Giáo án vật lý - Giao thoa sóng

GIAO THOA SÓNG I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: -Đưa ra dự đoán về vân thoa được tạo thành trên mặt nước khi có sự gặp nhau của hai sóng. -Dùng phương trình sóng và qui luật tổng hợp sóng kiểm tra dự đoán bằng lí thuyết. -Nêu được điều kiện để có hiện tượng giao thoa. -Mô tả hiện tượng nhiễu xạ sóng. -Vận dụng tốt kiến thức về giao thoa để giải thích những hiện tượng về giao thoa sóng. 2) Kĩ năng: Giúp HS quan sát, phân tích và tổng hợp kiến thức khi phân tích một hiện tượng vật lí, đưa ra những dự đoán có căn cứ khi quan sát một hiện tượng trên cơ sở kiến thức vật lí, vận dụng và giải thích. II. Chuẩn bị: 1) Giáo viên: -Chuẩn bị bộ thí nghiệm về sóng nước để làm giao thoa sóng nước và hiện tượng nhiễu xạ sóng qua khe hẹp. -Chuẩn bị phần mềm Sóng cơ học, mô phỏng hiện tượng sóng cơ học. 2) Học sinh: Ôn tập kiến thức về phương trình sóng, dao động tổng hợp, độ lệch pha của hai dao động điều hòa cùng tần số. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra: + GV dùng phiếu học tập đã chuẩn bị nội dung kiểm tra. HS được gọi kiểm tra trình bày kiến thức được kiểm tra. + Nội dung kiểm tra bao gồm: - Đặc điểm của sóng phản xạ so với sóng tới. - Viết được pt sóng phản xạ tại một vị trí. - Viết đúng pt sóng dừng, suy ra Bàiên độ sóng tại một vị trí. - Xác định đúng vị trí điểm dao động cực đại (bụng) và đứng yên (nút) - Vận dụng tốt điều kiện để có sóng dừng bằng bài toán TÁN. Hoạt động 2. (30’) Giảng bài mới: Nội dung 1: (25’) Tìm hiểu Sự giao thoa của hai sóng trên mặt nước. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung Nêu câu hỏi gợi ý: H1. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu cho hai nguồn S1, S2 cùng tần số, cùng pha dao động trên mặt nước của một khay nước? H2. Nếu xét một điểm M trên mặt nước, dao động điểm M được truyền từ đâu đến? Bằng lí thuyết có thể kiểm tra dao động của M như thế nào? Gợi ý cho HS dự đoán. H3. Nếu xem Bàiên độ sóng không đổi, hai dao động thành phần tại M do S1, S2 truyền đến có dạng thế nào? H4. Xác định độ lệch pha của hai dao động thành phần tại M. Thảo luận nhóm, đưa ra dự đoán. -Có hai sóng truyền đi, gặp nhau. -Có điểm dao động với Bàiên độ cực đại hoặc đứng yên. -Tại M có hai dao động từ S1, S2 truyền đến. Có thể M dao động cực đại hoặc đứng yên. -Một HS lên bảng viết pt dao động tại M do S1, S2 truyền đến. -Thảo luận nhóm, ôn kiến thức cũ để vận dụng xác định độ lệch pha của hai dao động tại M và Bàiên độ dao động tổng hợp tại M. M d1 d2 S1 S2 S1, S2 hai nguồn cùng tần số, cùng pha, hai sóng tạo thành có cùng bước sóng. 1 2 cos 2S Su u a ft  Dao động S1, S2 truyền đến M có pt: 1 1 2 2 cos 2 2 cos 2 2 M M du a ft du a ft                   1)Độ lệch pha của hai dao động tại M: H5. Dao động tổng hợp tại M có Bàiên độ được xác định như thế nào? H6. Xác định vị trí những điểm dao động cực đại và cực tiểu. Nhận xét? H7. xác định quỹ tích những điểm M với Bàiên độ cực đại và quỹ tích những điểm M không dao động? -Một HS lên bảng xây dựng các Biểu thức. -Dựa vào độ lệch pha của hai dao động cùng pha và ngược pha, lập Biểu thức xác định vị trí những điểm dao động cực đại hoặc cực tiểu.  2 1 2 d d     2)Dao động tổng hợp tại M có Bàiên độ: 2 2 2 1 2 1 22 cos 2 cos 2 A A A A A a A         2 cos 2 a A  *Bàiên độ dao động tại M phụ thuộc độ lệch pha của 2 dao động từ S1, S2 truyền đến. *Nếu 2 dao động cùng pha: 2 12k d d k       Với k = 0; 1 ; 2… M: dao động cực đại. *Nếu 2 dao động ngược pha:   2 1 2 1 1 2 k d d k               Với k = 0; 1 ; 2… M: không dao động. Lưu ý HS vị trí những điểm dao động cực đại hoặc cực tiểu ứng với k = 0; 1; … -Hướng dẫn HS thiết kế phương án TÁN kiểm tra những dự đoán lý thuyết. -Hướng dẫn HS quan sát và rút ra kết luận. -GV thông báo: + Nguồn kết hợp. + Thế nào là hiện tượng giao thoa. + Điều kiện để có hiện tượng giao thoa. -Thảo luận nhóm, báo cáo kết quả: có hai họ đường cong hyperbol tập hợp những điểm dao động cực đại, cực tiểu xen kẽ, cách đều nhau. -Cùng với GV bố trí thí nghiệm kiểm tra, quan sát và rút ra kết luận. -Nguồn kết hợp. Sóng kết hợp. + Định nghĩa hiện tượng giao thoa. + Điều kiện để có hiện tượng giao thoa. Nội dung 2. (5’) Tìm hiểu Sự nhiễm xạ và ứng dụng của hiện tượng giao thoa. GV yêu cầu HS đọc SGK và trả lời câu hỏi để tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng giao thoa. H. Nếu không quan sát được quá trình sóng, dựa vào hiện tượng nào thì có thể kết luận đó là quá trình truyền sóng. -Cho HS đọc SGK, tìm hiểu sự nhiễm xạ sóng. -Làm việc cá nhân tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng giao thoa. -Thảo luận, trả lời câu hỏi. HS xem SGK, ghi nhận: Hiện tượng sóng khi gặp vật cản thì đi lệch khỏi phương truyền thẳng của sóng và đi vòng qua vật cản. Hoạt động 3. (5’) Vận dụng – Củng cố. - Yêu cầu HS làm bài tập TÁN trong phiếu học tập đã chuẩn bị. - Hướng dẫn HS ôn tập và chuẩn bị cho bài mới: Xem lại kiến thức về âm ở lớp 7. M1, M2: hai điểm dao động cực đại liền kề trên đoạn nối 2 nguồn dao động. + Tại M1: 2 1d d k  (1) Tại M2:  2 1' ' 1d d k    (2) + Khoảng cách M1M2: d1’ – d1 = d2 – d2’ Từ (2) và (1):           2 1 2 1 2 2 1 1 1 2 1 2 ' ' 1 ' ' d d d d k k d d d d M M M M                    1 2 2 M M  M1, M1’: điểm dao động cực đại, dao động cực tiểu liền kề. 1 1 ' 4 M M 