Trong quá trình dạy ôn thi THPT Quốc gia, tôi nhận thấy các dạng bài tập về Sóng dừng, thuộc chương Sóng cơ của sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản là một phần khó. Nó thường khiến học sinh lúng túng trong việc vận dụng kiến thức để làm các bài tập. Để giải quyết được khó khăn đó thì việc hệ thống kiến thức, phân dạng và đưa ra một số phương pháp giải nhanh các dạng bài tập của phần sóng dừng cho học sinh là hết sức cần thiết. Từ các vấn đề nêu trên tôi chọn đề tài: “Sóng dừng ” làm nội dung báo cáo chuyên đề của mình.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ………… - - CHUYÊN ĐỀ: SÓNG DỪNG Tác giả chuyên đề: ……… Chức vụ: ………… Đơn vị công tác: …………… Huyện: …………………… Đối tượng bồi dưỡng: Học sinh lớp 12 Thời lượng dự kiến: 06 tiết Năm học ……………… ĐẶT VẤN ĐỀ Bộ Giáo dục Đào tạo áp dụng hình thức thi trắc nghiệm khách quan để kiểm tra đánh giá Kỳ thi THPT Quốc gia mơn Vật lí cho học sinh lớp 12 Với hình thức thi trắc nghiệm khách quan kiến thức kiểm tra rộng Để đạt kết tốt, đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức, mà phải phản ứng nhanh, xử lý tốt dạng tập chương, phần, chuyên đề Trong q trình dạy ơn thi THPT Quốc gia, tơi nhận thấy dạng tập Sóng dừng, thuộc chương Sóng sách giáo khoa Vật lý 12 phần khó Nó thường khiến học sinh lúng túng việc vận dụng kiến thức để làm tập Để giải khó khăn việc hệ thống kiến thức, phân dạng đưa số phương pháp giải nhanh dạng tập phần sóng dừng cho học sinh cần thiết Từ vấn đề nêu tơi chọn đề tài: “Sóng dừng ” làm nội dung báo cáo chuyên đề Chuyên đề gồm phần: PHẦN 1: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP “SÓNG DỪNG” PHẦN 2: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ PHẦN I: PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP “SÓNG DỪNG” I HỆ THỐNG KIẾN THỨC Sự phản xạ sóng * Sóng nguồn Sóng phát lan truyền môi trường gặp vật cản bị phản xạ truyền ngược trở lại theo phương cũ Sóng truyền ngược lại sau gặp vật cản gọi sóng phản xạ * Sóng phản xạ biên độ, tần số bước sóng với sóng tới * Sóng phản xạ ngược pha với sóng tới điểm phản xạ đầu phản xạ cố định * Sóng phản xạ pha với sóng tới điểm phản xạ đầu phản xạ tự Sóng dừng 2.1 Định nghĩa : Sóng dừng sóng có nút bụng sóng cố định khơng gian * Bụng sóng: điểm có biên độ dao động cực đại * Nút sóng: điểm khơng dao động 2.2 Ngun nhân: Sóng dừng kết giao thoa sóng tới sóng phản xạ, sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương 2.3 Phương trình sóng dừng sợi dây PQ (đầu P cố định dao động nhỏ xem nút sóng) * Đầu Q cố định (nút sóng): Phương trình sóng tới sóng phản xạ Q uQ = Acos( π ft) u’Q = - Acos( π ft ) = Acos( π ft - π ) Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách Q khoảng d là: uQM = Acos( π ft + 2π d d ) u’QM = Acos( π ft - 2π - π ) λ λ Phương trình sóng dừng M: uM = uQM + u’QM uM = 2Acos( 2π d π π + )cos(2 π ft - ) λ 2 Biên độ dao động phần tử M: AM = A cos(2π d π d + ) = A sin(2π ) λ λ * Đầu Q tự (bụng sóng): Phương trình sóng tới sóng phản xạ Q M P Q uQ = u’Q = Acos( π ft) Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách Q khoảng d là: uQM = Acos( π ft + 2π d d ) u’QM = Acos( π ft - 2π ) λ λ Phương trình sóng dừng M: uM = uQM + u’QM = 2Acos( 2π Biên độ dao động phần tử M: AM = 2A cos(2π d )cos(2 π ft ) λ d ) λ Lưu ý: * Với d khoảng cách từ M đến đầu nút sóng biên độ: AM = 2A sin(2π d ) λ * Với d khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng biên độ: AM = 2A cos(2π d ) λ 2.4 Điều kiện để có sóng dừng sợi dây dài l * Hai đầu cố định: + Chiều dài sợi dây phải số nguyên lần nửa bước sóng l=k λ (k ∈ N * ) P Q Gọi k số bó sóng Số