GV: VŨ PHẤN ( YÊN SỞ- HOÀNG MAI- HN). CĐ: 0436.453.591;DĐ: 01236.575.369 GIAO THOA SÓNG A. Tóm tắt lý thuyết: Giả sử A và B là hai nguồn kết hợp có phương trình dao động tương ứng là: u A = Acos ( ω t + ϕ 1 ) và u B = Acos ( ω t + ϕ 2 ). Xét điểm M bất kỳ trong môi trường cách A một đoạn d 1 và cách B một đoạn d 2 . Phương trình sóng tại M do sóng từ A và B lần lượt gây nên là: u 1M = Acos ω ( t + ω ϕ 1 - v d 1 ) ; u 2M = Acos ω ( t + ω ϕ 2 - v d 2 ). Phương trình sóng tại M do hai nguồn sóng từ A và B kết hợp gây nên là: u M = u 1M + u 2M = 2Acos ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ ). cos ω ( t + ω ϕϕ 2 21 + - v dd 2 21 + ). (ở đó: 12 ϕϕϕ −=∆ ; ∆ d = d 2 – d 1 ; v là vận tốc truyền sóng). Biên độ sóng tại M là: A M = 2A | cos ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ )|.Như vậy: 1/ Điểm M dao động với biên độ cực đại ⇔ |cos ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ )| = 1 ⇔ sin ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ ) = 0 ⇔ ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ ) = k. π ⇔ ω v d 2 =∆ ( k. π + 2 ϕ ∆ ). Lại áp dụng các công thức : v = λ f ; πω 2= f , ta được: π ϕ 2 ( ∆ +=∆ kd ). λ (1). Có thể sử dụng độ lệch pha để suy ra công thức (1). Các trường hợp thường gặp: a) Hai nguồn dao động cùng pha ( ϕ ∆ = 0) : λ .kd =∆ (1.1). b) Hai nguồn dao động ngược pha ( ϕ ∆ = π ) : λ ) 2 1 ( +=∆ kd (1.2). c) Hai nguồn dao động vuông pha ( ϕ ∆ = 2 π ) : λ ) 4 1 ( +=∆ kd (1.3). 2/ Điểm M dao động với biên độ cực tiểu ( không dao động) ⇔ cos ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ ) = 0 ⇔ ω ( - ω ϕ 2 ∆ + v d 2 ∆ ) = π π k+ 2 ⇔ d∆ = 22 ( 2 ϕπ π ω ∆ ++k v ) ⇔ λ π ϕ ). 22 1 ( ∆ ++=∆ kd (2). Các trường hợp thường gặp: a) Hai nguồn dao động cùng pha ( ϕ ∆ = 0) : λ ) 2 1 ( +=∆ kd (2.1). b) Hai nguồn dao động ngược pha ( ϕ ∆ = π ) : λ )1( +=∆ kd (2.2). c) Hai nguồn dao động vuông pha ( ϕ ∆ = 2 π ) : λ ) 4 3 ( +=∆ kd (1.3). Một số kết luận chỉnh lý cho SGK cơ bản trong trường hợp hai nguồn dao động cùng pha: */ Cực đại giao thoa:Tại những điểm M có hiệu đường đi bằng số nguyên lần bước sóng thì biên độ dao động tổng hợp cực đại.Tập hợp các điểm này là đường trung trực của AB ( k = 0)và có thể thêm họ các đường hypebol nhận A,B làm tiêu điểm ( |k|= 1,2,3…)( Vân giao thoa cực đại ) . ================== TÀI LIỆU ÔN THI 2011. 