skkn chuyên đề về sóng cơ và sóng âm

Đối tượng được tác động là học sinh trường THPT Nguyễn Đình Chiểu Công việc : tóm tắt lý thuyết theo từng chủ đề của chương 2, giải mẫu một số bài cho học sinh tham khảo, đánh giá học si

TRƯỜNG THPT NGUYỄN ĐÌNH CHIỂU



Mã số: ………

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Đề tài:

CHUYÊN ĐỀ SĨNG CƠ VÀ SĨNG ÂM

Người thực hiện: HỒ THÚY HẰNG

Lĩnh vực nghiên cứu:

Quản lý giáo dục: Phương pháp dạy học bộ môn Phương pháp giáo dục 

Cĩ đính kèm: Các sản phẩm khơng thể hiện trong bản in SKKN

 Mơ hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác

Năm học 2013 - 2014

 Chuyên nghành đào tạo: Vật lý

KINH NGHIỆM KHOA HỌC

 Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm : Giảng dạy Vật lý THPT

 Số năm kinh nghiệm : 7 Năm

 Các sáng kiến kinh nghiêm đã có trong 5 năm gần đây :

+ Sử dụng đường tròn lượng giác trong dao động điều hòa

+ Phương pháp giảng dạy bằng trắc nghiệm để gây hứng thú và phát huy tính tích cực của học sinh trong giờ giảng trên lớp

+ Chuyên đề Dòng điện xoay chiều

+ Chuyên đề Sóng cơ và sóng âm

CHUYÊN ĐỀ VỀ SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM

Tôi viết chủ đề này hy vọng rằng học sinh Nguyễn Đình Chiểu nói riêng vàtoàn bộ học sinh khối 12 có thể tham khảo để các em có thể hiểu rõ hơn về chương

II “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM”

II CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

Đối với môn vật lý ở trường phổ thông, bài tập vật lý đóng vai trò hết sức quan trọng Việc hướng dẫn học sinh làm bài tập vật lý là một hoạt động dạy học khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên vật lý trong việc hướng dẫn hoạt động trì tuệ học sinh Vì thế đòi hỏi người giáo viên và học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lý nhằm giúp học sinh vận dụng được những kiến thức để tự giải quyết được những bài tập cụ thể, giúp phát triển tư duy và óc sáng tạo của học sinh.

Điều tra hiện trạng

a)Giải pháp đã có cần nghiên cứu :

- Tóm tắt lý thuyết cơ bản về sóng cơ và sóng âm

- Bài tập vận dụng về sóng cơ và sóng âm

b)Nguyên nhân gây ra các hạn chế của giải pháp đã có :

- Phần tóm tắt lý thuyết cơ bản không theo từng chủ đề

- Các câu hỏi trắc nghiệm ít

-Chưa có phần tổng hợp kiến thức

c)Nguyên nhân muốn thay đổi :

- Bổ sung các câu hỏi trắc nghiệm theo từng chủ đề và có hướng dẫn cho từng

ví dụ minh họa

- Tóm tắt lý thuyết cơ bản theo từng chủ đề

- Bổ sung phần tổng hợp kiến thức về sóng cơ và sóng âm

Đưa ra giải pháp thay thế

a)Tìm hiểu lịch sử vấn đề : Sách bài tập Vật lý 12 của Nguyễn anh Vinh

b)Đưa ra giải pháp thay thế để giải quyết vấn đề : Trên cơ sở tham khảo sách

bài tập Vật lý 12 của Nguyễn Anh Vinh và bổ sung phần tổng hợp kiến thức để họcsinh có thể nắm rõ về sóng cơ và sóng âm

Các vấn đề nghiên cứu : Gồm hai chủ đề :

-Chủ đề 1 : Đại cương về sóng cơ và sóng âm bao gồm :

*Đề tài này là giải pháp thay thế một phần giải pháp đã có

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP

1 Phương pháp nghiên cứu.

1.1 Phạm vi của chuyên đề này nhẳm mục đích tổng hợp đầy đủ các kiến thức của vật lý lớp 12 chương 2 để học sinh có thể giải được đa số những bài tập thuộc

về chương này Vì vậy, trước hết cần phải nghiên cứu kỹ chương trình này

Đối tượng được tác động là học sinh trường THPT Nguyễn Đình Chiểu

Công việc : tóm tắt lý thuyết theo từng chủ đề của chương 2, giải mẫu một số

bài cho học sinh tham khảo, đánh giá học sinh thông qua phần lý thuyết và phầntrắc nghiệm tổng hợp

Thời gian thực hiện giải pháp : 2013-2014

1.2 Cách thức thực hiện phiếu khảo sát

Để kiểm tra kết quả của việc giảng dạy chương 2 vật lý 12 tôi đã tổ chức lấy ýkiến của một số học sinh mà tôi trực tiếp giảng dạy Kết quả cụ thể như sau:

Trước khi thực hiện Sau khi thực hiện

Lớp Tổng số

Mức độ

Khối lớp Tổng số

Mức độ Rất thích Thích Không thích Rất thích Thích Không thích

2 Nội dung giải pháp

Chủ đề 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ SÓNG ÂM

A LÝ THUYẾT CƠ BẢN

I SÓNG CƠ

1 Khái niệm về sóng cơ

a Sóng cơ: là dao động dao động cơ lan truyền trong một môi trường không truyền được trong chân không

Đặc điểm:

- Sóng cơ không truyền được trong chân không.

- Khi sóng cơ lan truyền, các phân tử vật chất chỉ dao động tại chổ, pha dao động và năng lượng sóng chuyển dời theo sóng.

- Trong môi trường đồng tính và đẳng hướng, tốc độ không đổi

b Sóng dọc: là sóng cơ có phương dao động trùng với phương truyền sóng Sóng

dọc truyền được trong chất khí, lỏng, rắn

Ví dụ: Sóng âm trong không khí

c Sóng ngang: là sóng cơ có phương dđ vuông góc với phương truyền sóng Sóng

ngang truyền được trong chất rắn và trên mặt chất lỏng.

Ví dụ: Sóng trên mặt nước

1 Các đặc trưng của sóng cơ:

a Chu kì (tần số sóng): là đại lượng không thay đổi khi sóng truyền từ môi

trường này sang môi trường khác

b Biên độ sóng: là biên độ dđộng của một phần tử có sóng truyền qua.

c Tốc độ truyền sóng: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường; phụ

thuộc bản chất môi trường (v R v L v K) và nhiệt độ (nhiệt độ của môi trường tăng

thì tốc độ lan truyền càng nhanh)

là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kì

Chú ý: Trên vòng tròn lượng giác: S 2 R

 Chú ý:

+ Số chu kì bằng số gợn sóng trừ 1

+ Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là 

+ Quãng đường truyền sóng: S = v.t

- Khoảng cách giữa hai điểm dao động cùng pha:d k  (k = 1, 2, 3…)

- Khoảng cách giữa hai điểm dao động ngược pha:d ( 1

2

  (k = 0, 1, 2…)

Chú ý:

+ Nếu nguồn kích thích bằng dòng điện có tần số f thì sóng dao động với 2f.

+ Hai điểm gần nhau nhất cùng pha cách nhau 1 bước sóng

+ Hai điểm gần nhau nhất ngược pha cách nhau nửa bước sóng

+ Hai điểm gần nhau nhất vuông pha cách nhau một phần tư bước sóng

2 d

u  a cos( t      )



N N

2 d

u  a cos( t      )



1 Sóng âm là sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn (Âm không

truyền được trong chân không)

- Trong chất khí và chất lỏng, sóng âm là sóng dọc

- Trong chất rắn, sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc

2 Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000Hz mà tai con người cảm nhận

được Âm này gọi là âm thanh

- Siêu âm: là sóng âm có tần số > 20 000Hz

- Hạ âm: là sóng âm có tần số < 16Hz

3 Nguồn âm là các vật dao động phát ra âm.

4 Tốc độ truyền âm:

- Trong mỗi môi trường nhất định, tốc độ truyền âm không đổi

- Tốc tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ của môi trường và nhiệt độ của môi trường

- Tốc độ vrắn > vlỏng > vkhí

5 Các đặc trưng vật lý của âm (tần số, cường độ (hoặc mức cường độ âm), năng

lượng và đồ thị dao động của âm)

a Tần số của âm: Là đặc trưng quan trọng Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi, tốc đô truyền âm thay đổi, bước sóng

của sóng âm thay đổi

b Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng năng lượng mà sóng âm

tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng

trong một đơn vị thời gian; đơn vị W/m 2

S

P S

t

W

+ W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn

+ S (m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm

+ Với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR2

c Mức cường độ âm:

Đại lượng

0

I L(B) = lg

I

Hoặc

0

I L(dB) = 10.lg

I0 là cường độ âm chuẩn (thường I0=10-12W/m2 có tần số 1000Hz)

Đơn vị của mức cường độ âm là ben (B) Trong thực tế người ta thường

dùng ước số của ben là đêxiben (dB): 1B = 10dB.

d Đồ thị dao động âm: là đồ thị của tất cả các họa âm trong một nhạc âm

gọi là đồ thị dao động âm

6.Đặc trưng sinh lí của âm: (3 đặc trưng là độ cao, độ to và âm sắc)

- Độ cao của âm gắn liền với tần số của âm (Độ cao của âm tăng theo tần số

âm)

- Độ to của âm là đặc trưng gắn liền với mức cường độ âm (Độ to tăng theo

mức cường độ âm)

- Âm sắc gắn liền với đồ thị dao động âm, giúp ta phân biệt được các âm phát

ra từ các nguồn âm, nhạc cụ khác nhau Âm sắc phụ thuộc vào tần số và biên độcủa các hoạ âm

Chú ý:

+ Nhạc âm là âm có tần số xác định

+ Tạp âm là âm có tần số không xác định

+ Một đầu bịt kín → ¼ bước sóng

+ Hai đầu bịt kín → 1 bước sóng

+ Hai đầu hở → ½ bước sóng

+ Khoảng cách giữa 2 điểm cùng pha bất kỳ là một số nguyên lần bước sóng.+ Khoảng cách giữa 2 điểm ngược pha bất kỳ là một số lẻ nửa bước sóng

Câu 1: Tìm phát biểu sai.

A Sóng truyền đi không tức thời

B Quá trình truyền sóng là quá trình truyền dao động

C Sóng truyền đi mang theo vật chất của môi trường

D Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng

Hướng dẫn:

Sóng cơ học là các dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong một môitrường vật chất Khi sóng truyền qua, các phần tử của mội trường chỉ dao độngnquanh vị trí cân bằng của chúng mà không chuyển dời theo sóng, chỉ có pha daođộng và năng lượng của sóng được truyền đi  chọn câu C.

Câu 2: Sóng ngang là sóng có phương dao động của các phần tử vật chất

A Cùng phươngn với phương truyền sóng

B Luôn nằm ngang

C Luôn nằm ngang và vuông góc với phương truyền sóng

D Vuông góc với phương truyền sóng

B Vận tốc truyền pha dao động và vận tốc dao động của các phần tử vật chất

C Vận tốc truyền pha dao động

D Vận tốc dao động của nguồn sóng

Hướng dẫn:

Chọn C vì vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động

Câu 4: Một người quan sát một chiếc phaothấy nó nhô cao lên 5 lần trong 8 giây

và thấy khoảng cách 2 ngọn sóng kề nhau là 0,2m Vận tốc truyền sóng biển bằng

Câu 5: Sóng truyền tại mặt chất lỏng với bườc sóng 0,8cm Phương trình dao động

tại nguồn O có dạng Phương trình dao động tại điểm M cách O một đoạn 5,4cmtheo phương truyền sóng là

A u M 5cost2 mm B u M  5cost 13,5  mm

C u M  5cost 13,5  mm D u M  5cost 10,8  mm

Hướng dẫn:

vì pt nguồn có dạng u0  5cos t mm  nên pt sóng tại điểm M cách O một khoảng là

5, 4 5cos 2 5cos 2 5 cos 13, 5

0,8

M M

Câu 6: Một nguồn sóng cơ truyền dọc theo một dường thẳng, nguồn dao động với

pt u0 Acos t Một điểm M atrên phương truyền sóng cách nguồn

3

M

d  tạithời điểm

Câu 7: Nguồn sóng đặt tại O dao động theo pt u0 acos t điểm M nằm cách

O một đoạn bằng x Dao động tại O và M cùng pha nếu:

A Một bước sóng thì hai điểm đó dao động cùng pha.

B Một số nguyên lần bước sóng thì hai điểm đó dao động cùng pha

C Một nữa bước sóng thì hai điểm đó dao động ngược pha

D Một số nguyên nửa bước sóng thì hai điểm đó ngược pha

Hướng dẫn:

Nếu khoảng cách giữa hai điểm trên cùng một phương truyền sóng bằng một

só nguyên chẵn của nửa bước sóng thì chúng dao động cùng pha  chọn D

Câu 9: Một thanh thép đàn hồi dao động với tần số f = 16Hz, gắn một quả cầu nhỏ

vào thanh thép Khi thanh thép dao động, trên mặt nước có một nguồn sóng tại tâm

O Trên nửa đường thẳng đi qua O người ta thấyhai điểm M,N cách nhau 6cm daođộng cùng pha Biết tốc độ lan trền của sóng 0, 4 /m s v  0,6 /m s Tốc độ truyềnsóng là

Câu 10: Một sóng cơ học truyền dọc theo trục Ox, tại một điểmM cách nguồn d

dao động với pt 4cos 3  

Câu 11: Một người đứng gần chân núi bắn một phát súng, sau 6,5s thì nghe tiếng

vang từ núi vọng lại Biết vận tốc sóng âm trong kk là 340m/s Khoảng cách từchân núi đến người đó là:

Chủ đề 2: GIAO THOA SÓNG, SÓNG DỪNG

A LÝ THUYẾT CƠ BẢN

I Giao thoa sóng

1 Định nghĩa giao thoa sóng

Giao thoa sóng là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ biên độ sóng tổng hợp được tăng cường hoặc giảm bớt

2 Sóng kết hợp

Hai nguồn kết hợp là hai nguồn có : cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Hai sóng kết hợp là hai sóng do hai nguồn kết hợp do sóng phát ra

3 Phương trình sóng tổng hợp tại M và các trường hợp đặc biệt

a Tổng quát cho hai nguồn có độ lệch pha bất kỳ:

Phương trình sóng tại hai nguồn cùng phưong S1, S2 cách nhau một khoảng l:

Biện độ sóng tổng hợp tại M: A 2 cosa  d1 d2

Quỹ tích của những điểm thỏa mãn (*) với k là những số nguyên sẽ lập nên

họ hypepol nhận S1, S2 làm tiêu điểm

Số cực đại chính là số giá trị k nguyên xuất phát từ hệ pt

        số giá trị k nguyên bao giờ cũng là số chẵn

c Nếu hai nguồn kết hợp ngược pha

A P

P A

Sóng dừng là trường hợp đặc biệt của giao thoa sóng, đó là sự giao thoa củahai sóng kết hợp truyền ngược chiều nhau trên cùng một phương truyền sóng

Khoảng cách giữa hai nút sóng hay giữa hai bụng sóng bất kỳ:

 Dây cố định hai đầu:

l k k

f k f



   

 Bước sóng dài nhất Max  2lkhi k = 1

 Dây cố định một đầu, một đầu tự do: 2 1

u   t  

  cm Biết vận tốctruyền sóng trên mặt nước là 1m/s Tại điểm M trên mặt nước cách S1 một đoạn10cm và cách S2 một đoạn 17cm sẽ có biên độ sóng tổng hợp bằng:

Câu 4: Trong thí nghiệm giao thoa sóng người ta tạo ra trên mặt nước 2 nguồn

sóng A, B dao động với phương trình uA = uB = 5cos10t (cm) Vận tốc sóng là 20

cm/s Coi biên độ sóng không đổi Viết phương trình dao động tại điểm M cách A,

Câu 5:Trong thí nghiệm về hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước hai nguồn kết

hợp A và B dao động với tần số f = 13 ( Hz) Tại 1 điểm M cách nguồn ABnhững khoảng d1 = 19 cm và d2= 21cm, sóng có biên độ cực đại Giữa M và đườngtrung trực của AB không có cực đại nào khác Tính vận tốc truyền sóng trên mặtnước?

A 10(cm/s) B 20(cm/s) C 26(cm/s) D 30(cm/s)

Hướng dẫn:

Nhận xét do d1 < d2 nên trên hình vẽ M nằm lệch về phía bên trái của AB Tại M sóng có biên độ cực đại, giữa M và đường trung trực của AB khong có cựcđại nào khác, vậy tất cả chỉ có 1 cực đại Hay k = -1 ( k: là số cực đại) chú ý: bêntrái đường trung trực của AB là quy ước k âm và bên phải k dương:

Hiệu đường đi để tại đó sóng có biên độ cực đại là : d1- d2 = k ->

19 -20 = -1 ->

Vậy vận tốc truyền sóng là : v =

Câu 6: Trong hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước với hai nguồn cùng tần số

50 Hz Biết khoảng cách giữa hai điểm dao động cực đại gần nhau nhất trên đườngnối hai nguồn là 5 cm Tính bước sóng, chu kì và tốc độ truyền sóng trên mặt nước

Câu 7: Trong thí nghiệm giao thoa sóng, người ta tạo ra trên mặt nước hai nguồn

sóng A, B dao động với phương trình uA = uB = 5cos10t (cm) Tốc độ truyền sóngtrên mặt nước là 20 cm/s Điểm N trên mặt nước với AN – BN = - 10 cm nằm trênđường dao động cực đại hay cực tiểu thứ mấy, kể từ đường trung trực của AB?

Hướng dẫn:

Ta có:  = vT = v



 2

Câu 8: Hai nguồn kết hợp A và B cách nhau một đoạn 7 cm dao động với tần số

40 Hz, tốc độ truyền sóng là 0,6 m/s Tìm số điểm dao động cực đại giữa A và Btrong các trường hợp:

a) Hai nguồn dao động cùng pha

b) Hai nguồn dao động ngược pha

b) Hai nguồn ngược pha:

Câu 9: Ở bề mặt một chất lỏng có hai nguồn phát sóng kết hợp S1 và S2 cách nhau

20 cm Hai nguồn này dao động theo phương thẳng đứng có phương trình sóng là

u1 = 5cos40t (mm) và u2 = 5cos(40t + ) (mm) Tốc độ truyền sóng trên mặt chấtlỏng là 80 cm/s Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn thẳng S1S2

Hướng dẫn:

Ta có:  = vT = v



 2

 = - 4,5 < k < 5,5;

vì k  Z nên k nhận 10 giá trị, do đó trên S1S2 có 10 cực đại

Câu 10: Ở mặt thoáng của một chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A và B cách

nhau 20 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình uA = 2cos40πt

và uB = 2cos(40πt + π) (uA và uB tính bằng mm, t tính bằng s) Biết tốc độtruyền sóng trên mặt chất lỏng là 30 cm/s Xét hình vuông AMNB thuộc mặtthoáng chất lỏng Tìm số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn BM

Hướng dẫn:

Ta có:  = vT = v



 2



 - 12,8 < k < 6,02; vì k  Z nên k nhận 19 giá trị, do đó trên BM có 19 cực đại

Câu 11: Trên một sợi dây đàn hồi có chiều dài 240 cm với hai đầu cố định có một

sóng dừng với tần số f = 50 Hz, người ta đếm được có 6 bụng sóng Tính vận tốc