bó sóng = số bụng sóng = k k Số nút sóng = k + * Một đầu tự do, đầu cố định: + Chiều dài sợi dây phải số lẻ lần phần tư bước sóng l = (2k + 1) λ (k ∈ N ) 4 P Số bó sóng nguyên = k Q Số bụng = số nút = k + Chú ý: Nếu viết dạng λ vT v Sốbụng =k l = ( 2k −1) = ( 2k −1) = ( 2k −1) 4 f Sốnú t=k k 2.5 Đặc điểm sóng dừng + Biên độ dao động phần tử vật chất điểm không đổi theo thời gian λ + Khoảng cách nút bụng liền kề + Khoảng cách nút bụng liền kề λ + Khoảng cách nút ( bụng ) k λ Một số ý đặc biệt sóng dừng + Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng + Đầu tự bụng sóng + Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ln dao động ngược pha + Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha + Các điểm dây dao động với biên độ không đổi + Khoảng thời gian hai lần liên tiếp sợi dây căng ngang (các phần tử qua VTCB) nửa chu kỳ + Trong sóng dừng bề rộng bụng : 2aN = 2.2a = 4a + Phân biệt tốc độ dao động tốc độ truyền sóng: * Tốc độ dao động: v=u’ * Tốc độ truyền sóng: v=λ.f + Sóng dừng ứng dụng để đo tốc độ truyền sóng II MỘT SỐ DẠNG CƠ BẢN VỀ SĨNG DỪNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH Dạng 1: Đại cương sóng dừng 1.1 Xác định tốc độ, tần số bước sóng Chú ý: Nếu dùng nam châm điện mà dòng điện xoay chiều có tần số fđ để kích thích dao động sợi dây thép chu kì dòng điện nam châm điện hút mạnh lần khơng hút lần nên kích thích dây dao động với tần số f = 2fđ Nếu dùng nam châm vĩnh cửu f = fđ Ví dụ 1(VD): Một nam điện có dòng điện xoay chiều tần số 50 Hz qua Đặt nam châm điện phía dây thép AB căng ngang với hai đầu cố định, chiều dài sợi dây 60cm Ta thấy dây có sóng dừng với bó sóng Tốc độ truyền sóng dây A 60 m/s B 30 m/s C 16 m/s D 300 cm/s Hướng dẫn: Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua, nam châm điện tác dụng lên dây lực tuần hoàn làm dây dao động cưỡng Trong chu kì, dòng điện có độ lớn cực đại lần nên hút dây mạnh lần, tần số dao động dây lần tần số dòng điện f’ = 2.f = 2.50 = 100 Hz λ Vì có hai bó sóng hai đầu nút nên l = ⇒ λ = l = 60( cm) Vậy v = λf = 60( m/s) Chọn đáp án A Ví dụ 2(VD): Một sợi dây thép dài 1,2 m căng ngang phía nam châm điện Cho dòng điện xoay chiều chạy qua nam châm điện dây thép xuất sóng dừng với bụng sóng với hai đầu hai nút Nếu tốc độ truyền sóng dây 20 m/s tần số dòng điện xoay chiều A 50 Hz B 100 Hz C 60 Hz D 25 Hz Hướng dẫn: Trên dây hai đầu cố định có bụng nên λ v f l = ⇒ λ = = 0,4( m) ⇒ f = = 50( Hz) ⇒ fd = = 25( Hz) Chọn đáp án D λ Ví dụ 3(VD): Trên sợi dây dài m có sóng dừng với tần số 100 Hz, người ta thấy ngồi đầu dây cố định có điểm khác ln đứng n Tốc độ truyền sóng dây A 100 m/s B 40 m/s C 80 m/s D 60 m/s Hướng dẫn: Trên dây hai đầu cố định có tổng cộng nút, tức có bụng nên l = ( 5− 1) λ ⇒ λ = = 1( m) ⇒ v = λ f = 100( m/ s) Chọn đáp án A 2 Ví dụ 4(VD): Một sợi dây đàn hồi căng ngang, hai đầu cố định Trên dây có sóng dừng, tốc độ truyền sóng khơng đổi Khi tần số sóng dây 42 Hz dây có điểm bụng Nếu dây có điểm bụng tần số sóng dây A 252 Hz B 126 Hz C 28 Hz D 63 Hz Hướng dẫn: v l=4 2f λ f' l=k ⇒ 1= ⇒ f ' = 63( Hz) Chọn đáp án D 2 f v l=6 2f ' 1.2 Số lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng Chú ý: * Khoảng thời gian lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng khoảng thời gian lần liên tiếp điểm dao động dây qua vị trí cân (tốc độ dao động cực đại) T/2 ⇒ Khoảng thời gian n lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng ∆t = ( n – 1) T / * Khoảng thời gian ngắn điểm dao động dây từ vị trí cân (tốc độ dao động cực đại) đến vị trí biên (tốc độ dao động 0) T/4 Ví dụ 5(TH): Hai sóng hình sin bước sóng λ , biên