8. Những từ viết tắc trong đề tài
4.2.2. Bài15 Phản xạ sóng Sóng dừng
BÀI 15. PHẢN XẠ SÓNG. SÓNG DỪNG
I. Mục tiêu:
1. Kiến thức
- Mô tả đƣợc hiện tƣợng về phản xạ sóng và hiện tƣợng sóng dừng trên lò xo và
dây đàn hồi.
- Nêu đƣợc điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây đàn hồi.
- Giải thích đƣợc sự tao thành sóng dừng.
- Phân biệt đƣợc những điểm nút và những điểm bụng.
2. Kỹ năng:
- Giải thích đƣợc hiện tƣợng vật lí.
- Vận dụng để giải bài toán xác định bƣớc sóng, tốc độ truyền sóng khi có sóng
dừng trên dây.
II. Chuẩn bị
1. Giáo viên:
a. Kiến thức và dụng cụ:
- Lò xo để làm sóng ngang, sóng dọc.
- Bộ thí nghiệm về sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi.
- Kênh sóng nƣớc.
b. Phiếu học tập
Câu 1: Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ:
A. luôn ngƣợc pha với sóng tới.
B. ngƣợc pha với sóng tới nếu vật cản là cố định C. ngƣợc pha với sóng tới nếu vật cản là tự do D. cùng pha với sóng tới nếu vật cản là định
Câu 2: Trong hệ sóng dừng trên một sợi dây, khoảng cách giữa hai nút thắt hoặc
hai bụng liên tiếp bằng: A. một bƣớc sóng. B. hai bƣớc sóng.
C. một phần tƣ bƣớc sóng
69
Câu 3: Ta quan sát thấy hiện tƣợng gì khi trên một sợi dây có sóng dừng:
A. Tất cả các phần tử của dây đều đứng yên.
B. Trên dây có những bụng sóng xen kẽ với bƣớc sóng.
C. Tất cả các phần tử trên dây đều dao động với biên độ cực đại
D. Tất cả các phần tử trên dây đều chuyển động với cùng vận tốc.
Câu 4: Sóng dừng xảy ra trên dây AB dài 11 cm với đầu B tự do, bƣớc sóng bằng
4 cm. Trên dây có:
A. 5 bụng, 5 nút C. 6 bụng, 6 nút. B. 6 bụng, 5 nút D. 5 bụng, 6 nút
Câu 5: Trên sợi dây dài 40 cm có sóng dừng ngƣời ta quan sát thấy có 4 bụng
sóng. Tần số dao động là 400 Hz. Tốc độ truyền sóng trên sợi dây là:
A. 8.103m/s B. 8.102m/s C. 8.103cm/s D. 8.102cm/s
Câu 6: Một sợi dây dài 40 cm, căng ở hai đầu cố định, khi dây dao động với tần số
600Hz ta quan sát trên dây có sóng dừng với hai bụng sóng. Bƣớc sóng trên dây là: A. λ= 40cm B. λ = 20cm C. λ = 13,3cm D. λ = 80cm
Câu 7: Một dây dẫn dài 40 cm, hai đầu cố định khi dây dao động với tần số 600Hz
ta quan sát trên dây có sóng dừng với hai bụng sóng. Vận tốc sóng trên dây là:
A. v=79,8m/s B. v= 120m/s C. v= 240m/s D. v= 480m/s
Câu 8: Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì tất cả các điểm trên dây đều dừng lại
không dao động.
B. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì trên dây có các điểm dao động mạnh
xen kẽ với các điểm đứng yên.
C. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì nguồn phát sóng ngừng dao động còn
các điểm trên dây vẫn dao động
D. Khi có sóng dừng trên dây đàn hồi thì trên dây chỉ còn sóng phản xạ, còn sóng tới bị triệt tiêu.
70
d. Dự kiến ghi bảng.
Bài 15. PHẢN XẠ SÓNG. SÓNG DỪNG
1. Sự phản xạ sóng
Khái niệm sóng tới, sóng phản xạ Đặc điểm
2. Sóng dừng
a. Quan sát hiện tượng
Khái niệm sóng dừng
b. Giải thích sự tạo thành sóng dừng trên dây
Xét điểm M trên sợi dây, dao động của điểm M là tổng hợp 2 dao động do sóng truyền tới M và sóng phản xạ từ B truyền tới M.
Phƣơng trình dao động tại điểm B có dạng:
=
Suy ra phƣơng trình dao động tại điểm M:
Phƣơng trình của sóng phản xạ ở B là: Sóng phản xạ từ B đến M, phƣơng trình sóng phản xạ tại M là:
Phƣơng trình tổng hợp tại M:
Biên độ dao động tổng hợp tại M:
Nếu M dao động với biên độ cực đại thì:
Nếu m không dao động thì:
c. Điều kiện để có sóng dừng
Khi có hiện tƣợng sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định thì chiều dài sợi dây:
với
Với 1 sợi dây có một đầu cố định và một đầu tự do:
với
d. Ứng dụng
Ví dụ: SGK
71
2. Học sinh
- Sóng, các đại lƣợng đặc trƣng của sóng.
