2.3.3.1. Mục đích
Khảo sát sự phản xạ của sóng nước tại vật cản phẳng. Khảo sát sự phản xạ của sóng cầu tại vật cản phẳng. So sánh hướng lan truyền của sóng tới và sóng phản xạ.
2.3.3.2. Cơ sở lí thuyết
Sóng nước lan truyền gặp vật cản sẽ bị phản xạ trở lại. Sự phản xạ của sóng nước tại vật cản phẳng tương tự như sự phản xạ của sóng ánh sáng tại gương phẳng. Như vậy sóng tới và sóng phản xạ cũng tuân theo định luật phản xạ: góc tới bằng góc phản xạ.
Khi rào chắn khúc xạ và mặt đầu sóng thẳng được đặt song song với nhau thì khi đó tạo ra hiện tượng sóng dừng.
Khi sóng cầu bị phản xạ, các sóng bị phản xạ cũng trở nên đồng tâm. Mỗi một tia sóng bị phản xạ trở lại tấm rào chắn tương ứng với định luật phản xạ, tâm điểm của sóng cầu bị phản xạ trong điểm đối xứng qua gương của bộ kích thích.
Hình minh họa 2-3. Phản xạ của sóng tại vật cản phẳng 2.3.3.3. Tiến hành 2.3.3.3.1. Thiết bị Bộ thí nghiệm sóng nước. Tấm chắn phản xạ. Nước xà phòng. 2.3.3.3.2. Lắp đặt
Lắp đặt dụng cụ như phần hướng dẫn chung.
Lắp bộ kích thích sóng phẳng và bộ kích thích tạo sóng cầu, đặt tấm chắn sao cho tấm chắn hợp với mặt đầu sóng một góc 45P 0 P . 2.3.3.3.3. Thực hiện Sự phản xạ của sóng phẳng Nối bộ kích thích sóng phẳng.
Đặt trên đường truyền của sóng tấm chắn phẳng sao cho mặt đầu sóng hợp với tấm chắn một góc 45P
0
P
.
Nếu cần thiết có thể vặn ốc chỉnh hướng hộp đèn sao cho tia sáng được chiếu hoàn toàn đến tấm thủy tinh dưới bể tạo sóng.
Có thể thay đổi độ ngập nước trong bể tạo sóng.
Bật tần số kích thích 25 Hz và tăng từ từ biên độ kích thích đến khi quan sát được mặt đầu sóng.
So sánh hướng lan truyền của sóng tới và sóng phản xạ.
Vẽ trục tia tới và tia khúc xạ.
Lặp lại thí nghiệm với tần số kích thích 25 Hz, 30 Hz, 35 Hz, 40 Hz
Để quan sát hình ảnh sóng dừng, bật qua nút điều chỉnh đồng bộ ở máy phát tần số, tinh chỉnh kích thích và tần số máy đến khi hình ảnh sóng dừng xuất hiện.
Phản xạ của sóng cầu
Thay bộ kích thích sóng phẳng bằng bộ kích thích dạng điểm và làm tương tự như phản xạ của sóng phẳng.
Chỉnh bộ kích thích trước rào chắn khoảng 4 cm.
Điều chỉnh biên độ để có thể thấy rõ mặt đầu sóng phản xạ. Có thể thay đổi độ ngập nước trong bể tạo sóng.
2.3.3.4. Kết quả
Sự phản xạ của sóng thẳng
Bề mặt sóng tới hợp với phương pháp tuyến của vật cản phản xạ một góc 45P
0 P và sóng phản xạ hợp với mặt đầu sóng một góc 90P 0 P .
Sóng phẳng phản xạ tại tấm chắn, bản thân cũng là sóng phẳng có bước sóng không đổi. Góc của sóng tới hợp với pháp tuyến của tấm chắn bằng góc sóng phản xạ hợp với pháp tuyến đó hay nói cách khác góc phản xạ chính bằng góc tới.
Hình 2-10. Phản xạ của sóng phẳng tại vật cản phẳng ở tần số 35 Hz
Sự phản xạ của sóng cầu.
Sóng cầu phản xạ cũng dạng sóng cầu. Tâm điểm của sóng cầu phản xạ ở điểm phản chiếu qua gương kích thích.
Hình2-12. Phản xạ của sóng cầu tại vật cản phẳng ở tần số kích thích 35 Hz
2.3.4. Khúc xạ sóng nước ở vật cản cầu
2.3.4.1. Mục đích
Khảo sát sóng phẳng với vật cản cầu. Khảo sát sóng phẳng với vật cản lõm.