độ a truyền ngược chiều sợi dây vận tốc 20 cm/s tạo sóng dừng Biết thời điểm gần mà dây duỗi thẳng 0,5s Giá trị bước sóng λ : A 20 cm B 10cm C 5cm D 15,5cm Hướng dẫn: + Khoảng thời gian sợi dây duỗi thẳng lần T/2 Vật T = 1s + Bước sóng : λ = v.T = 20cm/s Chọn đáp án A Ví dụ 6(VD): Dây AB dài 90 cm đầu A gắn với nguồn dao động (xem A nút) đầu B tự Quan sát thấy dây có nút sóng dừng khoảng thời gian lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng 0,25 s Tính tốc độ truyền sóng dây Tính khoảng cách từ A đến nút thứ A 10 m/s 0,72 m B 0,72 m/s 2,4 m C 2,4 m/s 0,72 m D 2,4 m/s 10 cm Hướng dẫn: Thay vào công thức ∆t = ( n – 1) T / ta 0,25 = (6 −1)T/2 ⇒ T = 0,1s Một đầu nút đầu bụng (trên dây có nút nên k = 8): l = ( 2k − 1) λ λ λ ⇒ 0,9 = ( 2.8− 1) ⇒ λ = 0,24( m) ⇒ v = = 2,4( m/ s) 4 T Khoảng cách từ A đến nút thứ 7: λ l7 = (7− 1) = 0,72( m) Chọn đáp án C 1.3 Tần số biến thiên * Tần số, tốc độ nằm đoạn Nếu cho biết ff1 ≤ ≤ f2 v1 ≤ v ≤ v2 dựa vào điều kiện sóng dừng để tìm f theo k v theo k thay vào điều kiện giới hạn nói λ v u cốđònh: l = k = k Hai đầ 2f λ v Mộ t đầ u cốđònh, mộ t đầ u tựdo : l = ( 2k − 1) =( 2k − 1) 4f Ví dụ 7(VD): Một sợi dây có chiều dài 1,5 m đầu cố định đầu tự Kích thích cho sợi dây dao động với tần số 100 Hz dây xuất sóng dừng Tốc độ truyền sóng dây nằm khoảng từ 150 m/s đến 400 m/s Xác định bước sóng A 14 m B m C m D cm Hướng dẫn: λ v 4lf 600 = ( m/ s) l = ( 2n − 1) = ( 2n − 1) f ⇒ v = ( 2n− 1) 2n − 150 ≤ 600 ≤ 400 ⇒ 1,25 ≤ n ≤ 2,5 ⇒ n = ⇒ v = 200 m/ s ⇒ λ = v = m ( ) ( ) 2n − f Chọn đáp án B * Hai tần số gần nhất, tần số nhỏ tạo sóng dừng Có nhiều tần số tạo sóng dừng, để tìm tần số nhỏ khoảng cách tần số đó, ta dựa vào điều kiện sóng dừng: v ffmin = ⇒ k = kfmin λ v v 2l * Hai đầu cố định: l = k = k ⇒ fk = k ⇒ 2f ff − = v = f k+1 k 2l (Hiệu hai tần số liền kề tần số nhỏ nhất) * Một đầu cố định, đầu tự do: v ffmin = ⇒ n = ( 2n + 1) fmin λ v v 4l l = ( 2n + 1) = ( 2n + 1) ⇒ fn = ( 2n + 1) ⇒ 4f ff − = v = f n+1 n 2l (Hiệu hai tần số liền kề gấp đơi tần số nhỏ nhất) Ví dụ 8(TH): Người ta tạo sóng dừng sợi dây căng điểm cố định Hai tần số gần tạo sóng dừng dây 150 Hz 200 Hz Tần số nhỏ tạo sóng dừng dây A 50 Hz B 125 Hz C 75 Hz Hướng dẫn: Vì hai đầu cố định nên ffmin = k+1 D 100 Hz − fk = 200 − 150 = 50( Hz) Chọn đáp án A Ví dụ 9(TH): Cho ống sáo có đầu bịt kín đầu để hở Biết ống sáo phát âm to ứng với hai giá trị tần số âm liên tiếp 30 Hz 50 Hz Tần số âm nhỏ ống sáo phát âm to A 20 Hz B Hz C 10 Hz D 40 Hz Hướng dẫn: Chú ý: Đây trường hợp tạo sóng dừng sóng âm Trường hợp giống trường hợp sóng dừng hai đầu sợi dây có đầu cố định, đầu tự Tương ứng đầu bịt kín nút sóng, đầu để hở bụng sóng Áp dụng cơng thức tính nhanh ta được: ffmin = 0,5 − f2 = 10( Hz) Chọn đáp án C Ví dụ 10(VD): Một sợi dây đàn hồi đầu cố định, đầu tự Tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng f Tăng chiều dài thêm m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng Hz Giảm chiều dài bớt m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng 20 Hz Giá trị f0 A 10 Hz B Hz C Hz D Hz Hướng dẫn: Vì sợi dây đầu cố định đầu tự nên điều kiện sóng dừng l = ( 2k − 1) λ v v v = ( 2k − 1) ⇒ fk = ( 2k − 1) ⇒ fmin = 4l 4l 4l Áp dụng công thức cho hai trường hợp: v 5 = ( l + 1) l = ( m ) ⇒ v 20 = v = 160 ( m / s ) ( l − 1) f = f 160 v = = = ( Hz ) 4l Chọn đáp án D Chú ý * Lúc đầu đầu cố định đầu tự dây có sóng dừng với tần số f: l = ( 2n − 1) λ v v 2f = ( 2n − 1) ⇒ = (số nút = số bụng = n) 4 f ( 2n − 1) * Sau đó, giữ đầu cố định hai đầu dây có sóng dừng với tần số f’: l=k λ v v 2f =k ⇒ f '=k =k 2f ' 2l ( 2n − 1) 10 A số nguyên lần