CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG ÔN THPT QUỐC QIA: BÀI TẬP VỀ GIAO THOA SÓNG CƠ

Trong vùng hai sóng kết hợp gặp nhau, có những điểm tại đó hai sóng là cùng pha, tăng cường nhau làm cho phần tử môi trường ở đó dao động với biên độ cực đại tạo nên cực đại giao thoa và có những điểm tại đó hai sóng là ngược pha, triệt tiêu nhau làm cho phần tử môi trường ở đó dao động với biên độ cực tiểu tạo nên cực tiểu giao thoa. Tập hợp các cực đại giao thoa tạo nên những gợn lồi, tập hợp các cực tiểu giao thoa tạo nên những gợn lõm cố định trong không gian. Hệ thống các gợn lồi và lõm xen kẽ nhau tạo nên hệ vân giao thoa.

CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG ÔN THPT QUỐC QIA BÀI TẬP VỀ GIAO THOA SÓNG CƠ Tác giả Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Đối tượng phạm vi áp dụng Học sinh lớp 12, ôn thi thpt quốc gia Dự kiến số tiết bồi dưỡng: 06 tiết Hệ thống kiến thức sử dụng chuyên đề - Kiến thức sách giáo khoa Vật lý 12 hành giao thoa sóng, Tổng hợp dao động điều hòa - Hệ thống tập mẫu - Hệ thống tập thực hành A LÍ THUYẾT VỀ GIAO THOA SĨNG CƠ I Hai sóng nguồn kết hợp II Giao thoa sóng III Phương trình dao động điểm M vùng giao thoa IV Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa B PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ GIAO THOA SĨNG CƠ I Tính số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu vùng giao thoa hai nguồn pha, biên độ 1) Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn thẳng MN cắt đường hyhebol điểm 2) Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn thẳng, đường thẳng, đường tròn có cắt đường hyhebol hai điểm II Tìm vị trí điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu vùng giao thoa hai nguồn pha, biên độ III Bài tập pha dao động, vận tốc điểm giao thoa hai nguồn pha, biên độ IV Bài tập giao thoa hai nguồn không pha, biên độ C BÀI TẬP TỰ LÀM A LÍ THUYẾT VỀ GIAO THOA SĨNG CƠ I Hai sóng nguồn kết hợp Hai sóng nguồn kết hợp hai sóng tạo hai nguồn dao động phương, tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian II Giao thoa sóng Trong vùng hai sóng kết hợp gặp nhau, có điểm hai sóng pha, tăng cường làm cho phần tử môi trường dao động với biên độ cực đại tạo nên cực đại giao thoa có điểm hai sóng ngược pha, triệt tiêu làm cho phần tử mơi trường dao động với biên độ cực tiểu tạo nên cực tiểu giao thoa Tập hợp cực đại giao thoa tạo nên gợn lồi, tập hợp cực tiểu giao thoa tạo nên gợn lõm cố định không gian Hệ thống gợn lồi lõm xen kẽ tạo nên hệ vân giao thoa III Phương trình dao động điểm M vùng giao thoa Nếu phương trình sóng nguồn S1 , S u1  A1cos(2 ft  1 ) u2  A cos(2 ft  2 ) - Phương trình sóng M (với S 1M = d1; S2M = d2) hai sóng từ hai nguồn truyền tới M u1M  A1cos(2 ft  2 d1 d  1 ) u2 M  A cos(2 ft  2  2 )   Phương trình sóng tổng hợp M uM = u1M + u2M IV Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa Vì độ lệch pha sóng từ S1 tới M S tới M   2  d  d1      2 nên 1) Vị trí cực đại giao thoa AM(max )  A1  A2 hai sóng thành phần tới M pha  = 2k (với kZ) � 1   � � hiệu đường hai sóng tới M d M  d1  d  � k  � 2 � � 2) Vị trí cực tiểu giao thoa AM(min)  A1  A2 hai sóng thành phần tới M ngược pha  = 2  1 = (2k’+1) (với k’Z) � ' 1   � � hiệu đường hai sóng tới M d M  d1  d  � k    � 2 � � Vậy gợn lồi gợn lõm có dạng đường Hypebol mà có tiêu điểm hai nguồn S1 , S V Đặc biệt hai nguồn có pha biên độ Phương trình sóng nguồn S1 , S u1  Acos(2 ft ) u2  Acos(2 ft ) Phương trình sóng M (với S1M = d1; S2M = d2) hai sóng từ hai nguồn truyền tới M d1 )  d  Acos(2 ft  2 )  u1M  Acos(2 ft  2 u2 M Phương trình sóng tổng hợp M uM = u1M + u2M uM  A cos( d  d1 d d ).cos(2 ft   )   + Vị trí cực đại (biên độ 2A) giao thoa d  d1  k  + Vị trí cực tiểu (biên độ 0) giao thoa d  d1  (k  ) M1 O1 d1 d2 O2 -2 -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng B PHÂN LOẠI BÀI TẬP VỀ GIAO THOA SĨNG CƠ I Tính số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu vùng giao thoa hai nguồn pha, biên độ 1) Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn thẳng MN cắt đường hyhebol điểm Cách làm +Tính KM = MS1  MS2  + Tính KN  NS1  NS  Số điểm dao động với biên độ cực đại số số nguyên thỏa mãn KM ≤ K ≤ K N Số điểm dao động với biên độ cực tiểu số số nguyên thỏa mãn KM ≤ K + ≤ KN Ví dụ Trong thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước, hai nguồn kết hợp S S2 cách 10cm dao động pha có bước sóng 2cm Coi biên độ sóng khơng đổi truyền a Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại quan sát đoạn thẳng S1S2 b Tìm số điểm dao động với biên độ cực tiểu quan sát đoạn thẳng S1S2 Giải Vì nguồn dao động pha, a.Ta có số đường số điểm dao động cực đại  =>  l l k   10 10 k 2 =>-5< k < Suy k = 0;  1;2;3; 4 - Vậy có số điểm dao động cực đại b Ta có số đường số điểm dao động cực tiểu   l l  k    10 10  k   2 2 -5,5< k < 4,5 Suy k = 0;  1;2;3; 4; - - Vậy có 10 điểm dao động cực tiểu Ví dụ Trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B cách 40cm dao động pha, có bước sóng 6cm Hai điểm CD nằm mặt nước mà ABCD hình chữ nhât, AD=30cm Tính số điểm cực đại đứng yên đoạn CD Giải BD  AD  AB  AD  50cm Do hai nguồn dao động pha nên số điểm dao động với biên độ cực đại đoạn CD thoã mãn AD  BD  k   AC  BC AD  BD AC  BC k   30  50 50  30 k  6 D A I C B O -3,3