1 GV: VŨ PHẤN ( YÊN SỞ- HOÀNG MAI- HN). CĐ: 0436.453.591;DĐ: 01236.575.369 */ Cực tiểu giao thoa: Tại những điểm M có hiệu đường đi bằng số lẻ lần nửa bước sóng thì biên độ dao động tổng hợp cực tiểu (không dao động).Tập hợp các điểm này là họ các đường hypebol nhận A, B làm tiêu điểm ( Vân giao thoa cực tiểu). Vân giao thoa cực đại: k =2 1 0 -1 -2 Vân giao thoa cực tiểu: k = 2 1 0 -1 -2 -3 B. Các dạng bài tập thường gặp trong các kỳ thi TUYỂN SINH ĐẠI HỌC: Dạng 1: Xác định tính chất dao động tại một vị trí trong vùng giao thoa. Ví dụ 1: Trên mặt chất lỏng, tại A và B cách nhau 6 cm có hai nguồn dao động kết hợp: u A = u B = 0,5 cos100πt (cm).Vận tốc truyền sóng v =60 cm/s. Tại điểm M trên mặt chất lỏng cách A, B những khoảng d 1 = 4,2 cm; d 2 =1,8 cm thuộc vân cực đai bậc: A. 0. B. 1. C. 3. D. 2. Giải: Ta có: λ = vT = v. ω π 2 . Thay số theo đề bài được : λ = 1,2 (cm). Mà: ∆ d = d 2 – d 1 = - 2,4(cm) = - 2 λ . Vậy điểm M thuộc vân cực đại bậc 2. Chọn đáp án D. Ví dụ 2: Tại hai điểm O 1 , O 2 cách nhau 48cm trên mặt chất lỏng có hai nguồn phát sóng dao động theo phương thẳng đứng với phương trình: u 1 = 5cos100 π t(mm) và u 2 = 5cos(100 π t + π ) (mm). Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là 2m/s. Coi biên độ sóng không đổi trong quá trình truyền sóng. Điểm M cách O 1 , O 2 lần lượt là 30 cm và 42 cm ; còn điểm N cách O 1 , O 2 lần lượt là 31cm và 37 cm. Kết luận đúng là: A. M,N đều là cực đại giao thoa. B. M,N đều là cực tiểu giao thoa. C. M là cực đại, N là cực tiểu giao thoa. D. M là cực tiểu, N là cực đại giao thoa. Giải: λ = 4 (cm). Với điểm M: ∆ d = d 2 – d 1 =12(cm) = (2+1) λ ⇒ M là cực tiểu giao thoa( k=2). Với điểm N: ∆ d = d 2 – d 1 = 6(cm) = (1+ 2 1 ) λ ⇒ N là cực đại giao thoa ( k=1). (Công thức(2.2) và (1.2)). Chọn đáp án D. Dạng 2: Xác định số vân giao thoa (số điểm) cực đại hoặc cực tiểu. Ví dụ 3: Ở bề mặt một chất lỏng có hai nguồn phát sóng kết hợp S 1 và S 2 cách nhau 20cm. Hai nguồn này dao động theo phương thẳng đứng có phương trình lần lượt là u 1 = 5cos40πt (mm) và u 2 =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 S 1 S 2 là A. 11. B. 9. C. 10. D. 8. ( Trích “TS ĐHA -2009” ). ================== TÀI LIỆU ÔN THI 2011. 2 GV: V PHN ( YấN S- HONG MAI- HN). C: 0436.453.591;D: 01236.575.369 Gii: = 4 (cm).p dng cụng thc (1.2): ) 2 1 ( += kd . M l d l nờn: -20 2024 + k . - 2 9 2 11 k k = -5,-4,-3;-2;-1;0;1;2;3;4 (Cú 10 im). Chn ỏp ỏn C. Vớ d 4: mt thoỏng ca mt cht lng cú hai ngun súng kt hp A v B cỏch nhau 20 cm, dao ng theo phng thng ng vi phng trỡnh tu A 40cos2= v ( ) += tu B 40cos2 ( A u v B u tớnh bng mm, t tớnh bng s). Bit tc truyn súng trờn mt cht lng l 30 cm/s. Xột hỡnh vuụng AMNB thuc mt thoỏng cht lng. S im dao ng vi biờn cc i trờn on BM l A. 19. B. 18. C. 17. D. 20. ( Trớch TS HA -2010 ). Gii: = 1,5 (cm). p dng cụng thc (1.2) : ) 2 1 ( += kd . M - a d a( 2 -1). Khi v trớ B thỡ d = -a. M N Khi v trớ M thỡ d = a( 2 -1). T ú: -20 (k + 0,5 ).1,5 20( 2 -1) 5,1 75,0)12(20 5,1 75,20 k . A a k= -13 ; -12;; 0 ; 1; 2 ;;5 Cú 19 giỏ tr ca k. Chn ỏp ỏn A. A a B Vớ d 5: Tại 2 điểm O 1 , O 2 cách nhau 48 cm trên mặt chất lỏng có 2 nguồn phát sóng dao động theo ph- ơng thẳng đứng với phơng trình: u 1 = 5cos( 100 t) (mm) ; u 2 = 5cos(100 t + /2) (mm). Vận tốc truyền sóng trên mặt chất lỏng là 2 m/s. Coi biên độ sóng không đổi trong quá trình truyền sóng. Số điểm trên đoạn O 1 O 2 dao động với biên độ cực đại ( không kể O 1 ;O 2 ) là A. 23. B. 24. C. 25. D. 26. Gii: = 4 (cm). p dng cụng thc (1.3): ) 4 1 ( += kd . Thay s liu theo bi c: K = -12; -11;0 ; 1;2;11. Cú 24 giỏ tr ca k. Chn ỏp ỏn B. Vớ d 6: Hai ngun kt hp A,B cỏch nhau 16cm ang cựng dao ng vuụng gúc vi mt nc theo phng trỡnh : x = a cos50 t (cm). C l mt im trờn mt nc thuc võn giao thoa cc tiu, gia C v trung trc ca AB cú mt võn giao thoa cc i. Bit AC= 17,2cm. BC = 13,6cm. S võn giao thoa cc i i qua cnh AC l : A. 16 ng B. 6 ng C. 7 ng D. 8 ng Gii: d = 13,6 17,2 = - 3,6 (cm). im C thuc võn giao thoa cc tiu ng vi k = -2 trong cụng thc (2.1) nờn ta cú -3,6 = ( -2 + 0,5). = 2,4 (cm). Xột iu kin: -3,6 k .2,4 16 k = -1; 0; ; 6. Cú 8 giỏ tr ca k. Chn ỏp ỏn D. Dng 3: Xỏc nh bc súng v vn tc truyn súng. Vớ d 7: Trong thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nớc 2 nguồn kết hợp A, B dao động với tần số 13 Hz. Tại điểm M cách A 19cm; cách B 21cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đờng trung trực của A, B không có cực đại khác. Vận tốc truyền sóng trên mặt nớc là: A. 22 cm/s B. 20 cm/s C. 24 cm/s D. 26 cm/s Gi i: d = 21-19 = 2 (cm). im M thuc võn giao thoa cc i ng vi k =1 trong cụng thc (1.1) nờn ta cú = 2 (cm). Vy vn tc truyn súng l: v = f = 26 (cm/s). Chn ỏp ỏn D. ================== TI LIU ễN THI 2011. 3 GV: VŨ PHẤN ( YÊN SỞ- HOÀNG MAI- HN). CĐ: 0436.453.591;DĐ: 01236.575.369 Ví dụ 8: Trên mặt nước có hai nguồn dao động M và N cùng pha, cùng tần số f = 12Hz. Tại điểm S cách M 30cm, cách N 24cm, dao động có biên độ cực đại. Giữa S và đường trung trực của MN còn có hai cực đại nữa. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là A. 36 cm/s. B. 72 cm/s. C. 24 cm/s. D. 26 cm/s. Giải: ∆ d = 24 – 30 = - 6 (cm). Điểm M thuộc vân giao thoa cực đại ứng với k = -3 trong công thức (1.1) nên ta có λ = 2 (cm). Vậy vận tốc truyền sóng là: v = λ f = 24 (cm/s). Chọn đáp án C. Dạng 4:Xác định pha dao động tại một vị trí. Ví dụ 9: Trên mặt nước có hai nguồn sóng giống nhau A, B đặt cách nhau 12 cm đang dao động vuông