bước sóng B nửa bước sóng C bước sóng D phần tư bước sóng Câu 15(TH): Một sợi dây chiều dài căng ngang, hai đầu cố định Trên dây có sóng dừng với n bụng sóng, tốc độ truyền sóng dây v Khoảng thời gian hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng A B C D Câu 16(TH): Chọn phát biểu sai Trong sóng dừng A vị trí nút ln cách đầu cố định khoảng số nguyên lần nửa bước sóng B vị trí bụng ln cách đầu cố định khoảng số nguyên lẻ lần phần tư bước sóng C Hai điểm đối xứng qua nút ln dao động pha D Hai điểm đối xứng bụng dao động pha Câu 17(TH): Chọn phát biểu sai nói sóng dừng A Ứng dụng sóng dừng đo tốc độ truyền sóng B Khoảng thời gian hai lần sợi dây duỗi thẳng nửa chu kì C Khoảng cách bụng nút liên tiếp phần tư bước sóng D Biên độ bụng 2a, bề rộng bụng 4A sóng tới có biên độ a Câu 18(TH): Khẳng định sau sai? A Các sóng kết hợp sóng dao động tần số, hiệu số pha không thay đổi theo thời gian B Với sóng dừng, nút bụng sóng điểm cố định C Giao thoa tổng hợp hay nhiều sóng D Sóng dừng sóng tổng hợp sóng tới sóng phản xạ phương truyền Câu 19(TH): Trên sợi dây đàn hồi có sóng dừng Xét hai điểm M, N dây khơng trùng với vị trí nút sóng, độ lệch pha M N khơng thể nhận giá trị sau đây? A π 2π B π/2 C D 29 Câu 20(TH): Hình ảnh mơ tả sóng dừng sợi dây MN Gọi H điểm dây nằm hai nút M, P Gọi K điểm dây nằm hai nút Q N Kết luận sau đúng? A H K dao động lệch pha π B H K dao động ngược pha C H K dao động lệch pha π D H K dao động Phần B: Phân dạng tập Dạng 1: Đại cương sóng dừng Xác định tốc độ, tần số bước sóng Câu 1(VD): Sóng dừng sợi dây đàn hồi có tần số f=50(Hz) Khoảng cách nút sóng liên tiếp 30(cm) Vận tốc truyền sóng dây A 15(m/s) B 10(m/s) C 5(m/s) D 20(m/s) Câu 2(VD): Một dây đàn hồi AB dài 60 cm có đầu B cố định , đầu A mắc vào nhánh âm thoa dao động với tần số f=50 Hz Khi âm thoa rung, dây có sóng dừng với bụng sóng Vận tốc truyền sóng dây A v=15 m/s B v= 28 m/s C v= 25 m/s D v=20 m/s Câu 3(VD): Một nam điện có dòng điện xoay chiều tần số 50Hz qua Đặt nam châm điện phía dây thép AB căng ngang với hai đầu cố định, chiều dài sợi dây 60cm Ta thấy dây có sóng dừng với bó sóng Tính vận tốc sóng truyền dây? A 60m/s B 60cm/s C 6m/s D 6cm/s Câu 4(VD): Một dây đàn hồi AB dài 60 cm có đầu B cố định , đầu A mắc vào nhánh âm thoa dao động với tần số f=50 Hz Khi âm thoa rung, dây có sóng dừng với bụng sóng Vận tốc truyền sóng dây A v=15 m/s B v= 28 m/s C v= 25 m/s D v=20 m/s Câu 5(VD): Trên sợi dây dài m có sóng dừng với tần số 100 Hz, người ta thấy ngồi đầu dây cố định có điểm khác ln đứng n Tốc độ truyền sóng dây 30 A 100 m/s B 40 m/s C 80 m/s D 60 m/s Câu 6(VD): Một dây cao su đầu cố định, đầu gắn âm thoa dao động với tần số f Dây dài 2m vận tốc sóng truyền dây 20m/s Muốn dây rung thành bó sóng f có giá trị A 5Hz B.20Hz C.100Hz D.25Hz Câu 7(VD): Một sợi dây đàn hồi căng ngang, hai đầu cố định Trên dây có sóng dừng, tốc độ truyền sóng khơng đổi Khi tần số sóng dây 42 Hz dây có điểm bụng Nếu dây có điểm bụng tần số sóng dây A 252 Hz B 126 Hz C 28 Hz D 63 Hz Câu 8(VD): Dây AB=90cm có đầu A cố định, đầu B tự Khi tần số dây 10Hz dây có nút sóng dừng Khoảng cách từ A đến nút thứ A 0,84m B 0,72m C 1,68m D 0,80m Câu 9(VD): Một sợi dây đàn hồi dài 30 cm có hai đầu cố định Trên dây có sóng dừng Biết sóng truyền dây với bước sóng 20 cm biên độ dao động điểm bụng cm Số điểm dây mà phần tử dao động với biên độ mm A B C D Câu 10(VD): Một sợi dây AB dài 4,5m có đầu A để tự do, đầu B gắn với cần rung với tần số f thay đổi Ban đầu dây có sóng dừng với đầu A bụng đầu B nút Khi tần số f tăng thêm Hz số nút dây tăng thêm 18 nút A bụng B nút Tính tốc độ truyền sóng sợi dây A 3,2 m/s B 1,0 m/s C 1,5 m/s D 3,0 m/s Số lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng Câu 1(VD): Hai sóng hình sin bước sóng , biên độ a truyền ngược chiều sợi dây vận tốc 20 cm/s tạo sóng dừng Biết thời điểm gần mà dây duỗi thẳng 0,5s Giá trị bước sóng A 20 cm B 10cm C 5cm D 15,5cm Câu 2(VD): Trong thí nghiệm sóng dừng, sợi dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngồi hai đầu dây cố định có hai điểm khác dây không dao động Biết khoảng thời gian hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng 0,05 s Vận tốc truyền sóng dây 31 A 16 m/s B m/s C 12 m/s Câu 3(VD): Hai sóng hình sin bước sóng D m/s , biên độ a truyền ngược chiều sợi dây vận tốc 20 cm/s tạo sóng dừng Biết thời điểm gần mà dây duỗi thẳng 0,5s Giá trị bước sóng A 20 cm B 10cm C 5cm D 15,5cm Câu 4(VD): Trong thí nghiệm sóng dừng dây dàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy đầu dây cố định có điểm khác dây ko dao động biết thời gian liên tiếp lần sợi dây duỗi thẳng 0.05s bề rộng bụng sóng cm v max bụng sóng A 40π cm/s B 80π cm/s C 24πm/s D 8πcm/s Câu 5(VD): Một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m có hai đầu cố định Trên dây có sóng dừng Khơng kể hai đầu dây, dây quan sát hai điểm mà phần tử dây đứng yên Biết sóng truyền dây với tốc độ m/s Khoảng thời gian hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng A 0,075 s B 0,05 s C 0,025 s D 0,10 s Tần số biến thiên Câu 1(VD): Một sợi dây căng hai điểm cố định cách 160cm Hai sóng có tần số gần liên tiếp tạo sóng dừng dây f 1=70 Hz f2=80 Hz Tìm tốc độ truyền sóng dây Biết tốc độ truyền sóng dây không đổi A 160m/s B 22,4m/s C 32m/s D 16 m/s Câu 2(VD): Một sợi dây căng hai điểm cố định cách 75cm Người ta tạo sóng dừng dây Hai tần số gần tạo sóng dừng dây 150Hz 200Hz Vận tốc truyền sóng dây bằng: A 7,5m/s B 300m/s C 225m/s D 75m/s Câu 3(VD): Một sợi dây dài l = 1,2 m có sóng dừng với tần số liên tiếp 40 Hz 60 Hz Xác định tốc độ truyền sóng dây? A 48 m/s B 24 m/s C 32 m/s D 60 m/s Câu 4(VD): Một âm thoa có tần số dao động riêng 850 Hz đặt sát miệng ống nghiệm hình trụ đáy kín đặt thẳng đứng cao 80 cm Đổ dần nước vào ống nghiệm đến độ cao 30 cm thấy âm khuếch đại lên mạnh Biết tốc độ truyền âm khơng khí có 32 giá trị nằm khoảng từ 300 m/s đến 350 m/s Hỏi tiếp tục đổ nước thêm vào ống có thêm vị trí mực nước cho âm khuếch đại mạnh A B C D Câu 5(VD): Một sợi dây đàn hồi treo thẳng đứng vào điểm cố định, đầu dây để tự Người ta tạo sóng dừng dây với tần số bé f Để có sóng dừng dây phải tăng tần số tối thiểu đến giá trị f2 Tỉ số f2/f1 A 1,5 B C 2,5 D Câu 6(VD): Một sợi dây đàn hồi đầu cố định, đầu tự Tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng f0 Tăng chiều dài thêm m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng Hz Giảm chiều dài bớt m tần số dao động bé để sợi dây có sóng dừng 20 Hz Giá trị f0 A 10 Hz B Hz C Hz D Hz Dạng 2: Xác định số nút, số bụng số điểm dao động khác bụng, nút Câu 1(VD): Dây AB=40cm căng ngang, đầu cố định, có sóng dừng M bụng thứ (kể từ B),biết BM=14cm Tổng số bụng dây AB A 10 B C 12 D 14 Câu 2(VD): Một sợi dây AB dài 100 cm căng ngang, đầu B cố định, đầu A gắn với nhánh âm thoa dao động điều hòa với tần số 40 Hz Trên dây AB có sóng dừng ổn định, A coi nút sóng Tốc độ truyền sóng dây 20 m/s Kể A B, dây có A nút bụng B nút bụng C nút bụng D nút bụng Câu 3(VD): Trên sợi dây đàn hồi AB dài 25cm có sóng dừng, người ta thấy có điểm nút kể hai đầu A B Hỏi có điểm dây dao động biên độ, pha với điểm M cách A 1cm? A 10 điểm B C điểm D điểm 33 Câu 4(VD): Trên sợi dây đàn hồi chiều dài 1,6 m, hai đầu cố