3. THIẾT KẾ MỘT SỐ BÀI GIẢNG TRONG CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12 NÂNG
3.3. Thiết kế BÀI 16: GIAO THOA SÓNG
BÀI 16: GIAO THOA SÓNG (Chƣơng III)
A. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU CỦA BÀI GIẢNG I. MỤC TIÊU:
- Nêu đƣợc hiện tƣợng giao thoa của hai sóng là gì?
- Áp dụng tình chất sóng và kết quả của việc tìm sóng tổng hợp của hai sóng ngang cùng tần số, cùng pha để dự đoán sự tạo thành vân giao thoa trên mặt nƣớc, hình dạng vân giao thoa.
- Thiết lập công thức xác định vị trí các điểm có biên độ dao động cực đại và các điểm có biên độ dao động cực tiểu trong miền giao thoa của hai sóng.
- Bố trí đƣợc thí nghiệm kiểm tra với giao thoa sóng nƣớc. - Xác định điều kiện để có vân giao thoa. [14]
II. CHUẨN BỊ:
1/ Giáo viên: Chuẩn bị bài giảng điện tử ở nhà. 2/ Học sinh: Ôn lại kiến thức về sóng.
B. THIẾT KẾ BÀI GIẢNG
HOẠT ĐỘNG 1: (5 phút) Ổn định lớp – Kiểm tra bài cũ – Giới thiệu bài mới. Hoạt động của Giáo Viên Hoạt động của Học Sinh
-Kiểm diện Học Sinh.
-Gọi HS lên bảng trả lời câu hỏi kiểm tra bài cũ:
*HS1:
+Viết phƣơng trình của nguồn sóng O và phƣơng trình sóng tại một điểm M cách nguồn sóng một khoảng x.
+Nêu định nghĩa bƣớc sóng, vận tốc truyền sóng, công thức liên hệ giữa v ,
, T , f .
*HS2:
+Định nghĩa sóng dừng trên một sợi dây.
+Viết phƣơng trình sóng tổng hợp tại điểm M trên dây khi có sóng dừng và công thức biên độ dao động tổng hợp tại M.
-Lớp trƣởng báo cáo hiện diện của lớp. -Lên bảng trả lời câu hỏi nếu đƣợc gọi: *HS1:-Phƣơng trình của nguồn sóng O: UO = Acost= A cos 2 t
T
-Phƣơng trình sóng của điểm M cách O
một đoạn x: cos ( ) M x u A t v = cos 2 ( ) t x A T -Nêu định nghĩa:Bƣớc sóng, vận tốc:….. Công thức liên hệ: v f T *HS2: +Nêu định nghĩa sóng dừng:……… +Phƣơng trình sóng tổng hợp tại M: 2 cos(2 ) cos(2 ) 2 2 d u A ft +Biên độ: 2 cos(2 ) 2 d a A
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -30- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
+Nêu điều kiện để có sóng dừng trên dây( hai trƣờng hợp).
+Nêu ứng dụng của hiện tƣợng sóng dừng.
-Giới thiệu bài mới:Trong bài học trƣớc ta đã khảo sát hiện tƣợng tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ của chính nó trên một sợi dây đàn hồi. Trong bài nầy ta khảo sát hiện tƣợng tổng hợp của hai sóng do hai nguồn sóng cố định có cùng biên độ, cùng tần số phát ra, hiện tƣợng nầy cũng là một đặc trƣng của sóng, hiện tƣợng nầy đƣợc gọi là hiện tƣợng giao thoa sóng.
-Trƣờng hợp hai đầu dây cố định:
2 ln -Trƣờng hợp một đầu cố định một đầu tự do: ( 1) 2 2 l n
-Lắng nghe GV giới thiệu nội dung bài mới.
HOẠT ĐỘNG 2: (22 phút) Khảo sát sự giao thoa của hai sóng trên mặt nƣớc. - Mục tiêu: Khảo sát sự giao thoa của hai sóng trên mặt nƣớc.
- Đặt vấn đề: Ta quan sát thí nghiệm hiện tƣợng tổng hợp của hai sóng trên mặt nƣớc do
hai nguồn sóng có cùng biên độ, cùng tần số phát ra, hiện tƣợng nầy gọi là hiện tƣợng giao thoa sóng. Tìm hiểu xem phƣơng trình sóng tổng hợp có dạng nhƣ thế nào và hiện tƣợng nầy có nhữnh đặc điểm gì. So sánh hiện tƣợng nầy với hiện tƣợng sóng dừng.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung bài học
-Yêu cầu HS trả lời câu C1.
*Vấn đề 1: Dự đoán hiện tƣợng:
-Nêu vấn đề cho HS: Giả sử ta xét trƣờng hợp đơn giản hai nguồn sóng S1 và S2 có cùng tần số và cùng pha nhƣ vậy sóng do chúng phát ra cũng có cùng bƣớc sóng. Ta quan sát xem tại một điểm M bất kỳ trong vùng hai sóng nƣớc gặp nhau sẽ dao động nhƣ thế nào, từ đó dự đoán xem trong
-Trả lời câu C1: quan sát hiện tƣợng sóng dừng trên dây, ta xác định đƣợc các điểm nút, điểm bụng, từ đó suy ra độ dài của bƣớc sóng và tìm đƣợc tốc độ truyền sóng.
I.Sự giao thoa của hai sóng trên mặt nƣớc:
1/Dự đoán hiện tƣợng:
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -31- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
vùng hai sóng nƣớc gặp nhau hiện tƣợng gì xảy ra?
-Yêu cầu HS viết phƣơng trình dao động của hai nguồn sóng. -Dùng hình 16.1 [6] yêu cầu HS viết phƣơng trình của sóng do nguồn S1 truyền đến M và phƣơng trình của sóng do nguồn S2 truyền đến M.
-Yêu cầu HS lập công thức độ lệch pha của hai dao động truyền đến M. -Dao động tại M là tổng hợp của hai dao động từ S1 và S2 truyền đến, yêu cầu HS đọc SGK ở cột phụ trang 85 để nhận biết dạng phƣơng trình dao động tổng hợp tại M, yêu cầu HS lập công thức biên độ dao động tổng hợp tại M. -Từ công thức biên độ dao động tổng hợp tại M, cho HS nhận biết nếu hai dao động truyền đến M cùng pha thì điểm M dao động với biên độ thế nào? Những điểm M nào thỏa điều kiện nầy? -Tƣơng tự cho HS nhận biết nếu hai dao động truyền đến M ngƣợc pha thì điểm M dao động với
-Phƣơng trình dao động của hai nguồn sóng: 1 2 2 cos cos u u A t A t T -Phƣơng trình sóng do nguồn S1 truyền cho M:
1 1M cos 2 (t d ) u A T -Phƣơng trình sóng do nguồn S2 truyền đến M: 2 2M cos 2 (t d ) u A T
-Độ lệch pha của hai dao động: 1 2 2 1 2 (d d )
-Công thức biên độ dao động tổng hợp tại M: 2 1 ( ) 2 cos 2 cos 2 M d d A A A
-Trả lời:Nếu hai dao động truyền đến M cùng pha thì điểm M dao động với biện độ cực đại. Các điểm có hiệu đƣờng đi đến hai nguồn sóng là số nguyên lần bƣớc sóng thì thỏa điều kiện nầy:
2 1
d d k
Với k = 0, 1, 2, 3...
-Nếu hai sóng tới ngƣợc pha thì biên độ dao động tổng hợp tại M bằng 0 do đó điểm M đứng yên không dao động. Các điểm có hiệu
2/ Thí nghiệm kiểm tra: SGK
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -32- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
biên độ thế nào? Những điểm M nào thỏa điều kiện này?
-Dùng khái niệm toán học cho HS nhận biết tập hợp của những điểm M thỏa điều kiện trên hợp thành một họ các đƣờng hypebol dao động với biên độ cực đại xen kẻ với họ hypebol đứng yên không dao động, hai họ hypebol nầy đều nhận S1 và S2 làm hai tiêu điểm. Trong đó các điểm nằm trên đƣờng trung trực của S1S2 cũng dao động với biên độ cực đại. -Cho HS quan sát hình 16.2 [6] và với phân tích trên để dự đoán hiện tƣợng bằng toán học về hình dạng của các đƣờng dao động với biên độ cực đại ( bằng đƣờng liền nét ) và các đƣờng đứng yên không dao động( bằng đƣờng đứt nét). -Yêu cầu HS dùng lý thuyết và kết hợp hình 16.2 để trả lời câu C2. [6] *Vấn đề 2:Làm thí nghiệm kiểm tra:
-Nếu có dụng cụ thì
đƣờng đi đến hai nguồn là một số bán nguyên lần bƣớc sóng thì thỏa điều kiện nầy:
2 1 1 ( ) 2 d d k Với k 0; 1; 2; 3;...
-Với khái niệm toán học và quan sát hình 16.2 [6] dự đoán về hiện tƣợng: trong vùng hai sóng nƣớc gặp nhau sẽ có những điểm dao động với biên độ cực đại xen kẻ với những điểm đứng yên không dao động. Tập hợp những điểm nầy tạo thành một họ hypebol dao động với biên độ cực đại(kể cảđƣờng trung trực của S1S2 ) xen kẻ với họ hypebol đứng yên không dao động và chúng nhận hai nguồn sóng làm hai tiêu điểm.
-Trả lời câu C2:
+Nếu hai gợn lồi hoặc hai gợn lõm gặp nhau thì điểm M dao động với biên độ cực đại.
+Nếu một gợn lồi gặp một gợn lõm thì điểm M đứng yên không dao động.
-Làm thí nghiệm kiểm tra
giao thoa:
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -33- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
hƣớng dẫn HS làm thí nghiệm kiểm tra hiện tƣợng trên theo nhƣ hình vẽ 16.3 [6]
-Sau khi có kết quả yêu cầu HS quan sát hiện tƣợng thực tế nhƣ hình 16.4 [6] để kiểm chứng lại các kết quả đã suy đoán bằng toán học ở trên.
-Yêu cầu HS trả lời câu C3. [6]
-Giới thiệu cho HS biết hai nguồn sóng gây ra hiện tƣợng giao thoa trên gọi là hai nguồn kết hợp. -Từ các kết quả trên yêu cầu HS nêu định nghĩa về hiện tƣợng giao thoa sóng nƣớc.
hiện tƣợng giao thoa theo sơ độ hình 16.3 theo hƣớng dẫn của GV.
-Quan sát kết quả hiện tƣợng thực tế theo hình 16.4 kiểm chứng lại các nhận xét kết quả dự đoán của toán học đã lập ở trên.
-Trả lời câu C3:
+Đƣờng lồi là đƣờng nối các điểm dao động với biên độ cực đại.
+Đƣờng lõm là đƣờng nối các điểm dao động với biên độ cực tiểu (các điểm đứng yên trên mặt nƣớc).
-Định nghĩa hiện tƣợng giao thoa sóng:………
HOẠT ĐỘNG 3: (8 phút) Điều kiện để có hiện tƣợng giao thoa – Ứng dụng của hiện tƣợng giao thoa.
- Mục tiêu: Phân tích thí nghiệm để tìm điều kiện để có hiện tƣợng giao thoa.
- Đặt vấn đề: Phân tích lại thí nghiệm trên tìm điều kiện để có hiện tƣợng giao thoa. Tìm
hiểu xem trong thực tế ngƣời ta dùng hiện tƣợng giao thoa để làm gì?
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung bài học -Yêu cầu HS phân tích lại
hiện tƣợng tìm điều kiện để có hiện tƣợng giao thoa.
-Yêu cầu HS cho biết thế nào là hai nguồn kết hợp. -Giới thiệu cho HS biết hiện tƣợng giao thoa là hiện tƣợng rất đặc trƣng của sóng. Giao thoa xảy ra với mọi quá trình sóng
-Tìm điều kiện để có hiện
tƣợng giao thoa:…….. -Hai nguồn kết hợp là hai nguồn sóng có …………. -Lắng nghe GV giới thiệu về tính đặc trƣng của hiện tƣợng giao thoa và nhận biết ứng dụng của hiện tựơng giao thoa.
II.Điều kiện để có hiện tƣợng giao thoa:
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -34- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
có bản chất khác nhau. Do đó nếu một quá trình nào đó có gây ra hiện tƣợng giao thoa thì quá trình đó có bản chất sóng. Nhận xét nầy dùng để khảo sát sóng ánh sáng. -Yêu cầu HS trả lời câu C4. [6]
-Trả lời câu C4:Anh chụp vân giao thoa ở một thời điểm có biên độ cực đại không liền nét mà cách quãng, cho nên khi chiếu ánh sáng thì thấy các vệt sáng cách quãng. Còn khi quan sát trực tiếp bằng mắt thƣờng trên mặt nƣớc, các điểm có biên độ cực đại di chuyển rất nhanh trên một đƣờng hypebol, nên ta có cảm giác nhƣ một đƣờng liền nét.
HOẠT ĐỘNG 4: (7 phút ) Sự nhiễu xạ của sóng. - Mục tiêu: Tìm hiểu về hiện tƣợng nhiễu xạ sóng.
- Đặt vấn đề: Ta tìm hiểu một hiện tƣợng khác của quá trình truyền sóng. Hiện tƣợng sóng truyền đi và gặp vật cản thì hiện tƣợng truyền sóng sẽ xảy ra nhƣ thế nào? Hiện tƣợng nầy gọi là hiện tƣợng nhiễu xạ của sóng.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung bài học -Yêu cầu HS quan sát thí
nghiệm hình 16.5 và nêu nhận xét về kết quả của quá trình truyền sóng. -Nhận xét câu trả lời của HS.
-Yêu cầu HS quan sát thí nghiệm hình 16.6 và nêu nhận xét về kết quả của quá trình truyền sóng. -Nhận xét câu trả lời của HS.
-Yêu cầu HS nêu định nghĩa về sự nhiễu xạ của sóng.
-Giới thiệu cho HS biết
-Quan sát kết quả thí
nghiệm hình 16.5 nêu nhận xét:khi màn chắn có khe rộng thì sóng khi truyền qua khe hơi bị lệch sang hai cạnh khe.
-Khi khe hở màn chắn có kích thƣớc nhỏ hơn bƣớc sóng thì khi sóng truyền qua khe sóng có dạng hình tròn giống nhƣ khe hẹp là nguồn phát sóng mới. -Nêu định nghĩa sự nhiễu xạ của sóng:………….. -Lắng nghe GV giới thì về tính chất đặc trƣng của sự
IV.Sự nhiễu xạ của sóng:
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -35- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn
hiện tƣợng nhiễu xạ của sóng cũng là một hiện tƣợng đặc trƣng của sóng.
nhiễu xạ sóng.
HOẠT ĐỘNG 5: (3 phút) Củng cố bài – Bài tập về nhà
Hoạt động của Giáo Viên Hoạt động của Học Sinh
-Yêu cầu HS về nhà làm các bài tập còn lại nếu hết giờ học và chuẩn bị cho bài học tiếp theo.
-Chọn đáp án đúng: A
-Chọn đáp án đúng: A
-Chọn đáp án đúng: B
GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ -36- SVTH: Đặng Nguyễn Hoàng Tuấn