Giáo án và PPT Vật lí 11 chân trời Bài 10: Thực hành đo tần số của sóng âm và tốc độ truyền âm

BÀI 10: THỰC HÀNH ĐO TẦN SỐ CỦA SÓNG ÂM VÀ TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

• Nêu các dụng cụ trong bộ thí nghiệm đo tần số của sóng âm?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. THÍ NGHIỆM ĐO TẦN SỐ CỦA SÓNG ÂM

I. QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG

Hoạt động 1.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Nêu các bước tiến hành thí nghiệm đo được số của sóng âm?

• Em hãy trình bày cách tính sai số tuyệt đối của phép đo. Liệt kê một số nguyên nhân gây ra sai số trong thí nghiệm và đề xuất cách khắc phục.

Sản phẩm dự kiến:

*Thảo luận 1 (SGK – tr62)

- Dao động kí điện tử (máy hiện sóng điện tử - electronic oscilloscope là thiết bị điện tử dùng để quan sát các dao dộng điện hoặc các dao động được hiển thị dưới dạng sóng.

- Thực hiện thiết kế phương án và tiến hành các bước thí nghiệm như gợi ý SGK. Sau khi điều chỉnh dao động kí và ghi nhận được tín hiệu, đếm số ô khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp rồi nhân với thang đo tương ứng trên máy để thu được giá trị chu kì của sóng âm. Từ đó có thể xác định được tần số của sóng âm.

*Thảo luận 2 (SGK - tr63)

- Cách tính sai số tuyệt đối:

+ Tính giá trị trung bình:

+ Tính sai số tuyệt đối trung bình:

+ Tính sai số tuyệt đối: là sai số dụng cụ.

- Nguyên nhân gây ra sai số:

+ Thao tác trong quá trình thí nghiệm chưa chính xác.

+ Môi trường thí nghiệm có nhiều tạp âm.

+ Thiết bị thí nghiệm có độ chính xác không cao.

- Cách khắc phục:

+ Kiểm tra các thiết bị trước khi làm thí nghiệm.

+ Đảm bảo trong môi trường thí nghiệm yên tĩnh, tránh xa các nguồn âm khác.

+ Thao tác thí nghiệm chính xác.

*Thảo luận 3 (SGK – tr63)

- So sánh kết quả đo tần số sóng âm khi sử dụng loa điện động (A) với giá trị tần số được hiển thị trên màn hình của máy phát tần số (B), nếu giá trị A sai lệch không quá 10% so với giá trị B thì kết quả đo được coi là tốt.

- So sánh kết quả đo tần số sóng âm khi sử dụng âm thoa (C) với giá trị tần số được ghi trên âm thoa (D), nếu giá trị C sai lệch không quá 10% so với giá trị D thì kết quả được coi là tốt.

- Nếu kết quả đo không tốt thì cần tìm cách khắc phục sai số như đã đề cập ở Thảo luận 2 và thực hiện lại các bước tiến hành thí nghiệm.

*Luyện tập (SGK – tr63)

- Một số gợi ý giúp HS có thể đưa ra nhận xét:

+ Phương án sử dụng ứng dụng SmartScope Oscilloscope trên điện thoại thông minh đơn giản, nhanh gọn, dễ sử dụng nhưng có nhược điểm là kết quả đo được không chính xác do dễ bị nhiễu bởi tác động của môi trường.

+ Phương án sử dụng dao động kí điện tử cho kết quả chính xác hơn nhưng bố trí thí nghiệm phức tạp, yêu cầu nhiều dụng cụ hơn.

II. THÍ NGHIỆM ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM 

Hoạt động 2.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Em hãy cho biết tên các bộ phận của bộ thí nghiệm đo tốc độ truyền âm được kí hiệu trong hình sau?

Sản phẩm dự kiến:

*Thảo luận 4 (SGK – tr64)

Một số phương án thí nghiệm được đề xuất để đo tốc độ truyền âm trong không khí:

- Ứng dụng hiện tượng sóng dừng như gợi ý trong SGK, đo khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp để xác định được bước sóng của sóng âm rồi suy ra vận tốc truyền âm trong không khí theo công thức .

- Đo thời gian âm thanh đi từ nguồn âm đến vật cản rồi phản xạ ngược lại đến nguồn, từ đó tính được vận tốc truyền âm trong không khí thông qua công thức , trong đó d là khoảng cách từ nguồn âm đến vật cản.

*Thảo luận 5 (SGK – tr64)

Một số nguyên nhân gây ra sai số trong phương án thí nghiệm:

- Thao tác làm thí nghiệm chưa chính xác.

- Phòng thí nghiệm có lẫn các tạp âm khác (bộ thí nghiệm đặt gần một nguồn âm khác).

- Ghi kết quả chưa chính xác với kết quả thí nghiệm.

Đề xuất cách khắc phục:

- Thao tác thí nghiệm phải chính xác.

- Hạn chế đặt bộ dụng cụ thí nghiệm gần các nguồn âm khác.

- Thực hiện thao tác ghi kết quả đúng, phù hợp với kết quả thí nghiệm.

*Thảo luận 6 (SGK – tr65)

- Ống có một đầu kín, một đầu hở thì ta nghe được âm cộng hưởng khi . Do đó, độ chênh lệch chiều dài giữa hai lần liên tiếp nghe được âm cộng hưởng là:

*Luyện tập (SGK – tr65)

- GV giao nhiệm vụ cho HS tiến hành thí nghiệm đo tốc độ truyền âm trong không khí thông qua việc đo khoảng cách thời gian từ lúc bắt đầu thả một vật rơi tự do từ độ cao nhất định so với một bề mặt cứng đến khi nghe được âm phát ra từ va chạm của vật với bề mặt (phương án 2) và so sánh kết quả đo được với kết quả trong phương án thí nghiệm sử dụng ống cộng hưởng (phương án 1).

- Nhận xét: Phương án 2 cho kết quả đo không chính xác bằng phương án 1 có thể vì sai số lớn do việc nghe âm thanh va chạm và bấm đồng hồ phụ thuộc vào cảm quan của người làm thí nghiệm.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Từ nội dung bài học,GV yêu cầu HS luyện tập làm bài

Câu 1: Trong thí nghiệm như hình trên, ta có thể sử dụng âm thoa thay cho loa được không?

Câu 2: Em hãy nêu các bước tiến hành thí nghiệm đo tốc độ truyền âm.

Câu 3: Làm thế nào để có thể xác định bước sóng của sóng âm trong thí nghiệm?

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Cần đo đại lượng nào để tính được tốc độ truyền âm?

Câu 2: Tại sao khi thực hiện thí nghiệm cần phải thao tác lặp đi lặp lại nhiều lần?

Câu 3: Hãy giải thích tại sao phải xác định tốc độ truyền âm thông qua chiều dài cột không khí giữa hai vị trí pit-tông khi âm to nhất?