Giáo án Vật lý Lớp 12 - Tiết 14: Giao thoa sóng - Năm học 2020-2021

Ngày sọan: 24/10/2020
Ngày dạy: 26/10/2020
Lớp: 12
Tiết 14. Bài 8: GIAO THOA SÓNG
I. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức
	- Mô tả được hiện tượng giao thoa của hai sóng trên mặt nước.
	- Viết và giải thích được công thức xác định vị trí cực đại, cực tiểu của giao thoa.
	- Nêu được điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng. 
- Trình bày được hai nguồn kết hợp và hai sóng kết hợp.
2. Về kĩ năng.
	- Quan sát thí nghiệm và rút ra những nhận xét hợp lí.
	- Vận dụng các kiến thức đã học để giải bài tập trong SGK và các bài tập tương tự.
3. Về thái độ.
 - Yêu cầu Hs có ý thức ghi chép, chú ý học bài, tích cực trong xây dựng bài.
4. Năng lực định hướng hình thành và phát triển
Năng lực tự chủ và tự học: thông qua làm bài tập về nhà
Năng lực giao tiếp và hợp tác: thông qua thảo luận, trả lời câu hỏi.
Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: thông qua việc làm bài tập.
II. CHUẨN BỊ
1. Giáo viên:
	- Bộ thí nghiệm như ở hình 8.1 SGK.
	- Hình vẽ 8.3 SGK.
	- Làm trước thí nghiệm về giao thoa sóng mặt nước để chọn tần số dao động của cần rung cho hợp lí và đặc biệt là khoảng cách giữa hai đầu nhọn S1, S2 nhằm tạo được hình ảnh giao thoa rõ ràng nhất.
2. Học sinh
	- Ôn lại kiến thức về tổng hợp hai dao động điều hòa.
III. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG
Ổn định lớp học: (2 phút)
Kiểm tra sĩ số lớp học, ổn định trật tự lớp học
Kiểm tra bài cũ: (5 phút)
GV: - Một nguồn sóng dao động với phương trình Viết phương trình dao động của điểm M trên phương truyền sóng cách nguồn sóng bằng một đoạn bằng d? 
-HS: Phương trình dao động của điểm M cách nguồn sóng bằng một đoạn bằng d:
uO = a cos( - 
- GV: Sóng dọc truyền trong môi trường nào? Sóng ngang chỉ truyền trong môi trường nào?
-HS: Sóng dọc truyền trong mọi môi trường khí, lỏng, rắn. 
Sóng ngang chỉ truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng.
Hoạt động cụ thể
STT
Nội dung
Thời gian
Phương tiện
Hoạt động 1
Đặt vấn đề
2 phút
Hoạt động 2
Thực hiện thí nghiệm về hiện tượng giao thoa của hai sóng trên mặt nước.
9 phút
Phấn viết, bộ thí nghiệm giao thoa sóng.
Hoạt động 3
Tìm hiểu dao động của một điểm trong vùng giao thoa 
8 phút
Phấn viết
Hoạt động 4
Xác định vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
7 phút
Phấn viết
Hoạt động 5
Tìm hiểu điều kiện giao thoa của hai sóng
6 phút
Phấn viết
Hoạt động 6
Củng cố, vận dụng và dặn dò
4 phút
Máy chiếu, phấn viết, sgk
Hoạt động 1(2 phút): Đặt vấn đề
Hoạt động giáo viên
Hoạt động học sinh
Trong bài trước, chúng ta tìm hiểu về sóng cơ và sự lan truyền của sóng cơ qua thí nghiệm với sóng mặt nước và dây thừng căng ngang. Tuy nhiên, trong thực tế, tại một điểm M bất kì trong không gian có thể có rất nhiều sóng cơ lan truyền đến. Vậy khi đó tại M sẽ xảy ra hiện tượng gì? Sóng tổng hợp tại M sẽ có đặc điểm như thế nào? Để trả lời được các câu hỏi hỏi đó, trong bài này chúng ta sẽ xét sự chồng chập của hai sóng trên mặt nước.
Biết được vấn đề cần nghiên cứu.
Hoạt động 2: Thực hiện thí nghiệm về hiện tượng giao thoa của hai sóng trên mặt nước (9 phút)
Nội dung ghi bảng
BÀI 8: GIAO THOA SÓNG
I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước
1. Thí nghiệm (hình 8.1)
- Đặt 2 mũi nhọn S1, S2 gắn với một cần rung cho chạm nhẹ vào mặt nước.
→Trên mặt nước xuất hiện hai nguồn sóng và những gợn sóng hình tròn đồng tâm lan rộng ra xa. Trong vùng gặp nhau của 2 sóng sẽ xuất hiện: 
+ 1 nhóm các đường cong tại đó các phần tử nước luôn dao động mạnh nhất.
+ 1 nhóm các đường cong khác tại đó các phân tử nước không dao động.
2. Giải thích
- Khi hai gợn sóng từ hai nguồn tới gặp nhau thì bị chồng chập lên nhau và kết quả là có những điểm dao động rất mạnh, do hai sóng gặp nhau ở đó tăng cường lẫn nhau, và có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó triệt tiêu nhau.
- Trên hình vẽ, những đường hypebol nét liền miêu tả những điểm dao động rất mạnh, những đường hypebol nét đứt miêu tả những điểm không dao động. 
*Tại đường trung trực của S1S2 là một dãy cực đại, hai bên là các dãy cực tiểu và cực đại nằm xen kẽ nhau một cách đều đặn.
- Khoảng cách giữa 2 cực đại cạnh nhau hoặc hai cực tiểu cạnh nhau luôn bằng 
	- Định nghĩa: Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. 
- Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa.
Hoạt động giáo viên
Hoạt động học sinh
-Sử dụng bộ thí nghiệm như hình vẽ 8.1 SGK. (TH không có điều kiện tiến hành TN thì cho HS quan sát video TN: 
và mô tả chi tiết cho HS).
-Khi tiến hành thí nghiệm thì cần phải đảm bảo:
+Mặt nước phẳng lặng, không chịu tác động của các yếu tố bên ngoài như gió, sự va chạm, 
+Hai đầu nhọn của kim giao thoa phải chạm đều vào mặt nước.
-Yêu cầu HS quan sát và nêu hiện tượng xảy ra trên mặt nước.
Lưu ý: các đường hypebol này có 2 tiêu điểm nằm tại hai đầu nhọn S1, S2.
Giải thích kết quả thí nghiệm: Khi cần rung dao động, tại mỗi đầu mũi nhọn phát ra một gợn sóng. Khi hai gợn sóng từ hai nguồn khác nhau này gặp nhau thì bị chồng chập lên nhau và kết quả là có những điểm dao động rất mạnh, do hai sóng gặp nhau ở đó tăng cường lẫn nhau, và có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó triệt tiêu nhau.
GV sử dụng hình 8.3.
Trên hình vẽ, những đường hypebol nét liền miêu tả những điểm dao động rất mạnh, những đường hypebol nét đứt miêu tả những điểm không dao động. 
*Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa.
Cá nhân quan sát và thu thập thông tin.
Thảo luận nhóm, đại diện trả lời câu hỏi:
- Hiện tượng: trên mặt nước xuất hiện các gợn sóng ổn định có hình hypebol.
- Học sinh tiếp thu, ghi ý chính.
Hoạt động 3: Tìm hiểu dao động của một điểm trong vùng giao thoa 3 (8 phút)
Nội dung ghi bảng
II. Cực đại và cực tiểu
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa. 
 Xét tại điểm M nằm trong vùng gặp nhau của hai sóng cách hai nguồn lần lượt là d1, d2.Giả sử phương trình sóng tại 2 nguồn: u1 = u2 = Acos(
Coi sóng truyền đi có A không đổi, tốc độ truyền là v. Phương trình do hai nguồn S1, S2 lần lượt gây ra tại M:
 Phương trình sóng tổng hợp tại M:
uM = u1M + u2M
Biên độ sóng tại M: AM=
Hoạt động giáo viên
Hoạt động học sinh
Đặt vấn đề: Chúng ta biết rằng, khi dao động của một sóng hình sin được truyền đi thì mỗi phần tử nơi có sóng truyền qua đều dao động. Vậy phần tử đó sẽ dao động như thế nào nếu có sự giao thoa của hai sóng?
GV vẽ hình 8.4 SGK lên bảng;
Gọi M là một điểm trong vùng giao thoa. M lần lượt cách S1, S2 những khoảng d1, d2;d1, d2 gọi là đường đi của mỗi sóng tới M.
- Yêu cầu HS viết phương trình dao động của hai nguồn.
 Để đơn giản, ta coi biên độ của các sóng truyền tới M là bằng nhau và bằng biên độ của nguồn.
- Hãy viết phương trình dao động tại điểm M do sóng truyền từ S1 tới?
- Hãy viết phương trình dao động tại điểm M do sóng truyền từ S2 tới?
-Dao động của phần tử tại M là tổng hợp của hai dao động điều hòa trên, Hãy viết phương trình dao động tổng hợp?
Gợi ý: dùng biến đổi lượng giác hoặc giản đồ Fre-nen.
Nhận thấy: dao dộng của phần tử tại M là dao động điều hòa cùng chu kì với hai nguồn và có biên độ dao động là:
AM=
Trả lời: Chọn mốc thời gian là lúc nguồn bắt đầu dao động, khi đó phương trình dao động của hai nguồn là:
Phương trình dao động tổng hợp:
Hoạt động 4: Xác định vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa (7 phút)
2. Vị trí cực đại và cực tiểu
* Vị trí các cực đại: 
d2 – d1 = k. với k = 0;
 - Những điểm mà tại đó có Amax là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ hai nguồn truyền đến bằng số nguyên lần bước sóng .
+ k = 0 Ứng với những điểm nằm trên trung trực của S1S2
+ k = Ứng với những điểm nằm trên dãy cực đại thứ nhất
+ k = ứng với những điểm nằm trên dãy cực đại thứ hai.
* Vị trí các cực tiểu 
d2 – d1 = (k + ) với k = 0;
- Những điểm dao động với biên độ cực tiểu là những điểm mà hiệu đường đi của sóng từ hai nguồn truyền tới bằng một số nửa nguyên lần bước sóng.
+ k = 0; -1 Ứng với dãy cực tiểu thứ nhất
+ k = 1; -2 Ứng với dãy cực tiểu thứ hai
+ k = 2; -3 Ứng với dãy cực tiểu thứ ba
Hoạt động giáo viên
Hoạt động học sinh
-Từ biểu thức của biên độ dao động, nhận thấy biên độ dao động của phần tử tại điểm M phụ thuộc vào hiệu đường đi (d1-d2). Hãy xác định điều kiện để biên độ dao động của phần tử tại điểm M đạt cực đại, cực tiểu?
Gợi ý: xét giá trị cosin.
*Như vậy, những điểm tại đó dao động với biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng .
Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm là S1, và S2, chúng được gọi là những vân giao thoa cực đại.
*Như vậy, những điểm tại đó dao động với biên độ cực tiểu là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một lẻ lần nửa bước sóng .
Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm là S1, và S2, chúng được gọi là những vân giao thoa cực tiểu.
-Làm việc cá nhân.
Từ biểu thức: AM=
- Điểm M dao động với biên độ cực đại khi 
hay .
- Điểm M dao động với biên độ cực tiểu khi 
hay 
Hoạt động 5: Tìm hiểu điều kiện giao thoa của hai sóng (6 phút)
Nội dung ghi bảng
III. Điều kiện giao thoa. Sóng kết hợp
- Điều kiện của giao thoa: Hai sóng truyền đến gặp nhau phải là hai sóng kết hợp
- Hai sóng kết hợp thỏa mãn:
+ Dao động cùng phương
+ Cùng tần số hoặc chu kỳ
+ Cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Hoạt động giáo viên
Hoạt động học sinh
-Tiến hành lại thí nghiệm 8.1, tuy nhiên, nguồn S2 được tháo ra khỏi cần rung và dùng tay để tạo một sóng mặt nước khác, với tần số khác với sóng S1.
-Hãy nhận xét kết quả thí nghiệm?
-Chúng ta vừa xét sự giao thoa của hai sóng mặt nước. Tuy nhiên, không phải khi nào hai sóng gặp nhau cũng tạo ra được những đường cong ổn định.
Vậy điều kiện để có hiện tượng giao thoa là hai nguồn sóng phải:
- Dao động cùng phương, cùng chu kì (hay tần số).
- Có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai nguồn kết hợp sẽ phát ra hai sóng kết hợp.
Chú ý: - Các công thức xác định vị trí cực đại, cực tiểu của giao thoa vừa xây dựng ở trên chỉ đúng trong trường hợp hai nguồn phát sóng là hai nguồn đồng bộ.
- Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng, tức là mọi quá trình sóng đều có thể gây ra hiện tượng giao thoa, ngược lại, quá trình vật lí nào gây được hiện tượng giao thoa cũng tất yếu là một quá trình sóng.
-Cá nhân quan sát thí nghiệm.
-Kết quả: không tạo ra được những đường hypebol ổn định như trong thí nghiệm hình 8.1.
-HS tiếp thu, ghi nhớ.
Hoạt động 6: Củng cố, vận dụng và dặn dò (4 phút)
Bài tập ví dụ 
1, Trong hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước 2 nguồn sóng có cùng tần số f = 40 (Hz). Khi quan sát hiện tượng giao thoa người ta thấy tại điểm M cách hai nguồn lần lượt là d1 = 12 cm; d2 = 18 cm. Tại đó các phân tử nước luôn dao động mạnh nhất. Xác định tốc độ truyền sóng trên mặt nước trong các trường hợp sau:
a, Giữa M và đường trung trực không có dãy cực đại nào khác.
b, Giữa M và đường trung trực có 2 dãy cực đại khác
c, Giữa M và đường trung trực có 2 dãy cực tiểu khác
Hoạt động giáo viên
Hoạt động của học sinh
-Yêu cầu HS nhắc lại những kiến thức chính trong bài bằng cách trả lời nhanh các câu hỏi cuối bài:
Bài 1: Hiện tượng giao thoa của hai sóng là gì?
Bài 2: Nêu công thức xác định vị trí các cực đại giao thoa.
Bài 3: Nêu công thức xác định vị trí các cực tiểu giao thoa.
Bài 4: Nêu điều kiện giao thoa.
Bài 5: Chọn câu đúng
Hiện tượng giao thoa là hiện tượng
A. giao thoa của hai sóng tại một điểm của môi trường.
B. tổng hợp của hai dao động
C. tạo thành các gợn lồi, 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.
Bài 6: 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
Cho HS ghi bài tập ví dụ về nhà làm.
Hướng dẫn học ở nhà:
- Hoàn thành các bài tập 7, 8 SGK.
- Đọc trước nội dung bài 9 SGK.
- Trả lời nhanh các câu hỏi cuối bài:
Bài 1: Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn luôn triết tiêu nhau.
Bài 2:
Công thức vị trí các cực đại giao thoa: d2- d1 = kλ (k = 0, ± 1, ±2, )
Bài 3: Công thức vị trí các cực tiểu giao thoa:
Bài 4: Điều kiện giao thoa là hai nguồn sóng phải:
Dao động cùng phương, cùng tần số góc
Có hiệu số pha không đổi theo thời gian
Bài 5: D
Bài 6: D
-Ghi bài tập ví dụ về nhà làm.
Hoàn thành nhiệm vụ về nhà
IV. Rút kinh nghiệm 
 .