định có sóng dừng Quan sát dây thấy có điểm khơng phải bụng cách khoảng 20 cm dao động biên độ A0 Số bụng sóng dây A B C D Câu 5(VD): Một sợi dây dài 120 cm, hai đầu cố định, có sóng dừng, biết bề rộng bụng sóng 4a Khoảng cách ngắn điểm dao động pha có biên độ a 20 cm Số bụng sóng dây A 10 B C D Câu 6(VD): Trên sợi dây đàn hồi AB dài 25cm có sóng dừng, người ta thấy có điểm nút kể hai đầu A B Trên dây số điểm dao động biên độ, pha với điểm M cách A khoảng 1cm A B 10 C D Câu 7(VD): Trên sợi dây đàn hồi dài có sóng dừng với bước sóng 1,2 cm Trên dây có hai điểm A B cách 6,1 cm, A nút sóng Số nút sóng bụng sóng đoạn dây AB A 11 bụng, 11 nút B 10 bụng, 11 nút C 10 bụng, 10 nút D 11 bụng, 10 nút Câu 8(VD): Dây AB = 40 cm căng ngang, hai đầu cố định, có sóng dừng M bụng thứ (kể từ B), biết BM = 14 cm Tổng số bụng nút sóng dây AB A 10 B 21 C 20 D 19 Câu 9(VD): Một sợi dây AB dài 100cm căng ngang, đầu B cố định, đầu A gắn với nhánh âm thoa dao động điều hòa với tần số 40Hz Trên dây AB có sóng dừng ổn định, A coi nút sóng Tốc độ truyền sóng dây 20m/s Kể A B, dây có A nút bụng B nút bụng C nút bụng D nút bụng Dạng 3: Li độ, biên độ điểm sợi dây Câu 1(VD): Một sợi dây đàn hồi OM = 90 cm hai đầu cố định Khi kích thích dây có sóng dừng với bó sóng Biện độ bụng sóng cm Tại điểm N dây gần O có biên độ dao động 1,5 cm ON có giá trị 34 A 10 cm B cm C cm D 7,5 cm Câu 2(VD): Không xét điểm bụng nút, quan sát thấy điểm có biên độ gần cách 15cm Bước sóng dây có giá trị A.30 cm B.60 cm C.90 cm D.45 cm Câu 3(VDC): Trên dây có sóng dừng hai đầu cố định, biên độ dao động phần tử dây bụng sóng 2a A nút, B vị trí cân điểm bụng gần A Điểm dây có vị trí cân C nằm A B, AC = 2CB dao động với biên độ A B.a C.a D.a Câu 4(VDC): Một sợi dây AB có chiều dài m căng ngang, đầu A cố định, đầu B gắn với nhánh âm thoa Trên dây AB có sóng dừng ổn định với bụng sóng, biên độ bụng sóng cm, B coi nút sóng Điểm dây có vị trí cân cách A đoạn cm dao động với biên độ A.1 cm B.2 cm C cm D cm Câu 5(VDC): Một sóng dừng dây căng ngang với hai đầu cố định, bụng sóng dao động với biên độ 2a Ta thấy điểm nút bụng, có biên độ gần nhau, cách 12 cm Bước sóng biên độ điểm A.24 cm a B.24 cm a C.48 cm a D.48 cm a Câu 6(VDC): Thí nghiệm sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định chiều dài 36cm , người ta thấy có điểm dây dao động với biên độ cực đại Khoảng thời gian ngắn hai lần dây duỗi thẳng 0,25s Khoảng cách từ bụng sóng đến điểm gần có biên độ nửa biên độ bụng sóng A 4cm B 2cm C 3cm D 1cm 35 Dạng Đồ thị sóng dừng Câu 1(VDC): Trên sợi dây OQ căng ngang, hai đầu cố định có sóng dừng với tần số f xác định Hình vẽ mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t1 (đường 1), t = t1 (đường 2) P phần tử 6f dây Tỉ số tốc độ truyền sóng dây tốc độ dao động cực đại phần tử P xấp xỉ A 0,5 B 2,5 C 2,1 D 4,8 Câu 2(VDC): Sóng dừng sợi dây với biên độ điểm bụng cm Hình vẽ biểu diễn hình dạng sợi dây thời điểm t1 (nét liền) t2 (nét đứt) Ở thời điểm t1 điểm bụng M di chuyển với tốc độ tốc độ điểm N thời điểm t2 Tọa độ điểm N thời điểm t2 : A u N = cm, x N = 40 cm B u N = cm, x N = 15 cm C u N = cm, x N = 15 cm D u N = cm, x N = 40 cm Câu 3(VDC): Sóng dừng sợi dây đàn hồi OB mơ tả hình Điểm O trùng với gốc tọa độ trục tung Lúc t = hình ảnh sợi dây (1), sau thời gian nhỏ ∆t 3∆t kể từ lúc t = hình ảnh sợi dây lầt lượt (2) (3) Tốc độ truyền sóng 20 m/s biên độ bụng sóng cm Sau thời gian s kể từ lúc 30 t = , tốc độ dao động điểm M A 10,9 m/s B 6,3 m/s C 4,4 m/s D 7,7 m/s 36 Câu 4(VDC): Sóng dừng ổn định sợi dây có chiều dài L = OB = 1, m với hai đầu O B hai nút sóng Tại thời điểm