SKKN: Hệ thống kiến thức theo chủ đề-phần sóng cơ

Mục tiêu của đề tài là hệ thống kiến thức trọng tâm; có bài tập kèm theo hướng dẫn chi tiết để củng cố kiến thức đó ở các mức nhận biêt, thông hiểu, vận dụng và vận dụng nâng cao. Tôi hy vọng đề tài này sẽ giúp ích một chút nào đó cho các quý đồng nghiệp và các em học sinh lớp 12 ôn tập tốt phần sóng cơ trong chương trình ôn thi trung học phổ thông quốc gia.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

“ HỆ THỐNG KIẾN THỨC THEO CHỦ ĐỀ - PHẦN SÓNG CƠ ”

Lĩnh vực : VẬT LÝ Cấp học : Trung học phổ thông

MÃ SKKN

PHẦN MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài :

Hiện nay việc đổi mới thi cử là vấn đề quan tâm hàng đầu của giáo viên vàhọc sinh lớp 12 Đối với các môn thi, giáo viên ngoài việc dạy kiến thức cơ bản thìcòn phải tiến hành ôn tập sao cho đảm bảo được cả kiến thức cơ bản và nâng cao để

giúp các em tự tin khi làm bài Vì vậy việc hệ thống kiến thức theo mỗi chủ đề là

rất quan trọng đối với giáo viên

Hiện nay,tình trạng thực tế ở đề thi đòi hỏi học sinh vận dụng kiến thức tổng hợp,liên môn từ dễ đến khó để làm bài Từ đó đánh giá được năng lực người học; chútrọng hình thành phẩm chất, năng lực của học sinh Để đáp ứng được vấn đề đó thìgiáo viên dạy thật sự phải có năng lực,biến các kiến thức thành một chuỗi theo mộtđường dẫn sao cho học sinh hiểu được gốc của vấn đề và dễ dàng lĩnh hội kiến thức

đó.Vì vậy tôi chọn đề tài “Hệ thống kiến thức theo chủ đề -phần sóng cơ’’

Trong đề tài này, tôi đưa ra kiến thức cơ bản; hệ thống kiến thức trọng tâm; có bàitập kèm theo hướng dẫn chi tiết để củng cố kiến thức đó ở các mức nhận biêt, thônghiểu, vận dụng và vận dụng nâng cao Tôi hy vọng đề tài này sẽ giúp ích một chútnào đó cho các quý đồng nghiệp và các em học sinh lớp 12 ôn tập tốt phần sóng cơtrong chương trình ôn thi trung học phổ thông quốc gia

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

- Đối tượng: học sinh lớp 12, lớp chất lượng khá – giỏi

- Phạm vi: phần sóng cơ thuộc chương II –vật lý 12

III Phương pháp nghiên cứu:

- Xác định đối tượng học sinh cho đề tài.

- Tập hợp kiến thức cơ bản về sóng cơ; tách ra các phần nội dung nhỏ từ dễ đếnkhó, mỗi phần là một dạng toán kèm theo hướng dẫn giải chi tiết

- Tiến hành dạy thử nghiệm đề tài trong 5 tiết ôn tập

- Kiểm tra việc tiếp thu của học sinh bằng các bài tập từ dễ đến khó

- Đánh giá theo kết quả được đối chứng, đưa ra sự điều chỉnh và bổ sung phùhợp

IV Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu :

- Thời gian nghiên cứu: Trong chương trình ôn tập tháng 3 năm 2015

- Dạy ôn tập hai lớp 12A3; 12A4 trong 5 tiết ôn tập

* Tình trạng thực tế các lớp dạy trước khi thực hiện đề tài:

Khi chưa thực hiện đề tài: dạy xong lý thuyết và giao bài tập thuộc lĩnh vực ôntập của đề tài về nhà, sau đó kiểm tra 45 phút và đánh giá theo các mứcGIỎI,KHÁ,TB, YẾU

Tôi thu được kết quả các lớp dạy như sau:

2 Năm học 2014 – 2015,tuần học thứ 8- tháng 10

Lớp Sĩ số Giỏi Khá TB Yếu 12A3 49 6% 15% 67% 12% 12A4 50 5% 15% 62% 18%

*Giải pháp mới: Tôi tiến hành thực hiện ôn tập vào tháng 3 theo chuỗi kiếnthức sau:

