Thí nghiệm 1:Quan sát sự xuất hiện sóng dừng trên dây bằng cách giữ nguyên chiều dài, thay đổi tần số.
− Lắp 2 thanh dọc vào 2 chân đế.
− Lắp thanh ngang dưới vào 2 chân đế để giúp bộ thí nghiệm chắc chắn.
− Thanh ngang trên lắp vào 2 thanh dọc.
− Nguồn tạo rung lắp trên 1 thanh dọc.
− Ròng rọc được gắn vào thanh ngang trên.
− Buộc 1 đầu sợi dây vào cần rung của máy tạo rung, đầu kia vắt qua ròng rọc và treo vào đó 1 quả nặng.
− Để màn chắn sáng phía sau thiết bị.
− Nam châm được gắn vào thanh gỗ treo trên thanh ngang.
− Cho nguồn điện xoay chiều 3V vào bộ tạo rung. Quan sát sợi dây.
Hình 2.9: Bộ thí nghiệm đo sóng dừng trên dây.
Thanh ngang dưới. (5) Màn chắn sáng. (9) Miếng định vị. Chân đế. (6) Thanh ngang trên. (10) Nguồn tạo rung. Thanh dọc. (7) Ròng rọc. (11) Máy phát tần số Quả nặng. (8) Dây cao su.
(2) (3) (9) (7) (6) (11) (10) (5) (1) (8) (4)
− Để màn chắn sáng phía sau thiết bị.
Lưu ý: Trong quá trình lắp ráp thiết bị thí nghiệm, cần chú ý lắp các chi
tiết của bộ thí nghiệm cho chắc chắn, không lệch lạc nếu không sẽ dẫn đến kết quả của thí nghiệm không được chính xác.
b. Tiến trình thí nghiệm.
− Bước 1: Lắp đặt thiết bị như hình 2.9.
− Bước 2: Giữ nguyên chiều dài, điều chỉnh tần số ở máy phát chức năng, bắt đầu từ vùng tần số thấp, tăng dần tần số f và tìm ra các giá trị tần số làm xuất hiện sóng dừng.
− Bước 3: Quan sát sự xuất hiện sóng dừng trên dây.
Lưu ý:
− Phải xác định rõ khi nào trên sợi dây xuất hiện sóng dừng
− Không nên để sợi dây quá ngắn hoặc quá dài vì sẽ khó quan sát sóng dừng.
c. Áp dụng.
− Thí nghiệm này giúp học sinh quan sát trực tiếp hiện tượng sóng dừng trên dây. Cụ thể trong bài 15: Phản xạ sóng. Sóng dừng (SGK Vật lý 12 nâng cao, trang 79).
Thí nghiệm 2: Khảo sát điều kiện có sóng dừng trên dây. a. Bố trí thí nghiệm.
− Bố trí thí nghiệm như ở thí nghiệm 1.
b. Tiến hành thí nghiệm.
− Bước 1: Nối máy phát tần số với bộ tạo rung, điều chỉnh tín hiệu xoay chiều hình sin có hiệu điện thế 3V, tần số thay đổi trong khoảng từ 0 đến 100Hz.
− Bước 2: Quan sát hình ảnh sóng trên sợi dây (hình 2.10).
c. Kết quả thí nghiệm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 2.1: Bảng số liệu khảo sát sóng dừng trên dây. (l l= 1 =50cm)
Lần TN Tần số f (Hz) Số bụng k Bước sóng λ (m) k 2 λ a l k 2 λ = 1 41,2 3 0,331 0,4965 1,00705 2 53 4 0,251 0.502 0,99602 3 68 5 0,2 0,5 1 d. Xử lí số liệu. Tính tỉ số a kl 2 λ
= , sau đó vẽ đồ thị của a theo tần số f (hình 2.11). e. Nhận xét
Nhìn vào đồ thị ta thấy giá trị của a ứng với đồ thị hàm số
4
1,014 2,39.10
y = x− −
Bỏ qua các đại lượng nhỏ và sử dụng phương pháp gần đúng, ta được đồ
thị tương đương là: y x≈ . Như vậy khi tần số f thay đổi, đại lượng a l 1
k 2
λ ≈
= ,
ta có thể chứng minh được công thức
2
l k= λ .
f. Áp dụng
Thí nghiệm này áp dụng vào phần kiến thức của bài 15: Phản xạ sóng. Sóng dừng (SGK Vật lý 12 nâng cao, trang 79).
Thí nghiệm 3: Khảo sát sự phụ thuộc sóng dừng trên dây vào lực căng T bằng cách thay đổi quả nặng và tần số f.
a. Bố trí thí nghiệm.
Bố trí thí nghiệm như thí nghiệm 1. b. Tiến hành thí nghiệm .
− Bước 1: Giữ nguyên chiều dài dây, điều chỉnh tần số ở máy phát chức năng, bắt đầu từ vùng tần số thấp, tăng dần tần số f và tìm ra các giá trị tần số làm xuất hiện 3, 4, 5 bụng sóng.
− Bước 2: Thay đổi khối lượng quả nặng, sao cho trên dây lại xuất hiện sóng dừng lần nữa.
− Bước 3: Đọc và ghi kết quả tương ứng vào bảng 2.2. 40 45 50 55 60 65 70 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 y = 1.014x -2.39.10-4 E
Linear Fit of Data1_E
a
Tần số
c. Kết quả thí nghiệm
Bảng 2.2: Bảng ghi kết quả khảo sát sự phụ thuộc sóng dừng trên dây vào lực căng T. Lần TN Tần số f không đổi (Hz) Quả nặng m = 20 (g) Thêm quả nặng m (g) Số bụng lúc sau 1 42,1 k = 3 30 k = 2 2 55,6 k = 4 20 k = 3 3 73,6 k = 5 40 k = 3
d. Giải thích kết quả thí nghiệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi thay đổi lực căng của sợi dây bằng cách thay đổi khối lượng quả nặng, hình dạng sóng dừng trên dây thay đổi. Cùng trên một sợi dây, lực căng càng lớn thì số bụng và nút sóng càng nhiều.
Từ công thức: v F
µ
= , khi F thay đổi thì v thay đổi => bước sóng thay đổi do ở thí nghiệm này chúng ta giữ nguyên tần số. Mà điều kiện để có sóng dừng trên dây là: l k
2
λ
= nên số bụng sóng cũng phải thay đổi theo ( l cố định)
Thí nghiệm 4: Khảo sát vận tốc truyền sóng trong môi trường khác nhau.
Với thí nghiệm này chúng ta sẽ khảo sát vận tốc truyền sóng bằng dây đàn hồi và dây đồng.
a. Đối dây đàn hồi:
− Bố trí và tiến hành thí nghiệm như đối với thí nghiệm 2.
− Lấy lại kết quả thí nghiệm 2 ta được bảng 2.3. b. Đối với sợi dây đồng:
• Bố trí thí nghiệm.
− Lắp hai thanh dọc vào hai chân đế.
− Lắp thanh ngang dưới vào hai chân đế.
− Thanh ngang trên lắp vào hai thanh dọc.
− Nguồn tạo rung lắp trên một thanh dọc.
− Nam châm và miếng định vị được lắp vào thanh ngang trên.
− Để màn chắn phía sau thiết bị
• Tiến hành thí nghiệm.
− Bước 1: Nối 2 đầu dây đồng với máy phát tần số, điều chỉnh tín hiệu xoay chiều hình sin với tần số thay đổi trong khoảng từ 0Hz đến 100Hz.
− Bước 3: Khi xuất hiện sóng dừng trên dây, ghi lại các tần số tương ứng.
− Bước 4: Đo khoảng cách giữa 2 nút sóng liền và tính bước sóng λ. − Bước 5: Ghi số liệu tương ứng vào bảng 2.4.
c. Kết quả thí nghiệm:
Bảng 2.3: Bảng ghi số liệu khảo sát vận tốc truyền sóng đối với dây đàn hồi.
Lần TN Tần số f (Hz) Bước sóng λ (cm) Vận tốc v= λ.f (m/s)
1 41,2 33,1 13,6
2 53 25,1 13,3
3 68 20 13,6
Bảng 2.4: Bảng ghi số liệu khảo sát vận tốc truyền sóng đối với dây đồng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lần TN Tần số f (Hz) Bước sóng λ (m) Vận tốc v= λ.f (m/s)
1 31,7 1,2 38,04
2 63,4 1,2 38,04
3 96,4 0,79 38,07
d. Xử lí số liệu
Thực hiện vẽ đồ thị hàm số của vận tốc truyền sóng theo tần số đối với dây đồng và dây đàn hồi (hình 2.13).
e. Nhận xét
Nhìn vào đồ thị ta thấy, vận tốc truyền sóng của dây đàn hồi (hoặc dây đồng) ở những giá trị tần số khác nhau thì xấp xỉ bằng nhau. Vận tốc truyền sóng đối với những môi trường khác nhau sẽ khác nhau.
Thí nghiệm 5: Khảo sát sự phụ thuộc số bụng sóng vào chiều dài dây.
a. Bố trí thí nghiệm như ở thí nghiệm 1. b. Tiến hành thí nghiệm.
− Bước 1: Tăng dần tần số từ 0Hz đến vùng tần số cao hơn để trên dây xuất hiện sóng dừng.
− Bước 2: Giữ nguyên tần số f, thay đổi chiều dài bằng cách di chuyển ròng rọc trên thanh ngang, sau đó quan sát sợi dây sao cho trên nó xuất hiện sóng dừng lần nữa.
− Bước 3: Quan sát sự xuất hiện sóng dừng trên dây như hình 2.14.
− Bước 4: Đo và ghi lại kết quả bước sóng vào bảng dưới đây. 30 40 50 60 70 80 90 100 5 10 15 20 25 30 35 40 V an to c tr uy en s on g (m /s ) Tan so (Hz) % Day dong % Day dan hoi
Bảng 2.5: Bảng số liệu thể hiện sự phụ thuộc của số bụng sóng vào chiều dài sợi dây.
Lần TN Tần số f (Hz) Chiều dài dây l (cm)Lúc đầu Lúc sau Lúc đầuSố bụng sóng kLúc sau
1 41,2 50 75 3 4
2 30 35 70 1 2
3 45 28 56 1 2
c. Giải thích kết quả thí nghiệm
Khi ta giữ nguyên tần số f, giữ nguyên khối lượng quả nặng và thay đổi chiều dài dây sao cho chiều dài dây lúc sau bằng một số nguyên lần nửa bước sóng thì trên dây vẫn xuất hiện sóng dừng.