góc vói mặt nước tạo ra sóng có bước sóng 1,6 cm. Gọi C là điểm trên mặt nước cách đều hai nguồn và cách trung điểm O của AB một khoảng 8 cm. Số điểm dao động ngược pha với nguồn trên đoạn CO là: A. 2. B. 3 C. 4. D. 5. Giải: Những điểm trên đoạn CO dao động ngược pha với nguồn là những điểm có khoảng cách tới hai nguồn A, B lần lượt là d 1 ; d 2 thỏa mãn:AO = 6 ≤ d 1 = d 2 ≤ 10 = AC và d 1 + d 2 =(2k + 1) λ Từ đó có: 2,3 6,120 2,3 6,112 − ≤≤ − k ⇔ k = 4; 5. Có 2 giá trị của k. Chọn đáp án A. Ví dụ 10: Hai nguồn sóng kết hợp trên mặt nước cách nhau một đoạn S 1 S 2 = 9 λ , phát ra dao động cùng pha nhau. Trên đoạn S 1 S 2 , số điểm có biên độ cực đại cùng pha với nhau và cùng pha với nguồn ( không kể hai nguồn) là A. 6. B. 8. C. 10. D. 12. Giải: Gọi d 1 ; d 2 lần lượt là khoảng cách từ điểm M đển S 1 và S 2 ( d 1 + d 2 = S 1 S 2 = 9 λ ). Điểm M là cực đại dao thoa ⇔ ∆ d = d 2 – d 1 = k λ ⇒ - 9 λ < k λ < 9 λ ⇒ -9 < k < 9 . Điểm ngay sát nguồn sẽ dao động ngược pha với nguồn và những điểm cách nhau một số nguyên lần bước sóng sẽ dao động cùng pha. Như vậy k = -7; -5; -3; -1; 1; 3; 5; 7.Có 8 giá trị. Chọn đáp án B. Chú ý: Nếu thay điều kiện S 1 S 2 = 8 λ , thì k = -6 ; -4; -2; 0; 2; 4; 6. Dạng 5: Viết phương trình giao thoa sóng. Sự ổn định của hệ vân giao thoa. Ví dụ 11: Hai mũi nhọn S 1 , S 2 cách nhau 8 cm, gắn ở đầu một cần rung được đặt cho chạm nhẹ vào mặt chất lỏng, tạo ra hai nguồn sóng có phương trình u = A cos 200 π t .Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 0,8 m/s. Điểm M trên mặt chất lỏng tạo ra tam giác MS 1 S 2 đều. Phương trình dao động của điểm M là A. u M = 2Acos 200 π t. B. u M = 2Acos (200 π t - π ). C. u M = 2Acos (200 π t + π ). D. u M = 2Acos (200 π t + 2 π ) Giải: Sóng tại do mỗi nguồn gây ra là u 1M = u 2M = Acos 200 π ( t - v d ) với d = S 1 S 2 = 8 cm, v = 80cm/s. Vậy dao động tại M do hai nguồn sóng kết hợp gây ra là u M = 2Acos(200 π t - 20 π ) = 2A cos200 π t. Chọn đáp án A. Ví dụ 12: Trong thí nghiệm về hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước, người ta quan sát thấy các vân giao thoa trên trần nhà. Đó là các đường hypebol sáng ( vân giao thoa cực tiểu), và các đường hypebol , đường thẳng ở trung tâm nhòe và tối ( vân giao thoa cực đại). Ban đầu S 1 S 2 = 10 λ ( λ là bước sóng). Điều chỉnh dần khoảng cách giữa hai cặp mũi nhọn S 1 , S 2 ra xa nhau ( cố định S 1 ) để vẫn quan sát thấy các vân giao thoa ở vị trí cũ. Khoảng cách ngắn nhất cần dịch chuyển là: ================== TÀI LIỆU ÔN THI 2011. 4 GV: VŨ PHẤN ( YÊN SỞ- HOÀNG MAI- HN). CĐ: 0436.453.591;DĐ: 01236.575.369 A. λ . B. 2 λ . C. 3 λ . D. 2 λ . Giải: Gọi O là trung điểm của S 1 S 2 trước khi dịch chuyển. Điểm O là cực đại giao thoa ( Vân sáng mờ). Sau khi dịch chuyển thì vị trí điểm O có ∆ d = x là khoảng cách dịch chuyển. Điểm O vẫn là cực đại giao thoa ⇔ ∆ d = k λ . Vậy độ dịch chuyển ngắn nhất là x = λ . Chọn đáp án A. S 1 O S 2 x S 2 ’ Chú ý 1: Ban đầu điểm O dao động cùng pha với nguồn, còn sau khi dịch chuyển thì dao động ngược pha với nguồn nhưng hệ vân giao thoa quan sát được vẫn ổn định. Chú ý 2: Nếu điều chỉnh cả S 1 , S 2 đều về hai phía thì bài toán không có đáp án. Dạng 6: Phát hiện điểm dao động đặc biệt. Ví dụ 13: Trên mặt chất lỏng, tại A và B cách nhau 9 cm có hai nguồn dao động kết hợp: u A = u B = 0,5 cos100πt (cm).Vận tốc truyền sóng v =100 cm/s. Điểm cực đại giao thoa M trên đường vuông góc với AB tại A là điểm gần A nhất . Khoảng cách từ M đến A là A. 1,0625 cm. B.1,0025cm. C. 2,0625cm. D. 4,0625cm. Giải: Gọi x là khoảng cách từ M đến A; l = AB. Ta có hệ: =− =− 222 2 2 lxd kxd λ ⇔ =− =+ λ λ kxd k l xd 2 2 2 ⇔ x = λ λ k k l − 2 ( 2 1 ) ( k là số nguyên dương). Vì k tăng thì x giảm nên x min ⇔ k max. Mà x >0 nên k < λ l . Thay số liệu theo bài ra ta có: k < 4,6 ⇒ k max = 4; x min = 1,0625 (cm).Chọn đáp án A. Ví dụ 14: 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 tu A π 40cos2= và ( ) ππ += tu B 40cos2 ( A u và B u tính bằng mm, t tính bằng s). Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 30 cm/s. Điểm cực tiểu giao thoa M trên đường vuông góc với AB tại B ( M không trùng B) là điểm gần B nhất. Khoảng cách từ M đến A xấp xỉ là A. 20,006 cm. B. 30 cm. C. 40 cm. D. 15 cm. Giải: Gọi x là khoảng cách từ M đến B. Ta có hệ: =− +=− 222 1 1 )1( lxd kdx λ ⇔ +−=− + −=+ λ λ )1( )1( 1 2 1 kxd k l xd ⇔ x = - 2 1 [ λ λ )1( )1( 2 +− + k k l ]. Vì x > 0 nên tương tự ví dụ trên suy ra : k > - ( λ l + 1). Thay số liệu theo bài ra được k > -14,25 ⇒ k min = -14 ⇒ x min = 0,506 ⇒ d 1 = 20,006 (cm). Chọn đáp án A. ================== TÀI LIỆU ÔN THI 2011. 5 . luận đúng là: A. M,N đều là cực đại giao thoa. B. M,N đều là cực tiểu giao thoa. C. M là cực đại, N là cực tiểu giao thoa. D. M là cực tiểu, N là cực đại giao thoa. Giải: λ = 4 (cm). Với điểm. điểm này là họ các đường hypebol nhận A, B làm tiêu điểm ( Vân giao thoa cực tiểu). Vân giao thoa cực đại: k =2 1 0 -1 -2 Vân giao thoa cực tiểu: k = 2 1 0 -1 -2 -3 B. Các dạng bài tập thường gặp. cực tiểu giao thoa( k=2). Với điểm N: ∆ d = d 2 – d 1 = 6(cm) = (1+ 2 1 ) λ ⇒ N là cực đại giao thoa ( k=1). (Công thức(2.2) và (1.2)). Chọn đáp án D. Dạng 2: Xác định số vân giao thoa (số