Sáng kiến kinh nghiệm một số dạng bài tập về giao thoa sóng cơ

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN I Lý chọn đề tài Thực hiện chương trình giáo dục trung học phổ thông đổi mục tiêu, phương pháp nhằm phát huy vai trò chủ động, sáng tạo làm chủ khoa học học sinh, theo đó người giáo viên phải có những thay đổi mạnh mẽ về phương pháp giảng dạy để phù hợp với nội dung chương trình, phù hợp với người dạy và người học Đứng trước những yêu cầu mới, giáo viên phải có những cách tiếp cận mới đối với các bài học, phương pháp giảng dạy để tạo cho học sinh niềm đam mê môn Vật lý Cũng môn khoa học khác, Vật lý học môn khoa học bản, làm sở lý thuyết cho số môn khoa học ứng dụng ngày Sự phát triển Vật lý học dẫn tới xuất nhiều ngành kỹ thuật mới: Kỹ thuật điện, kỹ thuật điện tử, tự động hố điều khiển học, cơng nghệ thơng tin…Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng, bản, có hệ thống tồn diện Vật lý Hệ thống kiến thức phải thiết thực, có tính kỹ thuật tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm Vật lý đại Để học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo thực hành, kỹ đo lường, quan sát, tiếp cận thiết bị đại… Tuy vậy, Vật lý mơn học khó sở tốn học Bài tập vật lý đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố kiến thức cho học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm để tìm phương pháp tốt nhằm tạo cho học sinh niềm say mê u thích mơn học Giúp học sinh việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải cần thiết Việc làm có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập, nắm phương pháp giải từ phát triển hướng tìm tịi lời giải cho dạng tương tự Chúng ta biết chương “sóng học” có vị trí vai trị quan trọng chương trình Vật lí 12 Với đặc điểm chương trình, phần liên quan đến kiến thức chương1 “dao động cơ” nhiều nhất, vài phần khó chương trình Điều minh chứng năm gần hầu hết câu khó, câu phân loại học sinh giỏi đề thi THPT Quốc gia thuộc phần sóng Với mong muốn giúp học sinh giải tốt tập sóng nói chung, tập giao thoa sóng nói riêng q trình giảng dạy tơi chọn đề tài: “Một số dạng tập giao thoa sóng cơ” từ đến hay khó thường gặp, từ đưa phương pháp giải cụ thể Giúp học sinh có cách nhìn tổng qt, hiểu sâu chất vấn đề từ giải tốt tập giao thoa sóng kì thi chọn học sinh giỏi, thi THPT Quốc gia II Tên sáng kiến: Sáng kiến “Một số dạng tập giao thoa sóng cơ” áp dụng cho học sinh lớp 12 THPT tham gia ôn luyện thi học sinh giỏi, thi THPT Quốc gia mơn Vật lí 12 III Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Bùi Thị Phúc - Địa tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Nguyễn Thái Học - Số điện thoại: 0916765368 Email: phuctuandangquang@gmail.com IV Chủ đầu tư: không V Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Ôn luyện thi học sinh giỏi, thi THPT Quốc gia mơn Vật lí 12 VI Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử: Sáng kiến “Một số dạng tập giao thoa sóng cơ” triển khai từ tháng 10/2015 đến đầu tháng 10/2019 q trình ơn luyện thi học sinh giỏi, thi THPT Quốc gia môn Vật lí 12 VII Mơ tả chất sáng kiến: Cơ sở lý luận sáng kiến 1.1 Hiện tượng giao thoa sóng: Là tổng hợp hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có chỗ biên độ sóng tăng cường (cực đại giao thoa) triệt tiêu (cực tiểu giao thoa) Hiện tượng giao thoa tượng đặc trưng sóng 1.2 Điều kiện giao thoa: Hai nguồn sóng