Vật lý 12 Cơ bản - Giao thoa sóng

  1. Tác giả: LTTK CTV
    Đánh giá: ✪ ✪ ✪ ✪ ✪

    A. Lý Thuyết:

    I. Hiện tượng giao thoa sóng:

    Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn triệt tiêu nhau.
    II. Vị trí các cực đại, cực tiểu:

    1. Vị trí các cực đại:
    Các cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng:
    d2 – d1 = k.λ ; (k = 0, ±1,±2,…)
    Tập hợp các điểm dao động với biên độ cực đại tạo thành gợn lồi trên mặt nước. Với hai nguồn đồng pha (đồng bộ), tập hợp các điểm dao động với biên độ cực đại bao gồm đường trung trực của S1S2 và các đường hypebol nhận S1, S2 làm tiêu điểm.
    2. Vị trí các cực tiểu:
    Các cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng:
    d2 – d1 =(k + $\frac{1}{2}$) .λ ; (k = 0, ±1,±2,...)
    Tập hợp các điểm dao động với biên độ cực tiểu tạo thành gợn lõm trên mặt nước. Với hai nguồn đồng pha (đồng bộ), tập hợp các điểm dao động với biên độ cực tiểu bao gồm các đường hypebol nằm xen kẽ các gợn lồi.
    III. Điều kiện để giao thoa. Sóng kết hợp

    Muốn quan sát được vân giao thoa ổn định của hai sóng thì hai sóng đó phải là hai sóng kết hợp.
    Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng tần số (hay chu kì) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Hài nguồn kết hợp có cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ.
    Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp.
    Giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng.
    B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI

    Câu 1: SGK Vật lí 12 (trang 45):
    Hiện tượng giao thoa của hai sóng là gì?
    Hướng dẫn giải:

    Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn triệt tiêu nhau.
    [​IMG]



    Câu 2: SGK Vật lí 12, trang 45:
    Nêu công thức xác định vị trí các cực đại giao thoa.
    Hướng dẫn giải:

    Các cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng: d2 – d1 = k.λ ; (k = 0, ±1,±2,…)


    Câu 3: SKG Vật lí 12, trang 45:
    Nêu công thức xác định vị trí các cực tiểu giao thoa.
    Hướng dẫn giải:

    Các cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng: d2 – d1 = (k + $\frac{1}{2}$) .λ ; (k = 0, ±1,±2,...)


    Câu 4: SGK Vật lí 12, trang 45:
    Nêu điều kiện giao thoa
    Hướng dẫn giải:

    Điều kiện để có giao thoa:
    Để có các vân giao thoa ổn định trên mặt nước thì 2 nguồn sóng cần phải:
    • Dao động cùng phương, cùng tần số (chu kì).
    • Có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
    (Hai nguồn kết hợp)


    Câu 5: SGK Vật lí 12, trang 45:
    Chọn câu trả lời đúng
    Hiên tượng giao thoa là hiện tượng
    A. giao nhau của hai sóng tại một điểm của môi trường.
    B. tổng hợp của hai dao động.
    C. tạo thành các gợn lồi, gợn lõm.
    D. hai sóng, khi gặp nhau có những điểm chúng luôn luôn tăng cường nhau, có những điểm chúng luôn luôn triệt tiêu nhau.
    Hướng dẫn giải:

    Chọn đáp án D


    Câu 6: SGK Vật lí 12, trang 45: Chọn câu đúng.
    Hai nguồn kết hợp là hai nguồn có
    A. cùng biên độ.
    B. cùng tần số.
    C. cùng pha ban đầu.
    D. cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.
    Hướng dẫn giải:

    Chọn đáp án D.


    Câu 7: SGK Vật lí 12, trang 45:
    Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, tốc độ truyền sóng là 0,5 m/s, cần rung có tần số 40 Hz. Tính khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn S1S2.
    Hướng dẫn giải:

    Tóm tắt:
    Tốc độ truyền sóng: v = 0,5 m/s
    Tần số: f = 40 Hz
    Xác định khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa trên đoạn S1S2?
    Bài giải:
    Bước sóng là: λ = $\frac{v}{f}$ = $\frac{0,5}{40}$ = 0,0125 (m)
    Do: khoảng cách giữa 2 cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn S1S2 = khoảng cách giữa 2 cực tiểu giao thoa cạnh nhau trên đoạn S1S2 = $\frac{\lambda }{2}$.
    $\Rightarrow $ Khoảng cáchgiữa hai điểm cực đại giao thoa trên đoạn S1S2 là:
    d = $\frac{\lambda }{2}$ = $\frac{0,0125 }{2}$ = 0,00625 (m) = 0,625 (cm).


    Câu 8: SGK Vật lí 12 trang 45:
    Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, khoảng cách giữa hai điểm S1, S2 là d = 11 cm. Cho cần rung, ta thấy hai điểm S1, S2 gần như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao động. Biết tần số rung là 26 Hz, hãy tính tốc độ truyền sóng.
    Hướng dẫn giải:

    Tóm tắt:
    S1S2 = 11 (cm)
    S1 , S2 đứng yên
    Giữa đoạn S1S2 có 10 điểm đứng yên khác
    f = 26 Hz
    Tính tốc độ truyền sóng v?
    Bài giải
    Gọi M là điểm bất kì thuộc đoạn S1S2
    Khoảng cách từ M đến S1 là d1 , đến S2 là d2.
    Để tại M là cực tiểu giao thoa (đứng yên) thì hiệu đường truyền đến S1, S2 phải thỏa mãn phương trình:
    d2 – d1 = (k + $\frac{1}{2}$). λ
    Mà M $\in$ S1S2 nên, ta có:
    $ \left | d_{2} - d_{1} \right |$ $\leq $ S1S2
    $ \Leftrightarrow $ - S1S2 $\leq $ d2 - d1 $\leq $ S1S2
    $\Leftrightarrow $ - S1S2 $\leq $ (k + $\frac{1}{2}$) $\leq $ S1S2 (*)
    Do tính đối xứng của điều kiện (*) và giữa đoạn S1S2 có 10 điểm đứng yên khác nên khi M $\equiv $ (hoặc S2 ) thì
    d2 – d1 = S1S2 (hoặc - S1S2) và k= $\pm $5
    $\Rightarrow $ 11.10^{-2} = (5 + $\frac{1}{2}$).$\lambda$
    $\Leftrightarrow $ 11.10^{-2} = 5,5.$\frac{v}{f}$
    $\Leftrightarrow $ v = $\frac{11.10^{-2}.f}{5.5}$ = $\frac{11.10^{-2}.26}{5.5}$ = 0,52 (m)