2.3.4.2. Cơ sở lí thuyết
Sóng nước bị khúc xạ khi gặp vật cản. Sóng phẳng khúc xạ khi gặp vật cản cong thì sóng song song ban đầu sẽ bị sẽ di chuyển hội tụ hay phân kì tùy thuộc vào độ cong của vật cản. Khi đó, mỗi sóng sẽ được khúc xạ tại phần phẳng ảo của vật cản theo định luật khúc xạ (góc tới bằng góc phản xạ).
Trong quang học, ta có thể coi vật cản cong như thiết bị khúc xạ lồi và lõm. Trong quá trình khúc xạ tại những “gương” này, ta có thể quan sát thấy sự hội tụ tại tiêu điểm cũng như phân tán từ tiêu điểm.
Để có thể quan sát hiện tượng khúc xạ, ta tạo sóng phẳng trong bể tạo sóng. Bằng các thiết bị khúc xạ, ta có thể cho các vật chìm vào và dùng mặt cắt ngang của thấu kính 2 mặt lồi và thấu kính 2 mặt lõm như thiết bị khúc xạ.
Hình minh họa 2-4. Khúc xạ sóng nước qua vật cản lồi
Hình minh họa 2-5. Khúc xạ sóng nước qua vật cản lõm
2.3.4.3. Tiến hành
2.3.4.3.1. Thiết bị
Bộ thí nghiệm sóng nước Bộ kích thích sóng phẳng
Thấu kính 2 mặt lồi, thấu kính 2 mặt lõm Nước xà phòng
2.3.4.3.2. Lắp đặt
Lắp đặt dụng cụ như phần hướng dẫn chung.
Đặt thấu kính nhựa vào giữa bể tạo sóng và đổ nước vào bể sao cho thấu kính ngập trong nước khoảng 5 mm.
Nối bộ kích thích sóng phẳng vào cần rung sao cho cách thấu kính khoảng 5 cm.
2.3.4.3.3. Thực hiện
Khúc xạ sóng phẳng qua gương lồi
Nếu cần thiết có thể vặn ốc chỉnh hướng hộp đèn sao cho tia sáng được chiếu hoàn toàn đến tấm thủy tinh dưới bể tạo sóng.
Bật tần số 20 – 30 Hz và điều chỉnh biên độ kích thích cho đến khi quan sát được mặt đầu sóng.
Có thể thay đổi mực nước trong bể tạo sóng. Quan sát hình dạng mặt đầu sóng được khúc xạ.
Để quan sát hình ảnh sóng dừng, bật qua nút điều chỉnh đồng bộ ở máy phát tần số, tinh chỉnh kích thích và tần số máy đến khi hình ảnh sóng dừng xuất hiện.
Vẽ phác họa hình ảnh sóng tới và sóng dừng trên tấm bản trong.
Khúc xạ sóng phẳng qua gương lõm
Thay thấu kính 2 mặt lồi bằng thấu kính 2 mặt lõm. Để một mặt lõm của thấu kính song song với bộ kích thích.
Nếu cần thiết có thể vặn ốc chỉnh hướng hộp đèn sao cho tia sáng được chiếu hoàn toàn đến tấm thủy tinh dưới bể tạo sóng.
Bật tần số kích thích ở 20 - 30 Hz, từ từ tăng biên độ kích thích cho đến khi quan sát được mặt đầu sóng.
Có thể thay đổi mực nước trong bể tạo sóng. Quan sát hình ảnh mặt đầu sóng được khúc xạ.
Để quan sát hình ảnh sóng dừng, bật qua nút điều chỉnh đồng bộ ở máy phát tần số, tinh chỉnh kích thích và tần số hoạt nghiệm đến khi hình ảnh sóng dừng xuất hiện.
Vẽ phác họa lại hình ảnh sóng tới và sóng khúc xạ trên tấm bản trong. Đánh dấu lại điểm hội tụ của sóng khúc xạ hội tụ tròn.
2.3.4.4. Kết quả
Khúc xạ sóng phẳng qua “gương” lồi
Hình 2-13. Sóng khúc xạ sau thấu kính 2 mặt lồi
Thấu kính nhựa 2 mặt lồi tạo khúc xạ sóng tới như sóng tròn. Sóng tròn khúc xạ hội tụ phía sau thấu kính.
Khúc xạ sóng phẳng qua “gương” lõm
Hình 2-14. Sóng khúc xạ sau thấu kính 2 mặt lõm
Thấu kính nhựa 2 mặt lõm tại khúc xạ sóng tới như sóng tròn. Sóng khúc xạ phân kỳ phía sau thấu kính.