Giáo án điện tử Vật lí 11 cánh diều Chủ đề 2 Bài 4: Sóng dừng

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

Một sợi dây đàn hồi có một đầu cố định. Làm cho đầu tự do của dây dao động thì có những lúc ta thấy trên dây xuất hiện những điểm đứng yên.

Những điểm đứng yên này có giống với những điểm đứng yên trong hiện tượng giao thoa của sóng nước không? Vì sao dao động tại những điểm đó lại triệt tiêu nếu chỉ nhận sóng từ đầu dao động truyền đến?

BÀI 4: SÓNG DỪNG

NỘI DUNG BÀI HỌC

1. Hiện tượng sóng dừng trên sợi dây
2. Đo tốc độ truyền âm
3. Giải thích sự tạo thành sóng dừng
4. Hiện tượng sóng dừng trên sợi dây

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Sóng dừng là gì?

Nút sóng và bụng sóng là gì?

Sóng dừng: Hiện tượng xuất hiện các điểm đứng yên ở những vị trí xác định khi đang có sóng lan truyền như trên được gọi là hiện tượng sóng dừng.

Nút sóng và bụng sóng: Khi có sóng dừng, sẽ có các điểm đứng yên xen kẽ với những điểm dao động với biên độ lớn. Những điểm đứng yên được gọi là nút sóng, những điểm dao động với biên độ lớn nhất được gọi là bụng sóng.

Dụng cụ: dây đàn hồi, máy phát dao động, cần rung, giá đỡ và kẹp.

Tiến hành:

• Bước 1: Đầu B được kẹp cố định, đầu A nối với cần rung để tạo dao động có tần số của máy phát (hình 4.2)
• Bước 2: Bật công tắc máy phát dao động, điều chỉnh để tần số máy phát ra là nhỏ nhất.
• Bước 3: Tăng dần tần số dao động ở máy phát sao cho thấy được 1 điểm đứng yên trên dây (không kể hai đầu dây).
• Bước 4: Điều chỉnh tăng tần số ở máy phát để lần lượt quan sát được 2, 3, 4 bụng sóng trên dây.

Câu hỏi 1 (SGK – tr55)

Tiến hành thí nghiệm tạo sóng dừng trên dây và lập bảng ghi kết quả vào vở như mẫu Bảng 4.1.

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm sóng dừng trên dây

Nhận xét về mối liên hệ giữa tần số sóng trên dây và số bụng sóng quan sát được.

Trả lời Câu hỏi 1 (SGK – tr55)

• Chiều dài L của dây (hai đầu cố định) và số k bụng sóng quan sát được trên dây có mối liên hệ là: .
• Như vậy, nếu coi tốc độ truyền sóng v trên dây không đổi thì tần số của sóng trên dây càng lớn, số bụng sóng có thể quan sát được càng nhiều.

2. GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH SÓNG DỪNG

Quan sát hình ảnh và trả lời câu hỏi sau

• Hãy nêu đặc điểm sóng tới và sóng phản xạ trên lò xo trên.
• Sóng dừng được tạo thành khi nào?
• Tìm hiểu và giải thích sự tạo thành sóng dừng.

Câu hỏi 2 (SGK – tr56)

Hãy chỉ ra vị trí các nút sóng trên Hình 4.4. Xác định khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp.

Câu hỏi 3 (SGK – tr56)

Hãy chỉ ra vị trí các bụng sóng trên Hình 4.4. So sánh biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng với biên độ của sóng tới.

Câu hỏi 4 (SGK – tr56)

Có thể nói sóng dừng trên dây là hiện tượng giao thoa sóng được không? Nếu có thì đây là giao thoa của những sóng nào?

*Trả lời Câu hỏi 2 (SGK – tr56)

• Nút sóng là các điểm có li độ bằng 0 trên đồ thị Hình 4.4.
• Khoảng cách giữa hai nút sóng liên bằng nửa bước sóng.

*Trả lời Câu hỏi 3 (SGK – tr56)

• Bụng sóng là các điểm có li độ lớn nhất trên đồ thị Hình 4.4. Biên đô của sóng tổng hợp tại các bụng sóng gấp đôi biên độ của sóng tới. Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp bằng nửa bước sóng.

*Trả lời Câu hỏi 4 (SGK – tr56)

• Đây là giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ (sóng phản xạ xuất hiện khi sóng tới đến bề mặt vật cản và hình thành nên sóng phản xạ) truyền theo cùng một phương, giao thoa với nhau tạo thành một hệ sóng dừng.

KẾT LUẬN

Kết luận 1: Trên dây những điểm xác định đứng yên do sóng tới và sóng phản xạ ở điểm đó ngược pha nên triệt tiêu lẫn nhau, đó là vị trí các nút sóng.

Kết luận 2: Chính giữa hai nút sóng liên tiếp là vị trí bụng sóng nên khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng gần nhất bằng một phần tư bước sóng. Bụng sóng dao động với biên độ lớn nhất do sóng tới và sóng phản xạ ở điểm đó đồng pha nên tăng cường lẫn nhau

Kết luận 3: Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng.

 với n = 1, 2, 3,…

ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM

Câu hỏi 5 (SGK – tr57)

Từ công thức tính tốc độ sóng, hãy chỉ ra các đại lượng cần xác định khi muốn đo tốc độ truyền âm trong không khí.

Câu hỏi 6 (SGK – tr57)

Đề xuất phương án ứng dụng hiện tượng sóng dừng để đo tốc độ truyền âm trong không khí:

• Vì sao một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển được? Tìm phương án giúp thay đổi độ dài của cột khí trong ống.
• Vì sao cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất?
• Nêu cách tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng.

TL: Từ công thức tính tốc độ sóng: v = λf, ta thấy để đo tốc độ truyền âm trong không khí cần xác định được tần số của sóng âm f, bước sóng của sóng âm λ.

• Xác định tần số f bằng máy phát âm tần
• Xác định bước sóng thông qua công thức:

với chiều dài sợi dây và số bụng sóng xác định được.