Chương 3. THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG TN ẢO VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM YENKA TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ THPT
3.2. Các thí nghiệm về sóng cơ
3.2.1. Thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước a. Mô hình thí nghiệm
Hình 3.15: Mô hình TN về giao thoa sóng trên mặt nước.
b.Cách thiết lập
- Khởi động máy xong, bạn nháy đúp chuột biểu tượng của file Yenka trên Desktop để vào chương trình, sau khi vào chương trình bạn vào Science> Lighr&
Sound > New> Objects và chọn Waves, di chuyển con trỏ xuống để chọn tiếp vào biểu tượng 2D(mô tả sóng theo 2 chiều), bạn chọn môi trường truyền sóng là nước, chọn tiếp nguồn sóng và thiết đặt thông số của sóng rồi cho khởi động .
* Chú ý:
- Chọn một water wavespace làm mặt nước.
- Một Tray chứa hai nguồn dao động trên mặt nước. Kéo thả water wavespace nó sẽ là tâm phát sinh ra các sóng trên mặt nước.
- Một thanh hai khe hở slit để tạo hai nguồn kết hợp từ một nguồn.
c.Hướng dẫn sử dụng và kết quả đạt được
- Khởi động tại các vị trí thích hợp trên một đường thẳng chúng ta thu được dạng của sóng và đồ thị biểu diễn biên độ có dạng như hình bên. Qua thí nghiệm chúng ta thấy được sự lan truyền của sóng trên mặt nước, sự thay đổi của biên độ sóng theo khoảng cách tới nguồn sóng giảm theo dạng hàm số mũ.
- Dừng sóng làm sạch môi trường chọn tiếp nguồn sóng thứ hai và khởi động lại, chọn biểu diễn biên độ bằng đồ thị tại các vị trí thích hợp trên một đường thẳng.
Trong thí nghiệm này tôi chọn tại ba đường: một đường thẳng cắt hai nguồn, một đường tại vị trí gần hai nguồn và một đường ở xa hai nguồn sóng, ta thu được các hình ảnh giao thoa của sóng nước có dạng như hình bên.
Qua thí nghiệm chúng ta thấy được vị trí của những điểm dao động với biên độ cực đại, vị trí của những điểm dao động với biên độ cực tiểu trong môi trường. Trong vùng giao thoa giữa hai sóng những điểm dao động với biên độ cực đại và những điểm dao động với biên độ cực tiểu có thể vẽ ra các họ đường Hypebol như hình biểu diễn trong Sgk. Các điểm nằm trên đường thẳng nối hai nguồn sóng xen kẽ đều đặn, và chúng dao động ngược pha với nhau, dao động của các vị trí bụng sóng có biên độ gần như nhau.
- Quan sát hình ảnh giao thoa từ 2 nguồn kết hợp thì kéo 2 nguồn phát sóng Source vào Water wavespace, ấn nút để Play. Nếu sử dụng 1 nguồn qua 2 khe thì kéo thanh 2 khe Slit ra water wavespace rồi kéo nguồn phát sóng ra đặt đằng sau thanh 2 khe Slit. Cho Phay.
Hình 2.16: Hình ảnh về giao thoa từ 2 nguồn kết hợp.
*Kết quả
Hình 3.17: Kết quả về TN về giao thoa sóng trên mặt nước.
Học sinh quan sát được hiện tượng giao thoa trên mặt nước. Dùng đặt vấn đề cho hiện tượng giao thoa từ 2 nguồn kết hợp.
3.2.2. Thí nghiệm về nhiễu xạ sóng
- Cách thiết lập tương tự như giao thoa sóng trên mặt nước.
- Cách sử dụng và kết quả
Sau khi vào chương trình bạn vào Science> Lighr& Sound > New> Objects>
và chọn Waves, di chuyển con trỏ xuống để chọn tiếp vào biểu tượng 2D (mô tả sóng theo 2 chiều),bạn chọn tiếp môi trường truyền sóng là nước (water wavespace), chọn tiếp nguồn sóng và thiết đặt thông số của sóng, chọn màn chắn đơn (single Slit) và điều chỉnh kích thước màn thích hợp rồi cho khởi động sóng ta thu được hình ảnh nhiễu xạ của sóng nước, phía sau khe màn chắn có dạng như hình bên.
Dừng sóng làm sạch môi trường truyền, điều chỉnh hẹp lại khe màn chắn, chọn biểu diễn biên độ bằng đồ thị tại các vị trí trên một đường thẳng đi qua nguồn sóng và khởi động lại nguồn sóng ta thu được hình ảnh nhiễu xạ của sóng nước qua một khe hẹp gần giống như sóng được phát ra tại khe hẹp và biên độ rất nhỏ có dạng như hình bên.
Hình 3.18: Kết quả TN về nhiễu xạ sóng.
3.2.3. Thí nghiệm về sóng dừng
Khởi động máy xong, bạn nháy đúp chuột biểu tượng của file Yenka trên Desktop để vào chương trình, sau khi vào chương trình vào Science> Lighr& Sound>
New> Objects> và chọn Waves, chọn Waves, chọn tiếp biểu tượng 1D, bạn chọn tiếp các loại sóng không bị giới hạn, có sự thay đổi môi trường truyền, sóng có sự phản xạ trở lại tự do, sóng truyền đến từ hai phía theo chiều ngược nhau, sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi hai đầu cố định cố định và sóng truyền trên một sợi dây căng ngang khi kích thính giống như gãy đàn.
Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc bước sóng và biên độ sóng thay đổi, hai đầu tự do thì sóng luôn luôn có sóng dừng với bất kỳ khoảng cách nào, hai sóng truyền trong một môi trường dao động cùng pha thì sóng tổng hợp cũng cùng pha và biên độ bằng tổng các biên độ, hai đầu tự do sẽ xuất hiện sóng dừng khi khoảng cách hai đầu dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng, khi sợi dây rất căng thì khoảng cách hai đầu dây bằng một nửa bước sóng.
Các dạng sóng trên có thể thay đổi môi trường truyền và nguồn sóng dễ dàng bao gồm: sóng nước, sóng âm, sóng trên sợi dây đàn hồi và sóng điện từ với các bước sóng khác nhau.
Đồ thị 3.6: Đồ thị biểu diễn sóng dừng.