A Củng cố kiến thức cơ bản :

1 Các đại lượng đặc trưng của sóng hình sin:

 Chu kì T, tần số f, biên độ A của sóng: là chu kì, tần số, biên độ dao động củamột phần tử vật chất có sóng truyền qua

 Tốc độ sóng : là tốc độ truyền pha dao động

 Bước sóng :

 Quan hệ giữa f , T, , với

 Gọi d là khoảng cách giữa hai điểm trên một phương truyền sóng :

+ Nếu d = k  hai điểm dao động cùng pha

+ Nếu d = (2k + 1)  hai điểm dao động ngược pha

+ Nếu d = (2k + 1)  hai điểm dao động vuông pha

Với k  Z

2 Lập phương trình dao động của một điểm trên phương truyền sóng :

Xét sóng truyền từ điểm O đến điểm M với : OM = d, coi biên độ sóng không đổi

- Nếu uO = acos(t + O )  uM =acos(t +  O – )

- Nếu uM = acos(t + M )  uO =acos(t +  M + )

-  O sớm pha hơn M một góc ( là độ lệch pha giữa O và M )

 Bài toán liên quan đến phương trình sóng

4 Lưu ý :

- Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động : trạng thái của phần tửdao động trước được truyền cho phần tử dao động sau được căn cứ vào độ lệch phagiữa chúng

- Nhìn vào đồ thị ta có thể nhận biết được trạng thái dao động của mỗi phần tử vậtchất trên phương truyền nếu biết hướng truyền sóng và ngược lại

- Phương trình sóng thể hiện sự tuần hoàn cả về không gian và thời gian

- Coi biên độ sóng không đổi trong quá trình truyền, các phần tử vật chất có sóngtruyền qua là các điểm dao động điều hòa với cùng biên độ Nên có thể biểu diễn sựdao động đó trên cùng một vòng tròn lượng giác, điểm nào gần nguồn sóng sẽ daođộng trước Từ đó căn cứ vào độ lệch pha ta có thể tìm được trạng thái dao độngcủa các phần tử vật chất khi biết trạng thái của một điểm dao động trước hoặc saunó

B Một số bài tập áp dụng :

Bài 1 Một dây đàn hồi dài có đầu A dao động theo phương vuông góc với sợi dây.

Tốc độ truyền sóng trên dây là 4m/s Xét một điểm M trên dây và cách A một đoạn40cm, người ta thấy M luôn dao động lệch pha với A một góc  = (k+0,5) với k

/4

O

A.8,5Hz B.10Hz C.12Hz D.12,5HzHướng dẫn :AM = 0,4 = = với

  3,2 < (2k+1) < 5,2

 2k+1=5

 f = 12,5 Hz

Bài 2 : Sóng cơ ngang có biên độ a truyền lần lượt qua các điểm theo đúng thứ tự

A, O và B (AO = 2,5m; OB =0,5m) trên một sợi dây dài nằm ngang Điểm A daođộng ngược pha với B và khi B dao động với tốc độ cực đại thì tốc độ dao động của

O bằng 0

a) Tìm bước sóng Biết trên AB chỉ có một điểm dao động cùng pha với O.b) Khi O dao động được đoạn đường 6a thì sóng truyền được một đoạn đườngbao nhiêu?

c) Viết phương trình sóng tại A và B, nếu phương trình sóng tại O là:

a) Tìm tốc độ truyền sóng, chu kì sóng và khoảng thời gian giữa hai lần liêntiếp A qua vị trí cân bằng.

b) Tại thời điểm t = t1 các điểm O và B (B nằm trong OA và BO = ) ở trên vị trícân bằng lần lượt là 0,75cm và 1cm và đều đang đi lên Tìm biên độ sóng và li

độ tại O ở thời điểm t= t1 +s

*Hướng dẫn :

a) t = =  0,3 = 

T = = 0,2s;  = 10 rad/s

- Khoảng thời hai lần liên tiếp A qua VTCB là = 0,1s

b) O và B vuông pha với nhau nên :

Câu 4 : Một sóng cơ truyền trên sợi dây đàn hồi rất dài với biên độ 6mm Tại một

thời điểm,hai phần tử trên dây cùng lệch khỏi VTCB 3mm, chuyển động ngượcchiều và cách nhau một khoảng gần nhất là 8cm ( tính theo phương truyền sóng ).Gọi  là tỉ số giữa tốc độ dao động cực đại của một phần tử trên dây với tốc độtruyền sóng Gía trị của  gần giá trị nào nhất sau đây?

A 0,105 B 0,179 C 0,314 D 0,079

*Hướng dẫn:

Gọi d=8 là khoảng cách 2 phần tử M, N trên dây có sóng truyền

M,N cùng lệch so với VTCB 3mm (),chuyển động ngược chiều

6 3

N

2/3

 biểu diễn M,N trên VTLG

 M/N =2 =   = 3d = 24cm

 (chọn B)

Câu 5: Sóng có tần số 20Hz truyền trên mặt chât lỏng với tốc độ 200cm/s, gây ra

các dao động theo phương thẳng đứng của các phần tử chất lỏng Hai điểm M và N

thuộc mặt chất lỏng cùng phương truyền sóng cách nhau 22,5cm Biết điểm M

nằm gần nguồn sóng hơn Tại thời điểm t, điểm N hạ xuống thấp nhất Hỏi sau đó

thời gian ngắn nhất là bao thì điểm M sẽ hạ xuống thấp nhất?

B s C D s

*Hướng dẫn:

Ta có : T= =s  = =10cm

Độ lệch pha giữa hai điểm M, N là M/N =2 =2 =9

Điểm M dao động trước N,vì M ở gần nguồn sóng hơn

Biểu diễn M và N trên VTLG:tại thời điểm t, điểm N hạ xuống thấp nhất ( ở

biên âm) thì từ N ta quay theo chiều dương góc 9 sẽ được điểm M

Từ VTLG  tính từ thời điểm t, thời gian ngắn nhất để M hạ xuống thấp nhất

là t = = s (chọn B)

Câu 6 :Sóng ngang có tần số 20 Hz truyền trên mặt nước với tốc độ 2m/s Trên

một phương truyền sóng đến điểm M rồi mới đến điểm N cách nó 21,5 cm Tại thời

điểm t, điểm M hạ xuống thấp nhất Sau thời gian ngắn nhất bao nhiêu thì điểm N

* Hướng dẫn giải :

MN = = 4 +

Sóng truyền tới M trước ,nên M dao động trước và N dao động sau

Trên VTLG tại thời điểm t, M hạ xuống thấp nhất thì N trễ pha so với M

Ta có t =  sau thời gian t = = (s) thì N sẽ hạ xuống thấp nhất

Câu 7 :Có hai điểm M và N trên cùng một phương truyền của sóng trên mặt nước,

cách nhau 5,75 Tại một thời điểm nào đó mặt thoáng ở M cao hơn VTCB 3mm

và đang đi lên; còn mặt thoáng ở N thấp hơn VTCB 4mm và đang đi lên Coi biên

độ sóng không đổi Biên độ sóng và chiều truyền sóng là

Theo đề bài tại thời điểm t có :

 biểu diễn trên VTLG

Ứng với hai thời điểm vuông pha nên = 5mm

Chiều truyền từ N tới M (theo chiều dương của VTLG)

Câu 8 : Một nguồn phát sóng dao động điều hòa tạo ra sóng tròn đồng tâm O

truyền trên mặt nước với bước sóng  Hai điểm M và N thuộc mặt nước ,nằm trên

hai phương truyền sóng mà các phần tử nước đang dao động Biết OM=8; ON =

12 và OM vuông góc với ON.Trên đoạn MN,số điểm mà phần tử nước dao động

ngược pha với dao động của nguồn O là

M N

-4 3

u

12

8 MO

d

II Giao thoa sóng cơ học :

A Củng cố kiến thức cơ bản :

1 – Lý thuyết giao thoa sóng mặt nước:

- Hình ảnh giao thoa 2 nguồn đồng bộ: gợn lồi là đường nét liền

- Hình ảnh giao thoa 2 nguồn sóng kết hợp ngược pha:

Trung trực của S1S2 và các đường Hypebol nét đứt chứa các điểm cực tiểu giao thoa

* Nhận xét :

- Xuất hiện các điểm dao động với biên độ cực đại ( do 2 gợn lồi hoặc 2 gợn lõmgặp nhau sẽ tăng cường nhau) và những điểm không dao động (do một gợn lõm gặpmột gợn lồi sẽ triệt tiêu nhau) gợn lồi là đường nét liền.

2 Phương trình sóng tại một điểm trong miền giao thoa :

- Phương trình sóng của mỗi nguồn tương ứng : u1 = acos(t + 1)

u2 = acos(t + 2)

1 và 2 là pha ban đầu của nguồn S1 và S2

- Độ lệch pha ban của 2 nguôn là  = (2 - 1)

Điểm M cách S1 đoạn d1; cách S2 đoạn d2

-Phương trình sóng tại điểm M do S1 truyền đến: u1M = acos(t + 1 – )

do S2 truyền đến: u2M = acos(t + 2 - )

* Phương trình sóng tổng hợp tại M: uM = u1M + u2M

uM = 2acos( +  )cost - 

+ Biên độ dao động tại M: aM = 2acos( +  )

+ Độ lệch pha của hai sóng tại M là: M =+ 2

* Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa :

- Nếu hai sóng tại M đồng pha thì M là cực đại giao thoa: M =k2

 d2 - d1 = k + ( hiệu đường đi )

- Nếu hai sóng tại M ngược pha thì M là cực tiểu giao thoa :M =(k2+1)

 d2 - d1 = (2k +1) +

- Nếu hai sóng tại M vuông pha thì :M =(k2+1)

 d2 - d1 = (2k +1)+

Với lý thuyết trên, tôi đưa ra một số dạng bài tập và phương pháp giải như sau :

3 Một số dạng bài tập và phương pháp giải :

a) Dạng 1 : Xác định số cực đại, cực tiểu thuộc khoảng cách hai nguồn S1S = l

* Phương pháp : sử dụng điều kiện cực đại giao thoa: d2 - d1 = k +

điều kiện cực tiểu giao thoa: d2 - d1 = (2k +1) +

Với d2 + d1 = l ; 0  d1  l hoặc 0  d1  l

- số điêm dao động với biên độ cực đại thỏa mãn : - +  k  +

- số điêm dao động với biên độ cực tiểu thỏa mãn : - - +  k  - +

Câu 1: Âm thoa điện gồm hai nhánh dao động có tần số 100Hz, chạm vào mặt

nước tại hai điểm S1 , S2 Khoảng cách S1S2 =9,6cm Tốc độ truyền sóng nước là1,2m/s Có bao nhiêu gợn sóng cực đại trong khoảng giữa S1 và S2 ?

A 17 B.14 C.15 D.18

*Hướng dẫn :

 = =1,2cm

S1 , S2 là hai nguồn đồng bộ ( = 0 )nên số cực đại trong khoảng giữa S1S2 thỏamãn :  - 8 < k < 8

 k   15 cực đại

C

âu 2: Hai nguồn kết hợp A và B cách nhau 50 mm lần lượt dao động theo phương

trình u1 = Acos200t(cm) và u2 = Acos(200t + ) (cm) trên mặt thoáng của thủyngân Xét về một phía của đường trung trực của AB, người ta thấy vân bậc k đi quađiểm M có MA – MB = 12 mm và vân bậc (k +3) (cùng loại với vân bậc k) đi quađiểm N có NA – NB = 36 mm Số điểm cực đại giao thoa trên AB là:

 S1H = = (cm)

S2H = S1S2 – S1H = 13 – =

 Khi C là cực đại bậc 4 thì H cũng  cực đại bậc 4

 S2H – S1H = (k + 0,5) ( vì 2 nguồn S 1 S 2 ngược pha)

  = 2 (cm)

Vậy số cực tiểu giao thoa trên đoạn S1S2 thỏa mãn:

= 13 giá trị

b) Dạng 2: Tìm số cực đại; cực tiểu thuộc đoạn thẳng khoảng cách 2 nguồn.

* Phương pháp Tìm hiệu đường truyền từ hai nguồn tới lần lượt 2 điểm M,N

;

So sánh và Giả sử

Dùng điều kiện thuộc MN:  d2 - d1 kết hợp điều kiện cực đại, cực tiểu ta được:

- số điêm dao động với biên độ cực đại thỏa mãn: +  k  +

- số điêm dao động với biên độ cực tiểu thỏa mãn:

- +  k  - +

Câu 4: Trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 40 cm luôn dao động

cùng pha, có bước sóng 6 cm Hai điểm CD nằm trên mặt nước mà ABCD là một hình chữ nhật, AD = 30 cm Số điểm cực đại và đứng yên trên đoạn CD lần lượt là:A.5 và 6 B 7 và 6 C 13 và 12 D 11 và 10

*Hướng dẫn

Vì 2 nguồn A, B cùng pha

+ Số cực đại  đoạn CD thỏa mãn :

+ Số cực tiểu  [CD] thỏa mãn

C

âu 5: 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 = 2cos40t và

uB = 2cos(40t + ) (uA và uB tính bằng mm, t tính bằng s) Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 30cm/s Xét đoạn thẳng MN = 12 cm thuộc mặt thoáng chất lỏng, MN vuông góc với AB, N nằm trên AB và cách A là 4 cm Số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn MN là:

20 12

MS1 = 10 cm, NS2 = 16 cm Số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn MN là:

âu 7: Hai nguồn phát sóng kết hợp A và B trên mặt chất lỏng dao động thoe

phương trình: u = acos(100t); u = bcos(100t) Tốc độ truyền sóng trên mặt

nằm trên đoạn IB Biết IM = 5 cm và IN = 6,5 cm Số điểm nằm trên đoạn MN

có biên độ cực đại và cùng pha với I là:

c) Dạng 3: Tìm số cực đại , cực tiểu trên một đường bao (hình tròn ,elip, hypebol ).

*Phương pháp : Tương tự dạng 2 ở trên để tìm số cực đại, cực tiểu trên đoạn giới

hạn đường bao MN  khoảng cách 2 nguồn.Tính được số đường cực đai, cực tiểu

Từ đó tính được số cực đại, cực tiểu trên đường bao theo đặc điểm mỗi đường cực đại, cực tiểu cắt đường bao ở mấy điểm

Lưu ý :

Dựa vào giá trị chặn của k, xét xem tại M nà N có cực đại hay cực tiểu

- Nếu giá trị chặn là số nguyên thì sẽ có cực đại ở M, N

- Nếu giá trị chặn là số bán nguyên thì sẽ có cực tiểu ở M, N

- Nếu giá trị chặn là không thuộc hai trường hợp trên thì sẽ không có cực đại, cực tiểu ở M, N

A M I N B

5 6.5

Câu 8: Trên bề mặt chất lỏng có hai nguồn dao động vuông góc với bề mặt chất

lỏng có phương trình dao động uA = 3cos 10t (cm) và uB = 5cos (10t + ) (cm) Tốc độ truyền sóng trên dây là v = 50 cm/s, AB = 30 cm Cho điểm C trên đoạn

AB, cách A khoảng 18 cm và cách B 12 cm Vẽ đường tròn đường kính 10 cm, tâm tại C Số điểm dao động cực đại trên đường tròn này là:

A 7 B 6 C 8 D 4

*Hướng dẫn:

2 nguồn lệch pha (bất kì)

; xét đường tròn tâm C; đường kính EF

+ Số cực đại trên đường kính EF thỏa mãn:

=> k= Vậy có 2 cực đại trên đoạn EF

Vì các giá trị chặn k không nguyên, nên tại E, F không có cực đại Mỗi đườngHypebol qua cực đại  EF đều cắt đường tròn 2 điểm cực đại Nên số cực đại đường tròn tâm C, đường kính EF là : 2 x 2 = 4 (cực đại)

Câu 9: Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn AB cách nhau 15

cm dao động ngược pha Điểm M trên AB gần trung điểm I của AB nhất, cách I là 1

cm luôn dao động cực đại Số điểm dao động cực đại trên đường elip thuộc mặtnước nhận A, B làm tiêu điểm là: