b. Áp dụng công thức tính biên độ và pha ban đầu ta được: (d d ) U = 2U cos[ ]  (d + d ) -     Ví dụ 2. Trong giao thoa sóng nước, hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 10(cm) dao động với phương trình lần lượt là: Tốc độ truyền sóng là v = 0,5 (m/s). Viết phương trình dao động tổng hợp tại điểm M cách các nguồn A, B lần lượt d1, d2 * Hướng dẫn giải: * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d u = 2cos(50 t - )   * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: BM u = 2cos(50 t + - )    * Phương trình dao động tổng hợp tại M là: (d - d ) (d + d ) u = u + u = 4cos[ - ]cos[50t - 2  Ví dụ 3. Trong một thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động với tần số f =15Hz và cùng pha. Tại một điểm M cách A, B những  −  − (60 45) 60 (60 + 45) 60 = = 4cos[ ] 2 2 ( ) 2 1 cm M 0 (d + d )    7 = = = = − - - (rad) 2 1 2 1 4 , .  (cm); 1 AM 2 d  (cm). 2     (cm). - ] 2 1 2 1 M AM BM  2 7 https://tophosting.vn/

  8. khoảng d1=16cm, d2=20cm sóng có biên độ cực tiểu. Giữa M và đường trung trực của AB có hai dãy cực đại. Tốc truyền sóng trên mặt nước là bao nhiêu? * Hướng dẫn giải: * Hai nguồn dao động cùng pha nên điều kiện để M dao động với biên độ cực tiểu là: * Do giữa M và đường trung trực của AB có hai dãy cực đại khác nên tại M là đường cực tiểu thứ 3 ở bên phải đường trung trực của AB. Đường này ứng với giá trị k = 2. Thay vào biểu thức trên ta được: * Khi đó tốc độ truyền sóng là v = λ.f = 1,6.15 = 24 (cm/s). Ví dụ 4. Hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 50 (mm) dao động với cùng phương trình: . Xét về cùng một phía với đường trung trực của AB ta thấy vân giao thoa bậc k đi qua điểm M thỏa mãn MA - MB = 12 (mm) và vân giao thoa bậc (k + 3) cùng loại với vân giao thoa bậc k, (tức là cùng là vân cực đại hoặc cùng là vân cực tiểu) đi qua điểm M’ có M’A –M’B = 36 (mm). a. Tính giá trị của λ, v. b. Điểm gần nhất dao động cùng pha với hai nguồn nằm trên đường trung trực của AB cách A bao nhiêu? * Hướng dẫn giải: a. Ta xét hai trường hợp * Trường hợp 1: M và M’ cùng là các điểm dao động với biên độ cực đại. Do hai nguồn cùng pha nên ta có: ,(loại) * Trường hợp 2: M và M’ cùng là các điểm dao động với biên độ cực tiểu. Do hai nguồn cùng pha nên ta có:  2(k - 1) + 1 λ MA - MB = 2 [2(k + 2) + 1]λ M'A - M'B = 2  Thay k = 2 vào ta tìm được λ = 8(mm) => v = λ.f = 8.100 = 800(mm/s) = 0,8(m/s). b. Gọi N là một điểm nằm trên đường trung trực của AB, d2 = d1. Khi đó pha ban đầu của N là: -   * Độ lệch pha của N với hai nguồn là:      = 12 2k + 5 2k - 1  =  3 k = 2 = 36 (d + d )  2 d   . = = = - , d d =d 2 1 1 2 2 d    .  =  0- =  . * Để điểm N dao động cùng pha với hai nguồn thì: * Vì N nằm trên trung trực của AB nên: = 2kπ   d = kλ 8 https://tophosting.vn/

  9. AB 2 25 λ d . Vậy d = dmin khi k = 4 và      = 25(mm) kλ Z) 25 hay k = 3,125 (k dmin = 32(mm) * Vậy điểm N gần nhất nằm trên đường trung trực của AB, dao động cùng pha với hai nguồn cách A và B một khoảng là 32(mm). b. Bài tậprèn luyện. 1. Tại hai điểm M và N trong một môi trường truyền sóng có hai nguồn sóng kết hợp cùng phương và cùng pha dao động. Biết biên độ, vận tốc của sóng không đổi trong quá trình truyền, tần số của sóng bằng 40 Hz và có sự giao thoa sóng trong đoạn MN. Trong đoạn MN, hai điểm dao động có biên độ cực đại gần nhau nhất cách nhau 1,5 cm. Vận tốc truyền sóng trong môi trường này bằng bao nhiêu? 2. Ở mặt thoáng của một chất lỏng có hai nguồn kết hợp A và B dao động điều hoà cùng pha với nhau và theo phương thẳng đứng. Biết tốc độ truyền sóng không đổi trong quá trình lan truyền, bước sóng do mỗi nguồn trên phát ra bằng 12 cm. Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động với biên độ cực đại nằm trên đoạn thẳng AB là bao nhiêu? 3. Tại hai điểm A và B trong một môi trường truyền sóng có hai nguồn sóng kết hợp, dao động cùng phương với phương trình lần lượt là uA= asinωt và uB= asin (ωt + π) . Biết vận tốc và biên độ sóng do mỗi nguồn tạo ra không đổi trong quá trình sóng truyền. Trong khoảng giữa A và B có giao thoa sóng do hai nguồn trên gây ra. Phần tử vật chất tại trung điểm của đoạn AB dao động với biên độ bằng bao nhiêu? 4. Hai nguồn A, B trên mặt nước tạo ra hai sóng kết hợp có tần số dao động f. Coi biên độ của một điểm bất kỳ trên phương truyền sóng bằng biên độ dao động của nguồn sóng là A. a. Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp do mỗi nguồn tạo ra là 2mm, vận tốc truyền sóng v = 0,9m/s. Tính tần số sóng. b. Gọi M1 và M2là hai điểm trên mặt nước có khoảng cách tới hai nguồn A, B lần lượt là M1A = d1 = 3,5cm; M2A = d2 = 6,5cm; M1B = d1' = 3cm; M2B = d2' = 6,9cm. Xác định biên độ sóng tại M1 và M2. 5. Trong thí nghiệm giao thoa sóng, người ta tạo ra trên mặt nước 2 nguồn sóng A, B dao động với phương trình A u  . Vận tốc sóng là = =  u 5cos(10 t )(cm) + 2 B 20cm/s. Coi biên độ sóng không đổi. a. Viết ptđd tại điểm M trên mặt nước cách A, B lần lượt 7,2cm và 8,2cm. Nhận xét về dao động này. b. Một điểm N trên mặt nước với AN - BN = -10cm. Hỏi điểm này nằm trên đường dao động cực đại hay đường đứng yên? Là đường thứ bao nhiêu về phía nào so với đường trung trực của AB? 6. Hai đầu A, B của một mẩu dây thép nhỏ hình chữ U được đặt chạm vào mặt nước. Cho mẩu dây thép dao động điều hòa theo phương vuông góc với mặt nước. a. Trên mặt nước thấy các gợn sóng hình gì? Giải thích hiện tượng? b. Cho AB = 6,5cm; tần số dao động f = 80Hz, vận tốc truyền sóng v = 32cm/s, biên độ sóng không đổi A = 0,5cm. 9 https://tophosting.vn/

  10. - Lập phương trình dao động tổng hợp tại điểm M trên mặt nước cách A một khoảng d1= 7,79cm và cách B một khoảng d2 = 5,09cm. - So sánh pha dao động tổng hợp tại M và dao động tại hai nguồn A, B. * Dạng 2. Xác định số điểm có biên độ cực đại, cực tiểu trên đoạn thẳng nối hai nguồn. a. Phương pháp. *Trường hợp 1: Hai nguồn dao động cùng pha. * Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên AB. * Giả sử M là một điểm dao động với biên độ cực đại trên AB, do hai nguồn dao động cùng pha nên có d2 - d1= kλ. Mặt khác lại có d2 + d1 = AB M A B d1 d2 L     d - d = k d + d = AB  AB 2 * Từ đó ta có hệ phương trình: 2 1  + d = k (*) 2 2 2 1 * Do M nằm trên đoạn AB nên có: * Số các giá trị k nguyên thỏa mãn hệ thức trên chính là số điểm dao động với biên độ cực đại cần tìm. Với những giá trị k tìm được thì hệ thức (*) cho phép xác định vị trí các điểm M trên AB. Nếu đề bài yêu cầu tìm số điểm dao động cực đại trong khoảng AB thì số giá trị nguyên của k thoả mãn hệ thức: AB  AB  là số điểm − < k < cực đại cần tìm. * Tìm số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên AB. * Giả sử M là một điểm dao động với biên độ cực tiểu trên AB, do hai nguồn dao động cùng pha nên: 2 1 d - d = (2k + 1)2 * Từ đó ta có hệ phương trình: λ d - d = (2k+1) AB d = (2k + 1) (**) 2 2 4 d + d = AB  * Do M nằm trên đoạn AB nên có: . Mặt khác lại có:d2 + d1 = AB.     + 2 1 2 2 1 * Số các giá trị k nguyên thỏa mãn hệ thức trên chính là số điểm dao động với biên độ cực tiểu cần tìm. Với những giá trị k tìm được thì hệ thức (**) cho phép xác định vị trí các điểm M trên AB. Nếu đề bài yêu cầu tìm số điểm dao động cực đại trong khoảng AB thì số giá trị nguyên của k thoả mãn hệ thức: AB  1 2 AB  1 2 là − - < k < - số điểm cực tiểu cần tìm. * Trường hợp 2: Hai nguồn dao động ngược pha. 10 https://tophosting.vn/

  11. * Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên AB. * Giả sử M là một điểm dao động với biên độ cực đại trên AB, do hai nguồn ngược pha nên ta có: 2 1 d - d = (2k + 1)2 * Từ đó ta có hệ phương trình: λ d - d = (2k+1) AB d = 2 d + d = AB  * Do M nằm trên đoạn AB nên có . Mặt khác lại có: d2 + d1 = AB.     + 2 1 (2k + 1) (***) 2 2 4 2 1 Số các giá trị k nguyên thỏa mãn hệ thức trên chính là số điểm dao động với biên độ cực đại cần tìm. Với những giá trị k tìm được thì hệ thức (***) cho phép xác định vị trí các điểm M trên AB. Nếu đề bài yêu cầu tìm số điểm dao động cực đại trong khoảng AB thì số giá trị nguyên của k thoả mãn hệ thức: − AB  1 2 AB  1 2 là số điểm cực đại cần - < k < - tìm. * Tìm số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên AB. * Giả sử M là một điểm dao động với biên độ cực tiểu trên AB, do hai nguồn dao động ngược pha nên có d2 - d1= kλ. Mặt khác lại có: d2 + d1 = AB.    d - d = k d + d = AB   AB 2 * Từ đó ta có hệ phương trình: 2 1  + d = k (****) 2 2 2 1 * Do M nằm trên đoạn AB nên có: * Số các giá trị k nguyên thỏa mãn hệ thức trên chính là số điểm dao động với biên độ cực tiểu cần tìm. Với những giá trị k tìm được thì hệ thức (****) cho phép xác định vị trí các điểm M trên AB. Nếu đề bài yêu cầu tìm số điểm dao động cực đại trong khoảng AB thì số giá trị nguyên của k thoả mãn hệ thức: AB  AB  là số − < k < điểm cực tiểu cần tìm. * Chú ý: * Từ các hệ thức (*); (**); (***); (****) ta tính được khoảng cách giữa hai vân giao thoa cực đại gần nhau nhất (cũng chính là vị trí của hai điểm M gần nhau nhất dao động với biên độ cực đại) là: . * Tương tự khoảng cách giữa hai vân cực tiểu gần nhau nhất cũng là2 Khoảng cách giữa một vân cực đại và một vân cực tiểu gần nhau nhất là 4 *Với bài toán tìm số đường dao động cực đại hoặckhông dao động giữa hai điểm M, N cách hai nguồn lần lượt là d1M, d2M, d1N, d2N. * Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2Nvà giả sử dM < dN. . 11 https://tophosting.vn/

  12. * Hai nguồn dao động cùng pha: * Cực đại: dM < k < dN. * Cực tiểu: dM < (k+0,5) < dN * Hai nguồn dao động ngược pha: * Cực đại:dM < (k+0,5) < dN * Cực tiểu: dM < k < dN * Số giá trị nguyên của k thoả mãn các biểu thức trên là số đường cần tìm. b. Ví dụ minh hoạ. Ví dụ .Trong giao thoa sóng nước, hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 10(cm) dao động với phương trình lần lượt là: Tốc độ truyền sóng là v = 0,5 (m/s). a. Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn AB. b. Tìm số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên AB. * Hướng dẫn giải: a. Số điểm dao động với biên độ cực đại. * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn A truyền đến là: 2 d u = 2cos(50 t - )   * Phương trình sóng tại M do sóng từ nguồn B truyền đến là: BM u = 2cos(50 t + - )    * Phương trình dao động tổng hợp tại M là: (d - d ) u = u + u = 4cos[ - ]cos[50t - 2  , .  (cm); 1 AM 2 d  (cm). 2  (d + d )   (d - d ) 4cos[   (cm). - ] 2 1 2 1 M AM BM 2   * Biên độ dao động tổng hợp tại M là: - ] 2  1 2 * Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi: (d - d ) - ] = 1 2  * Mặt khác M lại thuộc đoạn AB nên có d2 + d1= AB, từ đó ta được hệ phương trình:  (d - d )     hay: .   − = cos[ - = kπ d d (2k + 1)2 2 1 2  1 2 1 2 * Do M nằm trên đoạn AB nên có: v f ta được: * Thay số AB = 10 cm, λ = = 2cm * Vậy có 10 điểm dao động với biên độ cực đại trên AB. b. Tương tự câu a, ta giải hệ tìm điều kiện cực tiểu khi hai nguồn ngược pha: 12 https://tophosting.vn/

  13. * Do M nằm trên đoạn AB nên có: * Vậy có 11 điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn AB. c. Bài tập rèn luyện. 1. Tại hai điểm O1, O2cách nhau 48cm trên mặt chất lỏng có hai nguồn phát sóng dao động theo phương thẳng đứng với phương trình: u1= 5sin100πt(mm) và u2 = 5sin(100πt + π)(mm). Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là 2m/s. Coi biên độ sóng không đổi trong quá trình truyền sóng. Trên đoạn O1O2có số cực đại giao thoa là bao nhiêu?. 2.Hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 10cm dao động cùng pha cùng tần số 20Hz. Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là 1,5m/s. a. Tính số điểm không dao động trên đoạn AB. b. Tính số đường không dao động trên mặt chất lỏng. 3. Hai nguồn phát sóng kết hợp S1 và S2có biểu thức vận tốc sóng trên mặt nước là 60cm/s. a. Xác định số và vị trí các điểm có biên độ cực đại và các điểm có biên độ bằng 0 trên đoạn S1S2, với S1S2 = 21cm. b. Tìm những điểm dao động cùng pha với trung điểm O của đoạn S1S2. Xác định vị trí các điểm này trên đường trung trực S1S2và điểm gần O nhất trên đường trung trực. 4. Trong một thí nghiệm giao thoa trên mặt nước, hai nguồn kết hợp S1; S2 dao động cùng pha với tần số 20Hz cách nhau 8cm. Tại một điểm M trên mặt nước cách S1khoảng d1 = 25cm và cách S2một khoảng d2= 20,5cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và trung trực của S1S2có hai dãy cực đại khác. a. Tính vận tốc truyền sóng trên mặt nước. b. Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn AB. c. Gọi C và D là 2 điểm trên mặt nước sao cho S1S2CD là hình vuông. Tính số điểm dao động cực đại trên đoạn CD. 5. Ở mặt thoáng của một chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A và B cách nhau 20 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình uA= 2cos40πt và uB = 2cos(40πt + π ) (uA và uBtính bằng mm, t tính bằng s). Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 30 cm/s. Xét hình vuông AMNB thuộc mặt thoáng chất lỏng. Số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn BM là bao nhiêu? 6. Ở bề mặt một chất lỏng có hai nguồn phát sóng kết hợp S1 và S2 cách nhau 20 cm. Hai nguồn này dao động theo phương thẳng đứng có phương trình lần lượt là u1= 5cos40πt (mm) và u2= 5cos(40πt + π) (mm). Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 80 cm/s. Số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn thẳng S1 và S2 là bao nhiêu? 7. Hai âm thoa nhỏ giống nhau được coi như hai nguôn phát sóng âm S1 và S2đặt cách nhau một khoảng S1S2= 20m, cùng phát ra một âm cơ bản có tần số f = 420Hz. Hai nguồn có cùng biên độ dao động A = 2mm, cùng pha ban đầu. Vận tốc truyền , = = sin20 t(cm)  u u 1 2 13 https://tophosting.vn/

  14. âm trong không khí là 336m/s. Xác định số điểm và vị trí các điểm trên đoạn thẳng S1S2 tại đó không nhận được âm thanh. 8. Trong thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước gồm hai nguồn kết hợp S1;S2. Chỉ xét các đường mà tại đó mặt chất lỏng không dao động và ở cùng một phía so với đường trung trực của S1S2. Nếu coi đường thứ nhất, đường đi qua M1có hiệu số d1 - d2= 1,07cm thì đường số 12 là đường đi qua điểm M2có hiệu số d1 - d2 = 3,67cm. a. Tìm bước sóng và vận tốc sóng. Cho tần số 125Hz. b. Tìm biên độ và pha ban đầu tại điểm M' cách S1 là d1 = 2,45cm và cách S2 là d2= 2,61cm. Biết biên độ dao động tại hai nguồn là A = 2mm. 2.4. Hiệu quả của SKKN: - Đề tài trên tôi đã áp dụng cho học sinh lớp 12 chuyên Lý năm học 2011 – 2012 và thấy có kết quả chuyển biến rõ rệt. Học sinh đã tránh được những sai sót thường gặp và giải quyết có hiệu quả những bài tập ở dạng 2. Năm học vừa qua 100% học sinh lớp 12 chuyên Lý thi đỗ đại học khối A. 3. Kết luận - Với chuyên đề “ xác định các cực trị trong giao thao song cơ” chúng ta có thể giải quyết được mội vấn đề liên quan đến hiện tượng giao thoa sóng cơ, trong đó có những loại bài mới thường gặp trong đề thi đại học các năm gần đây. - Đề áp dụng tốt đề tài này khi giảng dạy giáo viên nên giải quyết kỹ phần lý thuyết, xây dựng các công thức xác định các cực trị sau đó cho học sinh áp dụng vào từng loại bài cụ thể, khi học sinh thành thạo mới áp dụng đề làm bài trắc nghiệm. Tài liệu tham khảo: 1, Phân loại và phương pháp giải Bài tập vật lý 12 –Lê Văn Thành ( Nhà xuất bản đại học sư phạm) 2, Các tư liệu của đồng nghiệp trên mạng internet 14 https://tophosting.vn/

More Related