phát hai sóng phương, tần số có hiệu số pha khơng đổi theo thời gian gọi hai nguồn kết hợp 1.3 Lí thuyết giao thoa: Giao thoa hai sóng phát từ hai nguồn sóng kết hợp , cách khoảng l Xét nguồn: Với : độ lệch pha hai nguồn - Phương trình sóng M hai sóng từ hai nguồn truyền tới: ( u2 M = A cos ωt +ϕ −2 π d2 λ ) ( d1; d2 khoảng cách từ M đến hai nguồn) - Phương trình giao thoa M: (lập phương trình máy tính với thao tác giống tổng hợp hai dao động) * Độ lệch pha hai sóng từ hai nguồn đến M: * Biên độ dao động M: * Hiệu đường sóng từ hai nguồn đến M: 1.3.1 Hai nguồn biên độ: - Phương trình giao thoa sóng M:  * Biên độ dao động M: * Hiệu đường hai sóng đến M: + Khi ; ( ) + Khi ( ) 1.3.1.1 Hai nguồn biên độ, pha: + Nếu O trung điểm đoạn trung trực đoạn O điểm nằm đường dao động với biên độ cực đại bằng: + Khi ;( ) + Khi ( ) 1.3.1.2 Hai nguồn biên độ, ngược pha: Trong trường hợp hai nguồn dao động ngược pha kết giao thoa “ngược lại” với kết thu hai nguồn dao động pha + Nếu O trung điểm đoạn trung trực đoạn + Khi + Khi O điểm nằm đường dao động với biên độ cực tiểu bằng: ( ) ( 1.3.1.3 Hai nguồn biên độ, vuông pha: ) C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an + Nếu O trung điểm đoạn trung trực đoạn O điểm nằm đường dao động với biên độ:   Thực trạng sáng kiến Trong chương trình ơn thi học sinh giỏi luyện thi THPT Quốc gia mơn Vật lí 12, tập giao thoa sóng phần tập phức tạp khó, phương pháp giải tập đơi áp đặt, tài liệu nhiều viết dàn trải chưa nêu ưu, nhược điểm phương pháp giải tập thuộc nội dung Trong năm học trước, tham gia kỳ thi THPT quốc gia học sinh thường khoanh bừa tập giao thoa sóng thuộc phần phân loại thí sinh chưa nắm rõ phương pháp lúng túng xác định dạng tập Để học sinh chủ động nắm bắt kiến thức, hứng thú học tập đồng thời nâng cao kĩ phân tích, nhận xét, nhận dạng tập học sinh, qua tìm cách giải tập tối ưu nhất, tơi chọn đề tài “Một số dạng tập giao thoa sóng cơ” Các biện pháp giải vấn đề MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ GIAO THOA 3.1 BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN ĐIỀU KIỆN GIAO THOA Phương pháp giải 3.1.1 Điều kiện cực đại cực tiểu Cực đại nơi sóng kết hợp tăng cường lẫn (hai sóng kết hợp pha): Cực tiểu nơi sóng kết hợp triệt tiêu lẫn (hai sóng kết hợp ngược pha): 1.1.Hai nguồn kết hợp pha (hai nguồn đồng bộ) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an ( ) Trong trường hợp hai nguồn kết hợp pha, M cực đại hiệu đường số nguyên lần bước sóng cực tiểu hiệu đường số bán nguyên lần bước sóng Đường trung trực AB cực đại 3.1.1.2 Hai nguồn kết hợp ngược pha ( ) Trong trường hợp hai nguồn kết hợp ngược pha, M cực đại hiệu đường số bán nguyên lần bước sóng cực tiểu hiệu đường số nguyên lần bước sóng Đường trung trực AB cực tiểu 3.1.1.3 Hai nguồn kết hợp Δϕ=( α 2−α )+ 2π (d 1−d ) λ ( ) Đường trung trực AB cực đại cực tiểu Cực đại ( ) dịch phía nguồn trễ pha Ví dụ 1: Xem hai loa nguồn phát sóng âm A, B phát âm phương tần số pha Tốc độ truyền sóng âm khơng khí 330 (m/s) Một người đứng vị trí M cách S2 (m), cách S1 3,375 (m) Tìm tần số âm bé nhất, để M người nghe âm từ hai loa to Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an A 420 (Hz) B 440 (Hz) C 460 (Hz) D 880 (Hz) Giải: Chọn đáp án D Để người nghe âm to M cực đại Vì hai nguồn kết hợp pha nên điều kiện cực đại Ví dụ 2: Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng ngang, hình sin, ngược pha A, B phương tần số f (6,0 Hz đến 13 Hz) Tốc độ truyền sóng 20 cm/s Biết phần tử mặt nước cách A 13 cm cách B 17 cm dao động với biên độ cực đại Giá trị tần số sóng A 10 Hz B 12 Hz C 8,0 Hz D 7,5 Hz Giải: Chọn đáp án D Vì hai nguồn kết hợp ngược pha nên điều kiện cực đại Ví dụ 3: Tại hai điểm A B mặt chất lỏng có hai nguồn phát sóng dao động với phương trình Bước sóng tạo 4cm Một điểm M mặt chất lỏng cách nguồn d1 d2 Xác định điều kiện để M nằm cực tiểu? (với m số nguyên) A B C D Giải: Chọn đáp án B Đây trường hợp hai nguồn kết hợp nên để tìm điều kiện cực đại cực tiểu ta vào độ lệch pha hai sóng kết hợp gửi đến M Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tại M cực tiểu nên thay số vào Chú ý: Nếu cho biết điểm M thuộc cực đại Từ ta tìm , , thuộc cực tiểu theo k m 3.1.2 Cực đại cực tiểu gần đường trung trực Khi hai nguồn kết hợp pha, đường trung trực cực đại ( ) Khi hai nguồn kết hợp lệch pha cực đại lệch phía nguồn trễ pha 3.1.2.1 Để tìm cực đại gần đường trung trực 3.1.2.2 Để tìm cực tiểu gần đường trung trực nhất: * Nếu cho * Nếu cho Vì AB khoảng cách ngắn cực đại cực tiểu /4 nên Ví dụ 1: Giao thoa hai nguồn kết hợp S1 S2 mặt nước có phương trình Trên đường nối hai nguồn, số điểm có biên độ dao động cực đại điểm M gần đường trung trực cách đường trung trực khoảng A bước sóng M nằm phía S1 B bước sóng M nằm phía S2 C bước sóng M nằm phía S2 D bước sóng M nằm phía S1 Giải: Chọn đáp án A Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Để tìm cực đại gần đường trung trực cho lệch phía S1 cực đại Ví dụ 2: Giao thoa hai nguồn kết hợp S1 S2 mặt nước có phương trình Trên đường nối hai nguồn, số điểm có biên độ dao động cực đại điểm M gần đường trung trực (nằm phía S1) cách đường trung trực khoảng sóng Giá trị A B C bước D Giải: Chọn đáp án A * Điểm M cách đường trung trực S1S2 M nằm phía S1 nên * Độ lệch pha hai sóng kết hợp M: * Để tìm cực đại gần đường trung trực cho * Chú ý: Sau nhuần nhuyễn, rút quy trình giải nhanh: Từ Từ ta hiểu rõ cực đại dịch phía nguồn trễ pha Ví dụ 3: Ở mặt thống chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A B, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình ( tính mm, t tính s), tốc độ truyền sóng 80 cm/s Điểm M AB gần trung điểm I AB dao động với biên độ cực đại cách I khoảng bao nhiêu? A 0,5 cm B 0,2 cm C cm Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn D cm C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Giải: Chọn đáp án C Bước sóng: Điểm M nằm phía B cách đường trung trực cm 3.1.3 Kiểm tra M cực đại hay cực tiểu Giả sử pha ban đầu nguồn nguồn độ lệch pha hai sóng thành phần Ta vào Thay hiệu đường vào công thức trên: ( ) Ví dụ 1: Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng kết hợp S1 S2, dao động theo phương trình là: Tốc độ truyền sóng nguồn mặt nước (m/s) Hai điểm P, Q thuộc hệ vân giao thoa có hiệu khoảng cách đến hai nguồn , điểm P, Q nằm đường dao động cực đại hay cực tiểu? A P, Q thuộc cực đại B P, Q thuộc cực tiểu C P cực đại, Q cực tiểu D P cực tiểu, Q cực đại Hỏi Giải: Chọn đáp án C Ví dụ 2: Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp dao động theo phương vng góc mặt nước hai điểm A B với phương trình là: cm cm Hai sóng lan truyền bước sóng 120 cm Điểm M cực đại giao thoa Chọn phương án A B 10 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn