Giáo án Vật lý 12 tiết 11 đến 16

Tiết CT: 11 Bài 8: HIỆN TƯỢNG SÓNG TRONG CƠ HỌC Ngày soạn : Ngày dạy: --------*****-------- I. Mục đích yêu cầu: - Hiểu được khái niệm sóng, sóng dọc, sóng ngang. - Nắm được các đặc trưng của sóng: bước sóng, chu kì, tần số, vận tốc, biên độ. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên : Sách giáo khoa, sách giáo viên và bài tập vật lí 12. Một khay nước rộng. Một con lắc lò xo. 2. Học sinh : Quan sát ở nhà hiện tượng sóng trong tự nhiên. III. Hoạt động trên lớp: 1. Ổn định lớp : 2. Kiểm tra bài cũ : Hiện tượng cộng hưởng là gì ? Điều kiện để xảy ra cộng hưởng ? 3. Giảng bài mới: TL Nội dung Hoạt động của g/v Hoạt động của h/s 1. Sóng cơ học trong thiên nhiên: Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong một môi trường vật chất. Có hai loại sóng: - Sóng ngang: là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. - Sóng dọc: là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Tính chất của sự truyền sóng: - Chỉ có trạng thái dao động, tức là pha của dao động truyền theo sóng, còn bản thân các phần tử vật chất chỉ dao động tại chỗ quanh vị trí cân bằng chứ không truyền theo sóng. - Quá trình truyền sóng cũng là quá trình truyền năng lượng. 2. Sự truyền pha dao động. Bước sóng: Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau gọi là bước sóng. Kí hiệu : ë. - Những điểm cách nhau một số nguyên bước sóng thì dao động cùng pha với nhau. - Những điểm cách nhau một số lẻ nửa bước sóng thì dao động ngược pha với nhau. 3. Chu kì, tần số và vận tốc của sóng: Tại mọi điểm mà sóng cơ học truyền qua, các phần tử vật chất dao động với cùng một chu kì, bằng chu kì dao động của nguồn sóng, gọi chung là chu kì dao động của sóng. f : tần số dao động của sóng. Vận tốc truyền pha dao động gọi là vận tốc sóng. Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kì dao động của sóng. 4. Biên độ và năng lượng của sóng: - Biên độ sóng tại một điểm là biên độ dao động của phần tử tại điểm đó. - Năng lượng của sóng khi truyền ra xa: + Nếu sóng truyền đi theo hình tròn thì năng lượng sóng giảm tỉ lệ với quãng đường truyền sóng. + Nếu sóng truyền đi theo mặt cầu (trong không gian) thì năng lượng sóng giảm tỉ lệ với bình phương quãng đường truyền sóng. Trong trường hợp lí tưởng: sóng chỉ truyền theo một phương, trên một đường thẳng thì năng lượng sóng không bị giảm và biên độ sóng ở mọi điểm sóng truyền qua là như nhau. ë ë/2 Cho h/s quan sát sóng nước. - Sóng ngang: sóng nước, sóng trên dây,.. - Sóng ngang: sóng âm - Cho h/s quan sát mẫu giấy trên mặt nước và nhận xét. - Tại sao khi có sóng truyền qua các phân tử lại dao động? - Những điểm cách nhau 1,2,3, … bước sóng sẽ dao động như thế nào? - Nếu cách nhau 1/2,3/2, … thì sao? - Chu kì là gì? - Tần số là gì? - Liên hệ giữa f và T? - Từ ë và T, có thể tính được vận tốc sóng không? - Dựa vào biểu thức định nghĩa bước sóng? - Khi sóng truyền đến các phần tử dao động tại chỗ. - Khi truyền đi xa năng lượng sóng thay đổi thế nào? - Sóng trên các dây đàn hồi. - Các phần tử vật chất không truyền theo sóng. - Do các phần tử nhận được năng lượng do sóng truyền đến. - Dao động cùng pha - Dao động ngược pha. - Khoảng thời gian để thực hiện một dao động. - Số dao động thực hiện được trong một đơn vị thời gian. - Năng lượng sóng giảm tỉ lệ với quãng đường truyền sóng. 4. Củng cố: - Thế nào là sóng dọc, sóng ngang ? Tính chất của sóng ? - Bước sóng là gì ? (Định nghĩa theo cả hai cách) 5. Dặn dò: - Nghiên cứu thêm về quá trình truyền sóng ở hình 2.2 SGK. - Xem trước bài Sóng âm (Phân loại như thế nào ? Tác dụng ? Các đặc tính ?). Tiết CT : 12-13 Bài 9-10: SÓNG ÂM Ngày soạn : Ngày dạy: --------*****-------- I. Mục đích yêu cầu: - Phân biệt được sóng âm, hạ âm, siêu âm, quá âm. - Nắm được khái niệm ‘ đặc tính sinh lí của âm’ và các khái niệm độ cao, âm sắc, độ to của âm. - Phân biệt được cường độ âm và mức cường độ âm. Hiểu cách đo mức cường độ âm bằng đêxiben. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên : Thí nghiệm tạo ra sóng âm. 2. Học sinh :  Đọc trước sách giáo khoa, giải thích hiện tượng phát ra âm thanh khi các thanh mảnh dao động. III. Hoạt động trên lớp: 1. Ổn định lớp : 2. Kiểm tra bài cũ : - Sóng là gì ? Thế nào là sóng dọc và sóng ngang ? - Phát biểu hai cách định nghĩa bước sóng ? 3. Giảng bài mới: TL Nội dung Hoạt động của g/v Hoạt động của h/s 1. Sóng âm và cảm giác âm: Sóng cơ học được chia thành các loại sau: - Hạ âm : có tần số từ 1 -> 16 Hz. - Âm nghe được : có tần số từ 16 -> 20.000 Hz, con người có thể cảm thụ được. Những sóng có tần số trong miền đó gọi là sóng âm. - Siêu âm : có tần số từ 20.000 -> 109 Hz. - Quá âm : có tần số từ 109 -> 1013 Hz. Sự cảm thụ âm: sóng trong không khí truyền đến tai ta, nén vào tai ta làm cho màng nhĩ dao động cưỡng bức với cùng tần số tạo ra cảm giác âm trong tai ta khi tần số sóng đạt một giá trị nhất định. 2. Sự truyền âm. Vận tốc âm: Sóng âm là sóng dọc nên truyền được trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí. Không truyền được trong chân không. Vận tốc âm phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của môi trường. Vận tốc truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng và lớn hơn trong chất khí. Vật liệu cách âm có tính đàn hồi kém. 3. Độ cao của âm: Độ cao của âm là một đặc tính sinh lí của âm, nó dựa vào đặc tính vật lí của âm là tần số. Nếu âm càng lớn thì tần số càng lớn. - Âm có tần số lớn gọi là âm cao hoặc thanh. - Âm có tần số nhỏ gọi là âm thấp hoặc trầm. - Âm có tần số xác định gọi là nhạc âm. - Âm có tần số không xác định gọi là tạp âm. 4. Âm sắc: Âm sắc là một đặc tính sinh lí của âm, được hình thành trên cơ sở các đặc tính vật lí của âm là tần số và biên độ. Khi một nhạc cụ hay một người phát ra âm có tần số f1 thì đồng thời cũng phát ra các âm có tần số f2 = 2f1 , f3 = 3f1 … Âm có tần số f1 là âm cơ bản, các âm có tần số f2, f3 … là các họa âm thứ hai, thứ ba,… Tùy theo từng loại nhạc cụ hay từng người mà các họa âm có cái có biên độ lớn, có cái biên độ nhỏ. Âm phát ra là sự tổng hợp có tần số f1 của âm cơ bản. 5.Năng lượng âm: Sóng âm mang năng lượng tỉ lệ với bình phương biên độ sóng. - Cường độ âm II là năng lượng âm, truyền qua một đơn vị điện tích đặt vuông góc với phương truyền trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của cường độ âm là W/m2. - Mức cường độ âm L : L (B) = I0 : cường độ âm chuẩn - Mức cường độ âm, tính bằng đexiben L (dB) = 10 I0 = 10–12 W/m2 6. Độ to của âm: - Ngưỡng nghe : là âm có cường độ nhỏ nhất mà tai người có cảm giác nghe được. Do đặc điểm sinh lí của tai người mà ngưỡng nghe còn phụ thuộc vào tần số. - Ngưỡng đau : là âm có cường độ lên tới 10 W/m2, tai người khi nghe có cảm giác đau đớn, nhức nhối đối với mọi tần số. - Miền nghe được nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau. 7. Nguồn âm. Hộp cộng hưởng: Có hai loại nguồn nhạc âm chính có nguyên tắc phát âm khác nhau: - Các loại dây đàn. - Các cột khí như : sáo, kèn. Mỗi nhạc cụ đều có hai bộ phận chính là nguồn âm và hộp cộng hưởng. Hộp cộng hưởng là một hộp rỗng có khả năng cộng hưởng đối với nhiều tần số khác nhau và tăng cường những âm có tần số đó. Đối với đàn ghi ta thì dây đàn đóng vai trò là nguồn âm còn bầu đàn đóng vai trò là hộp cộng hưởng. Khi dây đàn dao động và phát ra âm cơ bản thì nó cũng đồng thời phát ra các họa âm. Tùy thao chất liệu và hình dạng của bầu đàn mà mỗi loại đàn có khả năng tăng cường một số hoạ âm nào đó và tạo ra âm sắc đặc trưng của loại đàn đó. - Phát sinh khi có bão, động đất, các vụ nổ dưới đất hoặc dưới nước. - Một số loài vật có thể phát và cảm thụ được siêu âm. Ví dụ? - Phát sinh do dao động nhiệt của các nguyên tử. - Sóng âm truyền tốt trong các môi trường đàn hồi. - Sóng âm truyền được trong các môi trường nào? Tại sao? - Ta có thể phân biệt được giọng nam hay nữ nhờ vào độ cao của âm. - Cho ví dụ về nhạc âm? - Ta có thể phân biệt giọng nói của những người khác nhau nhờ vào âm sắc. - Sóng âm có mang năng lượng không vì sao? - Nếu L=1,2,3, B thì I=? - Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị là dB. - Với cùng một cường độ âm 10–17 W/m2 thì âm có tần số 1.000 Hz nghe khá to, còn âm có tần số 50 Hz nghe khá nhỏ. - Làm việc với cường độ âm lớn sẽ gây hại cho sức khoẻ. - Miền nghe được của tai người nằm trong khoảng nào? - Tác dụng của hộp cộng hưởng? - Đối với đàn ghita thì bộ phận nào là nguồn âm, bộ phận nào là hộp cộng hưởng? - Dơi, dế, cá heo, . . . - Truyền được trong hầu hết các môi trường vì sóng âm là sóng dọc. - Tiếng đàn, tiếng hát, . . - Học sinh theo dõi để hiểu về âm sắc. - Có, vì khi có sóng âm truyền tới các phần tử vật chất ở vị trí đó dao động. - I lớn gấp 10, 102, 103 lần Io - Từ 0dB đến khoảng 130dB. - Tăng cường những âm có tần số xác định. - Dây đàn là nguồn âm, bầu đàn là hộp cộng hưởng. 4. Củng cố: - Sóng âm được chia thành mấy loại ? Kể ra ? - Trình bày các đặc trưng sinh lí của sóng âm? - Phân biệt cường độ âm và mức cường độ âm? 5. Dặn dò: - Trả lời các câu hỏi trong SGK. - Xem trước bài Giao thoa sóng. Tiết CT: 14 Bài 11: GIAO THOA SÓNG Ngày soạn: Ngày dạy: --------*****-------- I. Mục đích yêu cầu: - Hiểu các khái niệm nguồn kết hợp, sóng kết hợp, giao thoa, sóng dừng, nút, bụng. - Nắm được điều kiện để có giao thoa và sự phân bố các điểm dao động cực đại và cực tiểu. - Nắm được điều kiện để có sóng dừng và sự phân bố các nút và bụng. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: - Sách giáo khoa, sách giáo viên và bài tập vật lí 12. - Một khay nước rộng. - Âm thoa hình chữ U, ở đầu có gắn 2 hòn bi. 2. Học sinh: - Đọc sgk ở nhà và quan sát hiện tượng giao nhau của sóng nước. III. Hoạt động trên lớp: 1. Ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ : - Âm sắc là gì? Do đâu mà có âm sắc? - Miền nghe được là gì và nằm trong những giới hạn nào? 3. Giảng bài mới: TL Nội dung Hoạt động của g/v Hoạt động của h/s I. Hiện tượng giao thoa: 1. Thí nghiệm: Một thanh nhẹ P ở hai đầu có gắn hai hòn bi nhỏ A và B đặt chạm mặt nước. Cho thanh dao động. Khi đó có hai hệ thống sóng tròn (sóng ngang) lan đi từ A và B cắt nhau tao ra trên mặt nước hai họ đường cong cố định một họ tại đó biên độ dao động cực đại, họ còn lại nằm xen kẻ và đứng yên. Đây là hiệu tượng giao thoa của sóng trên mặt nước. 2. Định nghĩa giao thoa sóng: Giao thoa là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian tạo ra những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng lên (cực đại) hay giảm bớt (đứng yên). II. Lý thuyết về giao thoa: - Xét một điểm M trên mặt nước cách 2 nguồn sóng A, B một khoảng là d1, d2 như hình vẽ - Hai nguồn sóng A, B dao động cùng tần số cùng pha và pt sóng có dạng :x = asinwt - Pt dao động tại M do sóng A truyền đến là: x1 = asin(wt - ) (1) - Pt dao động tại M do sóng B truyền đến là : x2 = asin(wt - ) (2) - Các phần tử tại M tham gia đồng thời 2 dao động là xM = x1 + x2 *Độ lệch pha : D j = (d2 – d1) Với w = 2pf . v = lf Þ Dj = d Với d = d2 –d1 - Tại các điểm có d = nl thì Dj = 2pf, 2 dao động cùng pha biên độ lớn nhất A = 2a. Quỹ tích các đường đó là họ các đường hypebol có tiêu điểm tại A, B - Khi d=(2p + 1) thì Dj = (2p + 1)p 2 dao động ngược pha, biên độ dao động có giá trị nhỏ nhất A=0. Quỹ tích các đường đó là họ các đường hypebol có tiêu điểm A, B. - Tại các điểm khác biên độ có giá trị trung gian. III. Sóng dừng : 1. Định nghĩa: là sóng có các nút và bụng cố định trong không gian. 2. Đặc điểm : - Biên độ của phần tử vật chất ở những điểm không đổi theo trục - Không truyền NL. - Khoảng cách giữa 2 nút và 2 bụng là 3. Đo vận tốc sóng: Quan sát sóng dừng, đếm số bụng k, ta sẽ biết được . Đo tần số sóng, ta sẽ xác định được vận tốc sóng: -Làm thí nghiệm cho h/s quan sát. M B l d2 d1 A - Thế nào là giao thoa sóng? - Thế nào là sóng kết hợp? - Tính thời gian sóng truyền từ A và B đến M? - Tại M các phân tử dao động như thế nào? - Độ lệch pha của hai dao động? - Nếu hiệu đường đi d=nl thì tại M dao động thế nào? - Nếu hiệu đường đi d=(2p+1) thì tại M dao động thế nào? - Cho h/s quan sát sóng dừng trên dây. Giải thích? - Nút sóng là những điểm đứng yên. Bụng sóng là những điểm dao động cực đại. - Khoảng cách giữa hai nút hay bụng liên tiếp nhau? - Học sinh quan sát thí nghiệm và trả lời các câu hỏi của giáo viên. (Trả lời như định nghĩa) - Là hai sóng dao động cùng pha, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. - Thời gian truyền từ A đến M là: - Thời gian truyền từ B đến M là: - Thực hiện đồng thời 2 dao động do A và B truyền đến. -Dj = d - Hai sóng tới cùng pha, tại M dao động với biên độ lớn nhất. - Hai sóng tới ngược pha, tại M dao động với biên độ nhỏ nhất (bằng 0). - Do có sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ. Là 4. Củng cố: - Thế nào là nguồn kết hợp? Hiện tượng giao thoa? Điều kiện để có giao thoa? - Thế nào là sóng dừng? Điều kiện để có sóng dừng? Sự phân bố các nút và bụng 5. Dặn dò: Trả lời các câu hỏi và làm các bài tập trong SGK. ----------------------------------------------///------------------------------------------------- Tiết CT: 15 BÀI TẬP Ngày soạn: Ngày dạy: --------*****-------- I. Mục đích yêu cầu: - Ôn tập, củng cố những kiến thức đã học về sóng âm, giao thoa sóng và sóng dừng. - Rèn luyên cho học sinh kỉ năng vận dụng lí thuyết để giải các bài tập. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: Chuẩn bị các bài tập và phương pháp giải bài tập. Sách giáo khoa, sách giáo viên và bài tập vật lí 12. 2. Học sinh: Làm trước các bài tập đã dặn trong các phần trước. III. Hoạt động trên lớp: 1. Ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ : - Định nghĩa hiện tượng giao thoa? Trình bày cách tạo ra hiện tượng giao thoa của sóng trên mặt nước. - Trình bày cách hình thành sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi? Nơi nào là nút, nơi nào là bụng sóng? 3. Giảng bài mới: TL Nội dung Hoạt động của g/v Hoạt động của h/s 1. Bài 6 trang 38 SGK: Gọi vận tốc và thời gian truyền âm trong không khí là vK và tK. Vận tốc và thòi gian truyền âm trong đường ray là vr và tr. Ta có : s = vK.tK => tK = Theo đề bài: tK – tr = 3 => tr = tK – 3 = – 3 Đồng thời : s = vr.tr => vr = = – 3 ≈ 5291 m/s 2. Bài 7 trang 38 (SGK): Ta có vận tốc âm : v = = ëf = 7,17. 200 = 1434 m/s 3. Bài 5 trang 43 (SGK) : Ta có : l = k= 3 => ë = = 0,4 m Vận tốc truyền sóng : v = ëf = 0,4 . 100 = 40 m/s 4. Bài toán : AB = 8 m, f = 440 Hz v = 352 m/s Trên đoạn AB có bao nhiêu nút và bụng sóng? - Bước sóng : ë = = ≈ 0,8 m - Số bước sóng trên đoạn AB : n = = 10 bước sóng Vậy trên đoạn AB có : + 10 bụng sóng + 11 nút sóng (tính cả A và B) - Quãng đường truyền âm ? - So sánh thời gian truyền âm trong hai môi trường ? - Kết hợp tính vr - Gọi h/s lên bảng giải. - Gọi h/s lên bảng giải. - Các nút hay bụng sóng liên tiếp cách nhau bao nhiêu? - Làm thế nào tính đựơc số nút hay bụng? - ë= ? - Có bao nhiêu nút và bụng? Tại sao? s = vK.tK= vr.tr tK – tr = 3 - H/s giải bài toán - H/s giải bài toán - - Tính bước sóng. - ë = - 10 bụng sóng và 11 nút sóng. Vì A và B là hai điểm cố định nên có thêm hai nút 4. Củng cố: - Khoảng cách giữa hai nút hay hai bụng sóng liên tiếp nhau ? - Cách đo bước sóng ? 5. Dặn dò: - Giải các bài tập trong sách bài tập vật lí 12. - Xem lại các kiến thức đã học trong 2 chương chuẩn bị kiểm tra 1 tiết. Tiết CT: 16 KIỂM TRA Ngày soạn : Ngày dạy: --------*****-------- I. Mục đích yêu cầu: - Giúp học sinh ôn tập, củng cố lại những kiến thức đã học. - Đánh giá mức độ lĩnh hội kiến thức của học sinh. - Rèn luyện khả năng tư duy và vận dụng các kiến thức đẫ học. II. Chuẩn bị: Sách giáo khoa, sách giáo viên và bài tập vật lí 12. III. Hoạt động trên lớp: 1. Kiểm tra bài cũ : 2. Giảng bài mới: T.lượng Nội dung kiểm tra Đáp án và thang điểm 1. Định nghĩa hiện tượng giao thoa sóng. Thế nào là sóng dừng? 2. Dùng phương pháp vectơ quay tổng hợp hai dao động: x1 = 3sin(ùt + ) cm x2 = 3sin (ùt – ) cm 3. Một chất điểm dao động điều hòa dọc theo trục x nằm ngang với biên độ 10cm, chu kì 2s. Tại thời điểm ban đầu chất điểm ở vị trí cân bằng. a. Viết phương trình dao động của chất điểm. b. Tính li độ, vận tốc và gia tốc tại thời điểm t = 3s. 1. Giao thoa là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian tạo ra những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng lên (cực đại) hay giảm bớt (đứng yên). (2 điểm) Sóng dừng là sóng có các bụng và các nút cố định trong không gian. (1 điểm) 2. Vẽ hình đúng: 1 điểm A2 A1 A - Biên độ : ( 1 điểm) - Pha ban đầu: (0,5 điểm) Phương trình dao động: cm (0,5 điểm) 3. a. Phương trình dao động: A=10cm T=2s rad/s (0,5 điểm) Chọn t=0 khi x=0 => (0,5 điểm) Phương trình: cm. (0,5 điểm) b. Khi t= 3s - Li độ: x=10sin3đ=-10cm (0,5 điểm) - Vận tốc: (1 điểm) - Gia tốc: cm/s2 (1 điểm) 3. Củng cố: 4. Dặn dò: Xem trước bài Hiệu điện thế dao động điều hoà. Dòng điện xoay chiều.