Giáo án và PPT Vật lí 11 chân trời Bài 9: Sóng dừng

BÀI 9: SÓNG DỪNG

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

• Sóng phản xạ là gì?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. SỰ PHẢN XẠ SÓNG

Hoạt động 1.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Ví dụ về sự phản xạ sóng trong cuộc sống.

• Nhận xét về tần số, bước sóng của sóng tới và sóng phản xạ. 

• Nhận xét về pha của sóng tới và sóng phản xạ trong các trường hợp: (1) hai đầu cố định; (2) một đầu cố định một đầu tự do.

Sản phẩm dự kiến:

*Thảo luận 1 (SGK – tr56)

- Đầu dây cố định: Sóng phản xạ đổi chiều biến dạng tại điểm phản xạ (li độ của sóng phản xạ ngược dấu với li độ của sóng tới tại điểm phản xạ).

- Đầu dây tự do: Sóng phản xạ không đổi chiều biến dạng tại điểm phản xạ (li độ của sóng phản xạ cùng dấu với li độ của sóng tới tại điểm phản xạ).

*Kết luận

- Khi gặp vật cản, sóng sẽ bị phản xạ. Sóng được truyền từ nguồn phát điện đến vật cản được gọi là sóng tới, sóng được truyền ngược lại từ vật cản được gọi là sóng phản xạ.

- Sóng phản xạ có cùng tần số và bước sóng với sóng tới.

- Trong trường hợp đầu dây cố định, tại điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới; trong trường hợp đầu dây tự do, sóng phản xạ cùng pha với sóng tới.

II. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG

Hoạt động 2.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Nêu hiện tượng sóng dừng.

• Nhận xét về sự phụ thuộc của số lượng điểm cực đại và cực tiểu trên dây với tần số của máy phát tần số.

Sản phẩm dự kiến:

1. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng sóng dừng

*Thảo luận 2 (SGK – tr57)

- Học sinh tự làm thí nghiệm, thu được các kết quả về số điểm cực đại, số điểm cực tiểu và rút ra mối liên hệ.

- Kết quả thí nghiệm cho thấy số lượng điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu tỉ lệ thuận với tần số của máy phát tần số.

2. Giải thích hiện tượng sóng dừng

*Thảo luận 3 (SGK – tr57)

Khi truyền trên dây, sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau tạo ra hiện tượng giao thoa bởi chúng là hai sóng kết hợp. Do đó, khi hai sóng tăng cường nhau trên dây xuất hiện các điểm dao động với biên độ cực đại tương ứng với các bụng sóng và khi hai sóng làm suy yếu nhau trên dây xuất hiện những điểm đứng yên tương ứng với các nút sóng (do sóng tới và sóng phản xạ có cùng biên độ).

*Kết luận 

- Sóng dừng là sóng có các nút sóng và bụng sóng cố định trong không gian.

- Khi có hiện tượng sóng dừng, trên dây xuất hiện những điểm dao động với biên độ cực đại được gọi là bụng sóng và những điểm đứng yên được gọi là nút sóng.

- Vị trí các bụng sóng được xác định bằng biểu thức:

(k = 0, 1, 2,…)

- Vị trí các nút sóng được xác định bằng biểu thức:

(k = 0, 1, 2,…)

trong đó, d là khoảng cách từ một điểm trên dây đến một đầu dây.

- Bụng sóng và nút sóng xen kẽ và cách đều nhau. Dọc theo dây, hai nút sóng liên tiếp hoặc hai bụng sóng liên tiếp cách nhau một khoảng bằng nửa bước sóng.

III. ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ SÓNG DỪNG

Hoạt động 3.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Em hãy cho biết điều kiện để có sóng dừng trong trường hợp sợi dây hai đầu cố định. 

• Nêu ví dụ thực tế sóng dừng trong trường hợp hai đầu cố định.

• Hãy cho biết điều kiện để có sóng dừng trong trường hợp sợi dây Một đầu cố định, một đầu tự do.

Sản phẩm dự kiến:

1. Trường hợp sợi dây có hai đầu cố định

- Đối với sợi dây có hai đầu cố định, ta đã biết khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp bằng nửa bước sóng. Do đó ta có điều kiện xuất hiện sóng dừng trong trường hợp này là:

(n = 1, 2, 3,…)

với v là tốc độ truyền sóng trên dây.

*Luyện tập (SGK – tr60)

a) Chiều dài sợi dây có hai đầu cố định khi xảy ra hiện tượng sóng dừng:

.

Khi gảy đàn phát ra âm cơ bản f nên n = 1.

Thay số: =>

b) Tần số âm cơ bản trong trường hợp này: =>

2. Trường hợp sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do

- Khi sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do, ta đã biết sóng phản xạ khi gặp vật cản tự do cùng pha so với sóng tới. Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút sóng liền kề là Do đó ta có điều kiện xuất hiện sóng dừng trong trường hợp này là:

(m = 1, 3, 5,…)

*Luyện tập (SGK – tr61)

a) Sóng dừng trong trường hợp sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do.

Chiều dài dây thoả mãn công thức:

Do ngoài đầu A, trên dây xuất hiện thêm 1 nút nên trên dây chỉ có 1 bó sóng, chọn n = 1.

b) Để có thêm một nút sóng thì trên dây lúc này xuất hiện 2 bó sóng. Chọn n = 2.

=> f’ = 20,8 Hz.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

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

• Nêu ví dụ thực tế sóng dừng trong trường hợp một đầu cố định, một đầu tự do. 

• Hãy cho biết bộ phận tạo ra sóng dừng trong đàn ghi ta và sáo.

• Giải thích tại sao khi vặn khóa để chỉnh dây đàn guitar, ta có thể tạo ra hệ thống sóng dừng trên dây? Biết tốc độ truyền sóng trên dây phụ thuộc vào lực căng dây. 

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

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

• Hiện tượng sóng dừng có thể xảy ra đối với sóng điện từ được hay không? Hãy nêu ví dụ thực tế trong cuộc sống. 

• Một dây đàn hồi dài dài 0,6m có hai đầu cố định dao động với 5 bụng sóng. Tính bước sóng trên dây.

• Một dây đàn hồi dài 40 cm, căng hai đầu cố định. Khi dây dao động với tần số 600 Hz quan sát trên dây có sóng dừng với ba bụng sóng. Tính bước sóng và tốc độ truyền sóng trên dây.