t = , điểm sợi dây có li độ cực đại hình dạng sóng đường (1), sau khoảng thời gian ∆t 5∆t điểm sợi dây chưa đổi chiều chuyển động hình dạng sóng tương ứng đường (2) (3) Tốc độ truyền sóng dây m/s Tốc độ cực đại điểm M A 40,81 cm/s B 81,62 cm/s C 47,12 cm/s D 66,64 cm/s PHẦN 2: THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ Mục đích Đánh giá tính khả thi hiệu chuyên đề “sóng dừng” giảng dạy chương trình Vật lý lớp 12 Tổ chức thực nghiệm Tác giả tiến hành thực nghiệm dạy học trường THPT Đội Cấn – Huyện Vĩnh Tường - Tỉnh Vĩnh Phúc tháng 10 năm 2018 - Nhóm thực nghiệm lớp 12A1 có 37 học sinh - Hình thức thực nghiệm: 06 tiết - Đánh giá hiệu chuyên đề điểm kết kiểm tra Nội dung đề kiểm tra: MA TRẬN ĐỀ KIỂM TRA I Chuẩn kiến thức, kỹ năng: CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT GHI CHÚ Sóng dừng Kiến thức + Sự phản xạ sóng gặp vật cản + Khái niệm sóng dừng, điều kiện để có sóng dừng + Viết phương trình biên độ sóng dừng điểm phương trình pha sóng dừng Kĩ năng: 37 + Xác định số đại lượng đặc trưng sóng dừng + Tính tốn biên độ ,li độ pha điểm mơi trường có sóng dừng + Ứng dụng phương pháp đường tròn dao động điều hòa vào tính nhanh tốn sóng dừng II Hình thức kiểm tra: Kiểm tra 25 phút, trắc nghiệm khách quan, 20 câu III Thiết lập khung ma trận: LĨNH VỰC MỨC ĐỘ Nhận biết Vận dụng Vận dụng độ Tổng hiểu KIẾN THỨC Sóng dừng Thơng cao số Nêu đặc điểm Xác định Xác định đại Bài tốn biên sóng phản điều lượng đặc trưng độ , li độ, pha xạ gặp vật kiện để có sóng dừng : Biên độ, sóng dừng cản tự sóng dừng cố định số sóng Bài tốn lien Đặc điểm dừng Hiểu Số câu hỏi Tỉ lệ Điểm tần quan đến thời sóng Tính số nút gian sóng sóng dừng số bụng môi dừng đồ thị dừng 30% trường có sóng dừng 20% 30% sóng dừng 20% 20 100% 10 NỘI DUNG BÀI KIỂM TRA Câu 1(NB): Khi nói phản xạ sóng vật cản cố định, phát biểu sau đúng? A Tần số sóng phản xạ ln lớn tần số sóng tới B Sóng phản xạ ln ngược pha với sóng tới điểm phản xạ C Tần số sóng phản xạ ln nhỏ tần số sóng tới D Sóng phản xạ ln pha với sóng tới điểm phản xạ 38 Câu 2(NB) : Trên sợi dây có sóng dừng với bước sóng λ Khoảng cách hai nút sóng liền kề A λ B 2λ C λ D λ Câu 3(NB) : Sóng dừng A Sóng khơng lan truyền bị vật cản B Sóng tạo thành hai điểm cố định môi trường C Sóng tạo thành giao thoa sóng tới sóng phản xạ D Sóng dây mà hai đầu dây giữ cố định Câu 4(NB): Trong hệ sóng dừng sợi dây mà hai đầu giữ cố định bước sóng A Khoảng cách hai nút hai bụng liên tiếp B Độ dài dây C Hai lần độ dài dây D Hai lần khoảng cách hai nút hai bụng liên tiếp Câu 5(NB) : Trên sợi dây đàn hồi có sóng dừng Khoảng cách từ nút đến bụng kề A nửa bước sóng B hai bước sóng C phần tư bước sóng D bước sóng Câu 6(NB): Điều kiện để có sóng dừng dây khi đầu dây cố định đầu lại tự chiều dài l sợi dây phải thỏa mãn điều kiện A l = kλ B l = k λ C l = (2k + 1) λ D l = (2k + 1) λ Câu 7(TH): Trên sợi dây có sóng dừng với bước sóng λ, có nhiều bụng sóng nút sóng Khoảng cách nút sóng liên tiếp A 0,5λ B 2λ C 2,5λ D 5λ Câu 8(TH): Trên sợi dây có chiều dài l, hai đầu cố định, có sóng dừng Trên dây có bụng sóng Biết vận tốc truyền sóng dây v khơng đổi Tần số sóng A f = v l B f = v 2l C f = v 4l D f = 2v l Câu 9(TH): Sóng truyền sợi dây hai đầu cố định có bước sóng λ Muốn có sóng 39 dừng dây chiều dài l ngắn dây A lmin = λ B lmin = λ C lmin = λ D lmin = 2λ Câu 10(TH): Chọn phát biểu sai sai nói sóng dừng xảy sợi dây A Khoảng thời gian hai lần sợi dây duỗi thẳng nửa chu kỳ B Khoảng cách điểm nút điểm bụng liền kề phần tư bước sóng C Hai điểm đối xứng qua điểm bụng dao động biên độ D Hai điểm đối xứng với qua điểm nút dao động pha Câu 11(TH): Trên sợi dây có chiều dài l, hai đầu cố định, sóng dừng dây có bước sóng dài A λmax = l B λmax = l C λmax = l D λmax = 2l Câu 12(TH): Khi có sóng dừng sợi dây đàn hồi dài có 15 bụng sóng khoảng cách nút sóng liên tiếp A 15 lần bước sóng B lần bước sóng C lần bước sóng D lần bước sóng Câu 13(VD): Sóng dừng ổn định sợi dây với khoảng cách nút sóng liên tiếp 80 cm Khoảng thời gian ngắn hai lần dây duỗi thẳng liên tiếp 0,05 s Tốc độ truyền sóng dây A m/s B 6,4 m/s C m/s D 3,2 m/s Câu 14(VD): Trên sợi dây đàn hồi dài 1,6 m, hai đầu cố định, có sóng dừng Biết tần số sóng 20 Hz, tốc độ truyền sóng dây m/s Số bụng sóng dây A 15 B 32 C D 16 Câu 15(VD): Một sợi dây sắt, mảnh, dài 120 cm căng ngang, hai đầu cố định Ở phía trên, gần sợi dây có nam châm điện nuôi nguồn điện xoay chiều tần số 50 Hz Trên dây xuất sóng dừng với bụng sóng Tốc độ truyền sóng dây A 120 m/s B 60 m/s C 180 m/s D 240 m/s Câu 16(VD): Sóng dừng dây m với hai đầu cố định Vận tốc truyền sóng dây 20 m/s Tìm tần số dao động sóng dừng Biết tần số nằm khoảng từ Hz đến Hz A 10 Hz B 15 Hz C Hz D 7,5Hz 40 Câu 17(VDC): Sóng dừng hình thành sợi dây với bước sóng 60 cm biên độ dao động bụng cm Hỏi hai điểm dao động với biên độ cm gần cách cm? A cm B 10 cm C 30 cm D 20 cm Câu 18(VDC): Trên sợi dây đàn hồi có sóng dừng với biên độ dao động điểm bụng A M phần tử dây dao động với biên độ 0,5A Biết vị trí cân M cách điểm nút gần khoảng cm Sóng truyền dây có bước sóng A 24 cm B 12 cm C 16 cm D cm Câu 19(VDC): Một sợi dây đàn hồi căng ngang với đầu A cố định có sóng dừng B phần tử dây điểm bụng thứ hai tính từ đầu A, C phần tử dây nằm A B Biết A cách vị trí cân B vị trí cân C khoảng 30 cm cm, tốc độ truyền sóng dây 50 cm/s Trong q trình dao động điều hoà, khoảng thời gian ngắn hai lần li độ B có giá trị biên độ dao động C A 15 s B s C 15 Câu 20(VDC): Một sợi dây đàn hồi căng thẳng theo phương ngang có tượng s D s u(mm) M sóng dừng dây Hình vẽ bên biểu diễn dạng phần sợi dây thời điểm t Tần số sóng O dây 10 Hz, biên độ bụng sóng mm, lấy π2 = 10 Cho biết thời điểm t, phần x(cm) N -8 tử M chuyển động với tốc độ 8π cm/s lên phần tử N chuyển động với gia tốc A m/s2 B −8 m/s2 C m/s2 D −8 m/s2 Kết thực nghiệm – Phân tích đánh giá 3.1 Kết thực nghiệm: Tỷ lệ điểm: 9-10: 6/37 chiếm 16,2% 41 Tỷ lệ điểm 8-9: 12/37 chiếm 32,4% Tỷ lệ điểm 6,5-8: 17/37 chiếm 46% Tỷ lệ điểm 5-6,5: 2/37 chiếm 5,4% Tỷ lệ điểm 5: 0% 3.2 Phân tích đánh giá Qua kết kiểm tra cho thấy 100% em có kết từ trung bình trở lên, có 48,6% đạt điểm giỏi Kết cho thấy em vận dụng tốt phương pháp giải nhanh để làm kiểm tra Chun đề có tính khả thi áp dụng cho học sinh lớp 12 để giải nhanh tập trắc nghiệm phần “sóng dừng” Vật lý lớp 12 Mặc dù tơi có nhiều cố gắng, chun đề khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận nhiều đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo em học sinh Tôi xin chân thành cảm ơn! Vĩnh Tường , ngày 10 tháng 10 năm 2019 Tác giả chuyên đề (Ký, ghi rõ họ tên) Vũ Thị Huệ 42 43 ... phản xạ tự Sóng dừng 2.1 Định nghĩa : Sóng dừng sóng có nút bụng sóng cố định khơng gian * Bụng sóng: điểm có biên độ dao động cực đại * Nút sóng: điểm khơng dao động 2.2 Ngun nhân: Sóng dừng kết... hợp hay nhiều sóng D Sóng dừng sóng tổng hợp sóng tới sóng phản xạ phương truyền Câu 19(TH): Trên sợi dây đàn hồi có sóng dừng Xét hai điểm M, N dây không trùng với vị trí nút sóng, độ lệch pha... thoa sóng tới sóng phản xạ, sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương 2.3 Phương trình sóng dừng sợi dây PQ (đầu P cố định dao động nhỏ xem nút sóng) * Đầu Q cố định (nút sóng) : Phương trình sóng