Giáo án Vật lý 12 cơ bản tiết 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

Chương II SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM Tiết: 0 SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Phát biểu được định nghĩa của sóng cơ. - Phát biểu được định nghĩa các khái niệm liên quan với sóng: sóng dọc, sóng ngang, tốc độ truyền sóng, tần số, chu kì, bước sóng, pha. - Viết được phương trình sóng. - Nêu được các đặc trưng của sóng là biên độ, chu kì hay tần số, bước sóng và năng lượng sóng. - Giải được các bài tập đơn giản về sóng cơ. - Tự làm được thí nghiệm về sự truyền sóng trên một sợi dây. 2. Kĩ năng: 3. Thái độ: II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Các thí nghiệm mô tả về sóng ngang, sóng dọc và sự truyền của sóng. 2. Học sinh: Ôn lại các bài về dao động điều hoà. III. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 ( phút): Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản Hoạt động 2 ( phút): Tìm hiểu về sóng cơ Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản M S O - Mô tả thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm. - Khi O dao động ta trông thấy gì trên mặt nước? ® Điều đó chứng tỏ gì? (Dao động lan truyền qua nước gọi là sóng, nước là môi trường truyền sóng). - Khi có sóng trên mặt nước, O, M dao động như thế nào? - Sóng truyền từ O đến M theo phương nào? ® Sóng ngang. - Tương tự như thế nào là sóng dọc? (Sóng truyền trong nước không phải là sóng ngang. Lí thuyết cho thấy rằng các môi trường lỏng và khí chỉ có thể truyền được sóng dọc, chỉ môi trường rắn mới truyền được cả sóng dọc và sóng ngang. Sóng nước là một trường hợp đặc biệt, do có sức căng mặt ngoài lớn, nên mặt nước tác dụng như một màng cao su, và do đó cũng truyền được sóng ngang). - HS quan sát kết quả thí nghiệm. - Những gợn sóng tròn đồng tâm phát đi từ O. ® Sóng truyền theo các phương khác nhau với cùng một tốc độ v. - Dao động lên xuống theo phương thẳng đứng. - Theo phương nằm ngang. - Tương tự, HS suy luận để trả lời. I. Sóng cơ 1. Thí nghiệm a. Mũi S cao hơn mặt nước, cho cần rung dao động ® M vẫn bất động. b. S vừa chạm vào mặt nước tại O, cho cần rung dao động ® M dao động. Vậy, dao động từ O đã truyền qua nước tới M. 2. Định nghĩa - Sóng cơ là sự lan truyền của dao động trong một môi trường. 3. Sóng ngang - Là sóng cơ trong đó phương dao động (của chất điểm ta đang xét) ^ với phương truyền sóng. 4. Sóng dọc - Là sóng cơ trong đó phương dao động // (hoặc trùng) với phương truyền sóng. Hoạt động 3 ( phút): Tìm hiểu về sự truyền sóng cơ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Làm thí nghiệm kết hợp với hình vẽ 7.2 về sự truyền của một biến dạng. ® Có nhận xét gì thông qua thí nghiệm và hình vẽ? ® Tốc độ truyền biến dạng được xác định như thế nào? (Biến dạng của dây, gọi là một xung sóng, truyền tương đối chậm vì dây mềm và lực căng dây nhỏ). ® Biến dạng truyền trên dây thuộc loại sóng gì đã biết? - Y/c HS hoàn thành C2. - Trong thí nghiệm 7.2 nếu cho đầu A dao động điều hoà ® hình dạng sợi dây ở cá thời điểm như hình vẽ 7.3 ® có nhận xét gì về sóng truyền trên dây? - Sau thời gian T, điểm A1 bắt đầu dao động giống như A, dao động từ A1 tiếp trục truyền xa hơn. - Xét hai điểm cách nhau một khoảng l, ta có nhận xét gì về hai điểm này? ® Cùng pha. - Gọi M là điểm cách A một khoảng là x, tốc độ sóng là v ® thời gian để sóng truyền từ A đến M? ® Phương trình sóng tại M sẽ có dạng như thế nào? (Trạng thái dao động của M giống như trạng thái dao động của A trước đó một thời gian Dt) - Hướng dẫn HS biến đổi biểu thức sóng tại M thông qua và l = vT. - Biến dạng truyền nguyên vẹn theo sợi dây. - HS suy nghĩ và vận dụng kiến thức để trả lời. - Là sóng ngang. - HS làm thí nghiệm theo C2. - HS quan sát hình vẽ 7.3. Dây có dạng đường hình sin, mà các đỉnh không cố định nhưng dịch chuyển theo phương truyền sóng. - Không đổi, chuyển động cùng chiều, cùng v. uM = Acosw(t - Dt) II. Sự truyền sóng cơ 1. Sự truyền của một biến dạng - Gọi x và Dt là quãng đường và thời gian truyền biến dạng, tốc độ truyền của biến dạng: 2. Sự truyền của một sóng hình sin - Sau thời gian t = T, sóng truyền được một đoạn: l = AA1 = v.t - Sóng truyền với tốc độ v, bằng tốc độ truyền của biến dạng. - Hai đỉnh liên tiếp cách nhau một khoảng l không đổi, l gọi là bước sóng. - Hai điểm cách nhau một khoảng l thì dao động cùng pha. 3. Phương trình sóng - Giả sử phương trình dao động của đầu A của dây là: uA = Acoswt - Điểm M cách A một khoảng x. Sóng từ A truyền đến M mất khoảng thời gian . - Phương trình dao động của M là: uM = Acosw(t - Dt) Với và l = vT Phương trình trên là phương trình sóng của một sóng hình sin theo trục x. Hoạt động 4 ( phút): Tìm hiểu về các đặc trưng của sóng Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Sóng được đặc trưng bởi các đại lượng A, T (f), l và năng lượng sóng. - Dựa vào công thức bước sóng ® có thể định nghĩa bước sóng là gì? Lưu ý: Đối với mỗi môi trường , tốc độ sóng v có một giá trị không đổi, chỉ phụ thuộc môi trường. - Cũng như năng lượng dao động W ~ A2 và f2. - Từ phương trình sóng: ta thấy TTDĐ tại một điểm của môi trường là một hàm cosin hai biến độc lập t và x. Mà hàm cosin là một hàm tuần tuần ® phương trình sóng là một hàm tuần hoàn. + Với một điểm xác định (x = const) ® uM là một hàm cosin của thời gian t. TTDĐ ở các thời điểm t + T, t + 2T … hoàn toàn giống như TTDĐ của nó ở thời điểm t. + Với một thời điểm (t = conts) là một hàm cosin của x với chu kì l. TTDĐ tại các điểm có x + l, x + 2l hoàn toàn giống TTDĐ tại điểm x. - Mô tả thí nghiệm quan sát sự truyền của một sóng dọc bằng một lò xo ống dài và mềm. - HS ghi nhận các đại lượng đặc trưng của sóng. - Bước sóng l là quãng đường sóng truyền trong thời gian một chu kì. - HS ghi nhận tính tuần hoàn của sóng. - HS dựa vào hình vẽ 7.4 và ghi nhận sự truyền của sóng dọc trên lò xo. - Ghi nhận về sự truyền sóng dọc trên lò xo ống. 4. Các đặc trưng của sóng - Biên độ A của sóng. - Chu kì T, hoặc tần số f của sóng, với . - Bước sóng l, với . - Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường mà sóng truyền qua. 5. Tính tuần hoàn của sóng - Phương trình sóng là một hàm tuần hoàn. 6. Trường hợp sóng dọc - Sóng truyền trên một lò xo ống dài và mềm: các vòng lò xo đều dao động ở hai bên VTCB của chúng, nhưng mỗi vòng dao động muộn hơn một chút so với vòng ở trước nó. Hoạt động 5 ( phút): Giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cơ bản - Nêu câu hỏi và bài tập về nhà. - Yêu cầu: HS chuẩn bị bài sau. - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi những chuẩn bị cho bài sau. IV. RÚT KINH NGHIỆM