I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT
Đọc SGK Vật lý 12 Chuẩn bài 9 và SGK Vật lý 12 NC bài 15 để trả lời các câu hỏi sau:
1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học?
2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học?
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Khảo sát về hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên dây, trên lị xo. - Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng trên dây.
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Lị xo mềm
2. Dây đàn hồi (dài 1000 mm) 3. Lực kế 5 N
4. Bộ ròng rọc 5. Bộ rung
6. Giá thí nghiệm 7. Tấm chỉ vạch 8. Hộp gỗ
9. Máy phát âm tần (dùng chung) 10. Đế 3 chân (dùng chung)
11. Dây nối (dùng chung)
* Hiện tượng cộng hưởng sóng dừng
Khi tạo thành sóng dừng, tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng:
2
k
y= (k = 1, 2, 3…), sóng tới và sóng phản xạ ngược pha, tạo ra các điểm đứng yên, gọi là các nút sóng.
Tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng:
4 ) 1 2 ( + = k y , sóng tới
và sóng phản xạ cùng pha, tạo ra các điểm có biên độ cực đại gọi là các bụng sóng. Chiều dài dây (khoảng các từ điểm đứng yên đến nguồn) thỏa mãn điều kiện:
2
k
l= , sợi dây dao động ổn định, các nút và bụng hoàn toàn xác định, các bụng sóng có biên độ lớn hơn nhiều so với 2a; đó là hiện tượng cộng hưởng sóng dừng. Cơng thức
2
k
l= xác định điều kiện cộng hưởng sóng dừng trên dây có hai đầu cố định. Đo khoảng cách d giữa 2 nút, ta xác định được bước sóng của sóng truyền:
= 2d (3.15.1)
Khi đó, vận tốc truyền sóng v trên dây là: v = .f (3.15.2)
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm với sóng ngang
- Lắp giá thí nghiệm vào chân đế, di chuyển thanh ngang lên gần đỉnh của giá. - Treo lực kế vào dây, móc dây đàn hồi vào lực kế. Gắn bộ rung vào khớp nối bên dưới sao cho cần rung vng góc với dây.
- Cắm chốt cắm thứ nhất trên dây đàn hồi vào thanh ngang, chốt cắm thứ 2 vào tâm của bộ rung.
- Cấp điện khoảng 3V cho bộ rung từ máy phát tần số. Đặt máy phát tần số ở dải
Hình 3.15.1. Thí nghiệm sóng dừng 3 2 4 5 6 7 1
10 - 100Hz.
a) Giữ cố định tần số f = 30Hz, lực căng sợi dây là F = 1N. Dịch chuyển con trượt xuống dưới để điều chỉnh khoảng cách l tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng.
- Dùng tấm chỉ vạch đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp, ghi giá trị d và l ứng với f = 30 Hz và F = 1N vào bảng 1.
b) Giữ cố định tần số f = 50 Hz và khoảng cách l = 60 cm. Vặn vít điều chỉnh giá lực căng F của sợi dây (thông qua số chỉ lực kế) cho tới khi
xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và F ứng với f = 50 Hz và l = 65cm vào bảng 1.
c) Giữ cố định tần số F = 2,0 N và khoảng cách l = 60 cm. Thay đổi tần số máy
phát để điều chỉnh tần số tới giá trị f xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và f ứng với F = 2,0 N và l = 60 cm vào bảng sau:
Phép đo f = 30 Hz, F = 1,0 N f = 50 Hz, l = 65 cm F = 2,0 N, l = 60 cm l = … (m) F = …..(N) f = …..(Hz) d (m) (m) v (m/s) F v2
d) Tính bước sóng và tốc độ truyền sóng v trên dây theo các công thức (3.15.1), (3.15.2).
e) Tính so sánh giá trị các tỉ số với mỗi phép đo để kết luận về quan hệ phụ
thuộc của tốc độ truyền sóng v trên dây vào lực căng F.
4.2. Thí nghiệm với sóng dọc (lò xo)
- Xoay bộ rung để cần rung cùng phương với lị xo.
- Móc lị xo vào thanh ngang, đầu cịn lại móc vào cần rung. Điều chỉnh đế ba chân để giá đỡ thẳng đứng.
- Vặn nút thang đo trên máy phát tần số ở dải 10 - 100 Hz. Điều chỉnh để f = 30 Hz.
- Điều chỉnh núm biên độ vừa đủ để quan sát thấy các vòng lò xo dao động dọc theo phương thẳng đứng.
- Nhấn nút TĂNG hoặc GIẢM trên máy phát tần số để điều chỉnh tần số f cho tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên lị xo với 1, 2, 3…bụng sóng (vị trí tại đó các vịng lị xo giãn xa nhau nhất) có biên độ lớn nhất và ổn định. Quan sát số nút và bụng sóng này.
V. BÀI TẬP
1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành cơng?
2. Vai trị của thí nghiệm trong mỗi bài học? Bản chất của hiện tượng sóng dừng là gì? Tại sao biên độ sóng dừng lại rất lớn so với biên độ sóng tới?
3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm:
- Mục II, 1 –Sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định (Bài 9 - SGKVL 12 Chuẩn).
- Mục 2 - Sóng dừng (Bài 9 - SGKVL 12 NC).