thức trong chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12
Tài liệu này chúng tôi soạn thảo theo cấu trúc thành 5 nội dung:
Nội dung 1: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ Nội dung 2: Giao thoa sóng
Nội dung 3: Sóng dừng
Nội dung 4: Các đặc trưng vật lí của âm Nội dung 5: Các đặc trưng sinh lí của âm
Ở mỗi nội dung, chúng tôi trình bày các vấn đề:
- Tên nội dung
- Mục tiêu học sinh cần đạt
- Bảng thiết kế nội dung tự học và hướng dẫn HS tự học - Các phiếu học tập theo các hình thức tự học khác nhau - Bài kiểm tra đánh giá sau khi kết thúc nội dung tự học
NỘI DUNG 1: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ A. Mục tiêu học sinh cần đạt
- Về kiến thức
+ Phát biểu được các định nghĩa về sóng cơ, sóng dọc, sóng ngang và nêu được ví dụ về sóng dọc, sóng ngang.
+ Nêu được cơ chế của quá trình truyền sóng và bản chất của dao động sóng. + Nêu được các đặc trưng của sóng như tốc độ truyền sóng, bước sóng, tần số sóng, chu kì, biên độ sóng và năng lượng sóng. Phát biểu được các định nghĩa về các đại lượng đó.
+ Nêu được tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc môi trường truyền sóng.
+ Viết được phương trình sóng tại một điểm khi biết phương trình sóng tại nguồn
+ Nêu được tính lưỡng tuần hoàn của sóng: Vừa tuần hoàn theo thời gian với chu kì T, vừa tuần hoàn theo không gian với bước sóng λ.
- Về kĩ năng
+ Tính được độ lệch pha giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng.
+ Tính được chu kì, tần số, tốc độ sóng trong một số bài toán sóng cơ đơn giản. + Viết được phương trình sóng tại một điểm khi biết phương trình sóng tại một điểm khác trên cùng phương truyền sóng.
+ Tự làm được thí nghiệm về sự truyền sóng cơ trên một sợi dây.
- Về thái độ
+ Có thái độ nghiêm túc, tích cực, tự giác trong quá trình tự học.
+ Học sinh hứng thú, say mê tìm kiếm kiến thức thông qua hoạt động tự học và thảo luận trong nhóm học tập.
B. Bảng thiết kế nội dung và hướng dẫn HS tự học
Bảng 2.1. Hướng dẫn tự học nội dung “Sóng cơ và sự truyền sóng cơ”
Các hình thức tự học Các nội dung tự học Hướng dẫn tự học Tài liệu HD Tài liệu HS cần đọc và tham khảo Tự học ở nhà trước bài học
KT1- Tìm hiểu hiện tượng sóng mặt nước: Nhận thức được quá trình truyền sóng không phải là quá trình truyền vật chất.
KT2- Tìm hiểu quá trình lan truyền của một sóng hình sin.
Phiếu học tập số 1 HD1- Đọc mục I.1 bài 7 ở trang 36 SGK vật lí 12; Tự làm thí nghiệm bằng một chậu nước và một cần rung đơn giản.
Tìm các đoạn video trên internet (các trang
hocmai.vn; thuvienviolet ; thuvienvatli.com.vn….) HD2- Đọc mục II.1 bài 7 ở trang 37 SGK vật lí 12 ;
KT3- Tìm hiểu các đại lượng đặc trưng của sóng: + Biên độ sóng + Chu kì (tần số) sóng + Bước sóng + Tốc độ truyền sóng + Năng lượng sóng KT4- Phân biệt sóng dọc, sóng ngang.
Tìm hiểu qua các đoạn video trên internet.
HD3- Đọc mục II.2 bài 7 ở trang 38 SGK vật lí 12.
HD4- Đọc mục I.3 và I.4 bài 7 ở trang 36, 37 SGK vật lí 12; Tự làm thí nghiệm đơn giản với một sợi lò xo.
Tự học trên lớp
KT5- Khắc sâu kiến thức thông qua thí nghiệm tạo sóng trên mặt nước và trên một sợi lò xo.
KT6 – Tìm hiểu cơ chế của sự truyền sóng và bản chất của dao động sóng
KT7 – Biết được tần số sóng là tần số dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua và bằng nhau đối với mọi phần tử.
KT8 – Chỉ ra được một số nguyên nhân làm biên độ sóng
Phiếu học tập số 2 HD5 - HS làm thí nghiệm và thu thập kết quả thí nghiệm để rút ra các kết luận khoa học. HD6 – Vận dụng kiến thức về “Cấu tạo chất” (Vật lí 10); “Dao động cưỡng bức” ( Vật lí 12) HD7– Xem lại tính chất của dao động cưỡng bức.
HD8– Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng.
giảm dần khi ra xa tâm dao động.
KT9 – Nắm được tốc độ truyền sóng cơ chỉ phụ thuộc tính chất của môi trường . KT10- Viết phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục Ox
KT11- Biết được sóng vừa có tính tuần hoàn theo thời gian vừa có tính tuần hoàn theo không gian.
KT12- Chuẩn lại kiến thức từ KT1 đến KT11 KT13- Tóm tắt nội dung chính của bài học. HD9- Đọc mục II.2 bài 7 ở trang 38 SGK vật lí 12. HD10- Xem lại cách lập phương trình dao động điều hoà ; Đọc mục III bài 7 ở trang 39 SGK vật lí 12.
HD11- Đọc mục III bài 7 ở trang 39 SGK vật lí 12 ; Vận dụng tính tuần hoàn
với chu kì 2π của hàm số
cosin.
HD12- Thảo luận theo
nhóm các nội dung đã chuẩn bị để chuẩn lại kiến thức dưới sự điều hành của GV
HD13 – Lập sơ đồ (bảng) nội dung kiến thức bài học.
Tự học ở nhà (ôn tập củng cố) KT14 - Vận dụng phương trình sóng xác định các đại lượng đặc trưng của sóng và độ lệch pha giữa hai điểm trên một phương truyền sóng. - Vận dụng sự phụ thuộc bản chất môi trường của tốc độ truyền sóng để xác định các vật thể có kích thước nhỏ.
Phiếu học tập
số 3
HD14- Nghiên cứu giải
các bài tập trong SGK và phiếu học tập số 3.
C. Các phiếu học tập cho các giai đoạn tự học của học sinh Phiếu học tập số 1.1
(Tài liệu hướng dẫn HS chuẩn bị bài)
Câu 1. Tạo sóng trên mặt nước bằng cách tác động một cần rung vào điểm O trên mặt nước trong chậu.(Có thể tìm trên mạng internet video thí nghiệm tạo sóng trên mặt nước và quan sát để tìm hiểu hiện tượng sóng mặt nước).
a.Mô tả hiện tượng quan sát được trên mặt nước?
TL………
b.Khi điểm O trên mặt nước được kích thích dao động, đặt một mẩu xốp tại điểm M trên mặt nước. Có thấy mẩu xốp bị đẩy ra xa điểm O không?
TL………
c.Quan sát thí nghiệm sóng mặt nước, cho biết sóng truyền đến những điểm M, N có đồng thời không nếu:
- M, N có cùng khoảng cách tới nguồn dao động O ? - M gần nguồn dao động O hơn N ?
TL………
d.Những gợn sóng tại những điểm càng xa nguồn dao động O có độ cao thay đổi như thế nào ?
TL……… e.So sánh khoảng cách giữa hai gợn sóng liền kề ?
TL………
f. Quan sát hiện tượng sóng mặt nước: Xác định phương dao động của các phần tử nước và phương truyền sóng?
TL……… Câu 2. Từ những quan sát trên có thể rút ra bản chất của quá trình sóng là gì ? TL………
Câu 3. Lấy một sợi lò xo dài và mềm làm thí nghiệm như sau: Thả một đầu lò xo tự do, đầu còn lại kích thích dao động sao cho các vòng lò xo dao động theo phương trùng với trục lò xo. Nhận xét phương dao động và phương truyền sóng ?
Phiếu học tập số 1.2
(Tài liệu hướng dẫn HS tự học trên lớp)
YC1: Các nhóm làm thí nghiệm sóng truyền trên mặt nước, sóng truyền dọc theo trục lò xo. (Hình 7.1; 7.2 trang 36, 37 SGK Vật lí 12) và thảo luận theo nhóm để thống nhất các câu trả lời cho các câu hỏi ở phiếu học tập số 1.
YC2: Thảo luận theo nhóm để trả lời các câu hỏi sau:
Câu 1. Tại sao dao động của phần tử O lại lan truyền đến các phần tử lân cận? Dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua là dao động gì?
TL………
Câu 2. So sánh chu kì (tần số) dao động sóng tại mọi điểm trong môi trường có sóng truyền qua?
TL………
Câu 3. Biên độ sóng thay đổi thế nào trong quá trình lan truyền? Nguyên nhân nào gây ra sự thay đổi đó?
TL………
Câu 4. Tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc yếu tố nào?
TL………
Câu 5. Viết phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục Ox?
TL………
Câu 6. Tại sao có thể nói sóng vừa có tính tuần hoàn theo thời gian vừa có tính tuần hoàn theo không gian ?
YC3: Tóm tắt nội dung chính của bài học vào bảng sau: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ
I. Sóng cơ
1. Định nghĩa:……… 2. Phân loại:
- Sóng ngang: ………
- Sóng dọc: ……….
II. Các đại lượng đặc trưng của sóng - Biên độ sóng: ………. - Chu kì (tần số) sóng: ……… - Bước sóng: ……….. - Tốc độ truyền sóng: ……… - Năng lượng sóng: ………
III. Phương trình sóng 1. Phương trình:... 2. Đặc tính lưỡng tuần hoàn của sóng:……….
Phiếu học tập số 1.3
(Tài liệu hướng dẫn HS tự củng cố, nâng cao kiến thức)
Bài 1.(Bài 7.6 Sách bài tập vật lí 12)
Với máy dò dùng siêu âm chỉ phát hiện được những vật có kích thước cỡ bước sóng của siêu âm. Siêu âm trong một máy dò có tần số 5MHz. Biết tốc độ siêu âm trong không khí là 340m/s và trong nước là 1500m/s. Với máy dò này có thể phát hiện được những vật có kích thước cỡ bao nhiêu mm trong hai trường hợp sau:
a.Vật ở trong không khí b.Vật ở trong nước.
Bài 2. Một sóng ngang truyền trên sợi dây đàn hồi rất dài có phương trình sóng tại nguồn là: u0 = 6cos(4t –/2). Trong đó u và x được tính bằng cm và t tính bằng giây. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là 2m/s.
a. Hãy xác định: Biên độ, tần số và bước sóng.
b. Lập phương trình sóng tại điểm M cách nguồn 25cm. Xác định li độ của điểm M tại thời điểm t = 1,5s.
Bài 3. Trong sự truyền sóng cơ, hai điểm M và N nằm trên một phương truyền sóng cách nhau một đoạn d. Xác định d để hai điểm có dao động
+ đồng pha. + ngược pha. + vuông pha.
D. Bài kiểm tra đánh giá sau khi học nội dung “Sóng cơ và sự truyền sóng cơ”. Bài kiểm tra 10 phút số 1.
Chọn phương án trả lời đúng cho các câu hỏi dưới đây?
Câu 1: Chọn câu đúng. Sóng cơ
A. là dao động cơ lan truyền trong một môi trường. B. là dao động cơ của mọi điểm trong môi trường. C. là một dạng chuyển động đặc biệt của môi trường.
D. là sự truyền chuyển động của các phần tử trong môi trường. Câu 2: Khi nói về sóng cơ, phát biểu nào dưới đây là sai?
A. Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phần tử vật chất nơi sóng truyền qua vuông góc với phương truyền sóng.
B. Khi sóng truyền đi, các phần tử vật chất nơi sóng truyền qua cùng truyền đi theo sóng.
C. Sóng cơ không truyền được trong chân không.
D. Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử vật chất nơi sóng truyền qua trùng với phương truyền sóng.
Câu 3. Hai điểm gần nhau nhất trên một phương truyền sóng và dao động cùng pha với nhau thì cách nhau một đoạn bằng
A. một bước sóng B. nửa bước sóng
C. hai lần bước sóng D. một phần tư bước sóng
Câu 4. Một sóng cơ lan truyền trên một đường thẳng từ điểm O đến điểm M cách O một đoạn d. Biết tần số f, bước sóng và biên độ a của sóng không đổi trong quá trình sóng truyền. Nếu phương trình dao động của phần tử vật chất tại điểm M có dạng uM(t) = acos(2ft) thì phương trình dao động của phần tử vật chất tại O là
A. 0 d u (t) = acos2π(ft - ) λ B. 0 d u (t) = acos2π(ft + ) λ C.u (t) = acosπ(ft - )0 d λ D. 0 d u (t) = acosπ(ft + ) λ
Câu 5. Một sóng lan truyền trong một môi trường với tốc độ là 200 m/s và bước sóng bằng 4 m. Chu kỳ dao động của sóng là
A. 0,02 (s). B. 50 (s). C. 1,25 (s). D. 0,2 (s).
Câu 6. Một sóng cơ lan truyền với tốc độ 500 m/s. Hai điểm gần nhau nhất trên
phương truyền sóng dao động lệch pha π/2 cách nhau 1,54 m thì tần số của sóng đó là
A. 80 Hz. B. 810 Hz. C. 81,2 Hz. D. 812 Hz. Câu 7. Một người quan sát thấy một cánh hoa trên hồ nước nhô lên 10 lần trong khoảng thời gian 36 (s). Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kế tiếp là 12 m. Tốc độ truyền sóng trên mặt hồ là
A. 3 m/s. B. 3,2 m/s. C. 4 m/s. D. 5 m/s. Câu 8. Sóng truyền với tốc độ 5m/s giữa hai điểm O và M nằm trên cùng một phương truyền sóng. Biết phương trình sóng tại O là uO= acos(5πt - π/6) (cm) và tại M là: uM= acos(5πt + π/3) (cm). Xác định chiều truyền sóng và khoảng cách OM?
A. từ O đến M, OM = 0,25m. B. từ O đến M, OM = 0,5m. C. từ M đến O, OM =0,5m . D. từ M đến O, OM = 0,25m. Câu 9. Một sóng cơ học truyền dọc theo trục Ox có phương trình u = 28cos(2000t – 20x) cm, trong đó x là toạ độ được tính bằng mét, t là thời gian được tính bằng giây. Tốc độ truyền sóng có giá trị là
A. 334 m/s. B. 100 m/s. C. 314 m/s. D. 331 m/s. Câu 10. Người ta gây một dao động ở đầu O một dây cao su căng thẳng tạo nên một dao động theo phương vuông góc với vị trí bình thường của dây, với biên độ là 3 cm và chu kỳ là 1,8 (s). Sau 3 giây chuyển động truyền được 15m dọc theo dây. Bước sóng của sóng truyền trên dây là
NỘI DUNG 2: GIAO THOA SÓNG A. Mục tiêu học sinh cần đạt
Về kiến thức
- Mô tả được hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước và nêu được các điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng.
- Nêu được khái niệm nguồn kết hợp, sóng kết hợp. - Hiểu được thí nghiệm giao thoa với sóng nước.
- Nêu được công thức xác định vị trí các cực đại và cực tiểu giao thoa trong trường hợp giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn đồng pha.
- Nêu được giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của quá trình sóng. Về kĩ năng
- Giải thích được sự tạo thành vân giao thoa.
- Xác lập được phương trình giao thoa sóng tại một điểm trong trường hợp các nguồn kết hợp đồng pha.
- Xây dựng được công thức xác định vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa trong trường hợp hai nguồn kết hợp đồng pha.
- Tính được biên độ dao động của một điểm trong miền giao thoa. - Làm được thí nghiệm về giao thoa sóng nước.
- Giải được các bài toán đơn giản về hiện tượng giao thoa: Tính chu kì, tần số, tốc độ sóng; tính số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trên đoạn nối hai nguồn...
- Xây dựng được công thức xác định vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa trong trường hợp hai nguồn kết hợp ngược pha.
- Vận dụng tính đặc trưng của hiện tượng giao thoa sóng để nhận biết một quá trình sóng.
Về thái độ
- Có thái độ nghiêm túc, tích cực, tự giác trong quá trình tự học.
- Học sinh hứng thú, say mê tìm kiếm kiến thức thông qua hoạt động tự học và thảo luận trong nhóm học tập.
B. Bảng thiết kế nội dung và hướng dẫn HS tự học
Bảng 2.2. Hướng dẫn tự học nội dung “Giao thoa sóng”
Các hình thức tự học Các nội dung tự học Hướng dẫn tự học Tài liệu HD Tài liệu HS cần đọc và tham khảo Tự học ở nhà trước bài học
KT1- Tìm hiểu hiện tượng giao thoa sóng mặt nước.
KT2- Nghiên cứu hình vẽ đơn giản mô tả hiện tượng giao thoa sóng mặt nước.
KT3- Nghiên cứu cách giải thích định tính hiện tượng giao thoa.
KT4- Tìm hiểu điều kiện xảy ra giao thoa sóng.
KT5- Tìm hiểu ý nghĩa của hiện tượng giao thoa.
Phiếu học tập số 1 HD1- Đọc mục I.1 bài 8 ở trang 41 SGK vật lí 12; Tìm các đoạn video về hiện tượng giao thoa sóng nước trên internet (các trang hocmai.vn ;