- Phƣơng trình sóng tại một điểm trong không gian
III. Thiết kế tiến trình xây dựng kiến thức.
Khi bạn vừa nghe một tiếng “alo” phát ra từ loa truyền thanh thì sau đó bạn lại nghe thấy một tiếng “alo” nữa, nó đƣợc vọng lại từ ngôi nhà cao tầng => Tại sao?
TN H 15.1: Biểu diễn phản xạ trên lò xo đàn hồi, một đầu cố định bị đổi chiều
Biến dạng khi gặp đầu cố định của lò xo thì sóng bị truyền ngƣợc lại gọi là biến dạng bị phản xạ. Khi phản xạ thì biến dạng bị đổi chiều.
Khi đầu A dao động điều hòa thì sẽ xuất hiện sóng tới và sóng phản xạ ngƣợc chiều nhau.
TN H 15.2: sóng dừng trên lò xo
Trên lò xo xuất hiện những điểm đứng yên, xen kẽ với những điểm dao động với biên độ khá lớn.
Giải thích sự tạo thành sóng dừng Điều kiện để có sóng dừng:
Dây có hai đầu cố định: với
Dây có một đầu tự do: với
Hiện tƣợng sóng dừng KN: Điểm nút, điểm bụng
Củng cố- vận dụng Bài tập về nhà
72
IV. Tiến trình dạy và học
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
+ Lắng nghe và trả lời
? Viết phƣơng trình sóng tại điểm O trên dây có tọa độ x trong 2 TH sóng truyền cùng và ngƣợc chiều tọa độ, biết phƣơng trình sóng tại M
O M
. .
Hoạt động 2: Tìm hiểu sự phản xạ của sóng
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
+ HS quan sát thí nghiệm và mô tả hiện tƣợng.
+ Quan sát thí nghiệm ta thấy: sau khi đập vào thành của kênh sóng, biến dạng sẽ truyền ngƣợc lại.
+ Biến dạng đƣợc truyền đến đầu cố định của lò xo bị truyền ngƣợc trở lại.
+ Khi biến dạng đƣợc truyền ngƣợc trở lại
-GV tiến hành thí nghiệm với lò xo và kênh sóng nƣớc về hiện tƣợng sóng phản xạ, yêu cầu HS quan sát và mô tả hiện tƣợng.
-Bỏ tấm khử phản xạ ra khỏi kênh sóng. Cho động cơ hoạt động trong thời gian ngắn (hai vật tạo sóng thực hiện đƣợc 1-2 chu kì chuyển động lên xuống). Khi đó xuất hiện một dạng lan truyền trên mặt nƣớc.
? Hãy nêu hiện tƣợng gì xảy ra khi biến dạng truyền tới thành của kênh sóng nƣớc?
? Cầm một đầu A của lò xo đƣa lên đƣa xuống gây ra sự biến dạng cho lò xo. Hiện tƣợng gì xảy ra khi biến dạng này truyền dọc theo lò xo đến đầu cố định của lò xo?
73 ở thành kênh sóng nƣớc hoặc ở đầu cố định của lò xo thì ngƣợc chiều với chiều biến thiên dạng truyền tới.
+ HS lắng nghe.
+ Điểm luôn đứng yên, có điểm luôn dao động với biên độ thật lớn xen kẽ nhau.
truyền ngƣợc trở lại với chiều biến thiên khi đƣợc truyền tới thành của kênh sóng nƣớc hoặc tới đầu cố định của lò xo? -Nhƣ vậy, nếu cho hai đầu lò xo thực hiện dao động điều hòa theo phƣơng vuông góc lò xo thì xuất hiện một sóng truyền tới B đƣợc gọi là sóng tới. Sau đó dao động truyền ngƣợc lại tạo thành sóng phản xạ. ? Sóng tới và sóng phản xạ có đặc điểm gì? -Thực nghiệm chứng tỏ, sóng phản xạ có cùng tần số và bƣớc sóng nhƣ sóng tới. Nếu đầu phản xạ cố định thì sóng phản xạ ngƣợc pha sóng tới. Hoạt động 3: Tìm hiểu về sóng dừng
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
+ Quan sát TN.
+ Hiện tƣợng xảy ra: khi tăng dần tần số dao động điều hòa của một đầu lò xo đến lúc ta không còn phân biệt đƣợc sóng tới và sóng phản xạ nữa. Lúc đó trên lò xo xuất hiện những điểm đứng yên xen kẽ với những điểm dao động với biên độ khá lớn.
+ HS thảo luận
-Quan sát thí nghiệm tăng dần tần số dao động điều hòa của một đầu lò xo hoặc một đầu sợi dây (H15.2)
? Hãy mô tả hiện tƣợng xảy ra?
-Hiện tƣợng thu đƣợc ở TN trên là hiện tƣợng sóng dừng. Những điểm đứng yên trên lò xo hoặc trên sợi dây là những nút, những dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. những nút và bụng xen kẽ, cách đều nhau.
74 + Xét điểm M trên sợi dây, dao động của điểm M là tổng hợp 2 dao động do sóng truyền tới M và sóng phản xạ từ B truyền tới M.
+ Phƣơng trình dao động tại điểm B có dạng:
Suy ra phƣơng trình dao động tại điểm M:
+ Sóng phản xạ ở B có li độ ngƣợc chiều với li độ của sóng tới. Do đó phƣơng trình của sóng phản xạ ở B là:
+ Sóng phản xạ từ B đến M, phƣơng trình sóng phản xạ tại M là:
+Phƣơng trình dao động tổng hợp tại M:
+ Biên độ dao động tổng hợp tại M:
Nếu M dao động với biên độ cực đại thì:
Nếu M không dao động thì:
? Hãy giải thích hiện tƣợng thu đƣợc ở trên? Thảo luận nhóm.
Gợi ý:
? Nếu ta xét một điểm M trên sợi dây có đầu cố định, khi một sợi dây dao động điều hòa thì điểm M thực hiện dao động từ đâu truyền tới? ? Giả sử tại thời điểm t, sóng truyền đến B và phƣơng trình dao động của sóng tới tại
B là thì phƣơng trình dao
động do sóng tới truyền đến M cách B một đoạn d có dạng nhƣ thế nào?
? Điểm M dao động sớm pha hay trễ pha hơn điểm B?
? Điểm B cố định nên pha dao động của sóng phản xạ tại B có đặc điểm gì?
? Sóng phản xạ truyền đến M có phƣơng trình nhƣ thế nào?
? Hãy xác định phƣơng trình dao động tổng hợp tại M?
? Xác định vị trí những điểm dao động với biên độ cực đại, những điểm không dao động trên sợi dây khi xuất hiện sóng dừng?
75 Vậy nếu d bằng số nguyên lần nữa bƣớc sóng thì biên độ tại đó bằng 0, điểm M là một nút sóng.
Nếu khoảng cách d= thì biên độ tại đó
có giá trị cực đại, điểm M là một bụng sóng. + Đối với sợi dây hai đầu cố định thì hai đầu đóng vai trò là nút.
+ Khoảng cách liên tiếp giữa hai nút liên tiếp hay hai bụng liên tiếp bằng một nữa bƣớc sóng.
Khi có hiện tƣợng sóng dừng thì chiều dài
sợi dây: với số bụng
sóng quan sát đƣợc.
+ Với 1 sợi dây có một đầu cố định và 1 đầu hở thì đầu cố định đóng vai trò là nút và đầu hở là bụng.
+ Khoảng cách giữa một nút sóng và một bụng sóng là một phần tƣ bƣớc sóng.
+ Khi đó chiều dài sợi dây bằng một số lẻ lần bƣớc sóng:
? Hãy tìm điều kiện để có sóng dừng trên dây?
Câu hỏi gợi ý:
+ Đối với sợi dây hai đầu cố định thì hai đầu đóng vai trò là nút hay bụng?
+ Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp hay hai bụng liên tiếp bằng bao nhiêu?
+ Giả sử trên sợi dây có hai đầu cố định đếm đƣợc n bụng sóng thì chiều dài sợi
dây là
bao nhiêu? Mối liên hệ giữa chiều dài sợi dây và bƣớc sóng, bụng sóng?
+Nếu một sợi dây có một đầu cố định và một đầu tự do thì đầu nào đóng vai trò là nút và đầu nào là bụng?
+ Khoảng cách giữa một nút sóng và một bụng sóng là bao nhiêu?
+ Tìm mối liên hệ giữa chiều dài sợi dây và bƣớc sóng, bụng sóng?
76
Hoạt động 4: Vận dụng, củng cố
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
+ HS thảo luận nhóm làm ví dụ trong SGK Lên bảng giải:
Sợi dây có hai đầu cố định nên điều kiện để có sóng dừng là:
=30 cm Tốc độ truyền sóng trên sợi dây là:
-GV nêu bài toán: trong một thí nghiệm, ngƣời ta dung máy rung với tần số 50 Hz để truyền dao động cho sợi dây đàn hồi có chiều dài 60cm, đầu kia của dây là cố định. Ngƣời ta quan sát thấy sóng dừng trên dây và đếm đƣợc 4 bụng sóng. Xác định
bƣớc sóng và tốc độ
truyền sóng trên dây.
? Cho HS thảo luận, yêu cầu HS nêu cách giải bài toán?
-GV nêu nhận xét, kết luận về nội dung bài toán.
-GV hƣớng dẫn HS chuẩn bị cho tiết học sau.
Hoạt động 5: Bài tập về nhà
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
+ Lắng nghe, ghi chép lại
-Giao nhiệm vụ về nhà: làm các bài tập 1,2,3,4 trong SGK và SBT
-Chuẩn bị bài Giao thoa sóng và trả lời trƣớc các câu hỏi 1,2 trong SGK trang 88. V. Rút kinh nghiệm: ……… ……….. ……..……… ………..………
77