Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Tiết 12+13, Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ - Trường THPT Quang Trung

 SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 
 GIAO THOA SÓNG 
 SÓNG DỪNG 
 ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM 
 ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM 
SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM 
Chương 2 : 
SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 
BÀI 7 : 
Tiết 12 & 13: 
TRƯỜNG THPT QUANG TRUNG-ĐÀ NẴNG 
TỔ VẬT LÍ 
Bài 7: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 
Đặt vấn đề: Khi ta ném một hòn đá xuống mặt hồ phẳng lặng, ta thấy những sóng nước hình tròn từ chỗ hòn đá rơi lan toả đi mọi nơi trên mặt nước. Nếu ta thả một nắp chai xuống mặt nước thì nó chỉ nhấp nhô theo sóng nước nhưng chỉ dao động tại chỗ theo sóng nước chứ không bị đẩy ra xa. 
SÓNG CƠ 
1. Thí nghiệm: 
 Người ta cũng làm thí nghiệm tương tự như hiện tượng trên 
a. Mô tả : (Hình 7.1 SGK) 
b. Hiện tượng: 
Khi rung cần rung sao cho mũi nhọn chưa chạm mặt nước thì nút chai vẫn đứng yên . 
Khi gõ nhẹ cần rung sao cho mũi nhọn chạm mặt nước tại O thì sau một khoảng thời gian ngắn ta thấy nút chai dao động 
c. Nhận xét: Dao động từ O đã truyền qua nước tới M. Như vậy đã có sóng trên mặt nước và O là một nguồn sóng. 
Bài 7: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 
 Quan sát ảnh minh hoạ em hãy cho biết mặt nước có dạng hình gì? 
2. Định nghĩa 
“Sóng cơ là dao động lan truyền trong một môi trường vật chất theo thời gian” 
 Các gợn sóng phát ra từ nguồn O đều là những đường tròn đồng tâm O 
O 
 Hãy so sánh tốc độ truyền sóng theo các phương khác nhau trên mặt nước? 
 Sóng nước truyền theo các phương khác nhau trên mặt nước với cùng tốc độ v. 
 Em có nhận xét gì về phương truyền sóng và trạng thái dao động của các phần tử tại mặt nước? 
 Các phần tử tại mặt nước dao động lên xuống theo phương thẳng đứng trong khi sóng truyền theo phương nằm ngang. 
3. Sóng ngang 
3. Sóng ngang 
 Bây giờ ta xét thí dụ với một ống lò xo dài, mềm. 
 Cho một đầu lò xo dao động theo phương vuông góc với trục của nó. Nghĩa là phương truyền dao động là phương của trục lò xo. 
 Quan sát các hình minh hoạ và cho biết trạng thái dao động của các vòng lò xo như thế nào? 
 Các vòng lò xo dao động lên xuống theo phương vuông góc với trục của lò xo. 
 Từ ví dụ của sóng mặt nước và lò xo, em hãy cho biết điểm giống nhau về mối quan hệ giữa phương dao động và phương truyền dao động? 
“Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng ” 
Chú ý: Trừ trường hợp của sóng mặt nước, sóng ngang chỉ 	 truyền trong môi trường chất rắn. 
3. Sóng ngang 
4. Sóng dọc 
a. Thí nghiệm minh hoạ: 
 Thí nghiệm với một ống lò xo dài, mềm được đặt trên mặt bàn nằm ngang không ma sát. 
 Một tay giữ cố định một đầu lò xo, một tay nén (hình a) hoặc giãn (hình b) nhanh đầu kia của lò xo rồi giữ yên. 
 Quan sát hình ảnh minh hoạ và thử đoán xem khi đó hiện tượng gì xuất hiện? 
 Khi đó xuất hiện các biến dạng nén và giãn lan truyền dọc theo trục lò xo. 
 Các vòng lò xo dao động như thế nào so với phương truyền dao động? 
 Mỗi vòng lò xo chỉ dao động quanh vị trí cân bằng theo phương song song với trục của nó trong khi sóng tiếp tục truyền đến đầu kia của lò xo. 
b. Nhận xét: 
“Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng ” 
Chú ý: 
+ Sóng dọc truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí. 
+ Sóng cơ không truyền được trong chân không. 
c. Định nghĩa: 
II. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SÓNG HÌNH SIN 
1. Sự truyền của một sóng hình sin 
P 
Q 
t = 0 
a) 
P 
Q 
t = T/4 
b) 
P 
Q 
t = 2T/4 
c) 
P 
Q 
t = 3T/4 
d) 
P 
Q 
t = T 
e) 
P 1 
λ 
P 
Q 
t = 5T/4 
Đỉnh sóng 
Hõm sóng 
f) 
Một sợi dây dài, mềm, căng ngang, một đầu được gắn vào tường tại điểm Q, một đầu gắn với cần rung tại P. 
Khi cho cần rung dao động thì đầu P dao động điều hoà theo phương thẳng đứng. Trên dây xuất hiện sóng cơ có dạng hình sin lan truyền về đầu Q như hình vẽ. 
a) Mô tả hiện tượng: 
Hình ảnh minh hoạ 
 Hình e cho thấy sau thời gian T ( chu kì dao động của P) dao động của P đã truyền đến P 1 cách nhau một đoạn: 
PP 1 = λ = vT 
P 
Q 
t = T 
e) 
P 1 
λ 
 Em có nhận xét gì về dao động của P 1 so với P? 
 P 1 bắt đầu dao động giống hoàn toàn giống P. Dao động từ P 1 tiếp tục truyền xa hơn và dây có dạng đường sin với các đỉnh không cố định mà dịch chuyển theo phương truyền sóng với tốc độ v. 
b) Nhận xét: 
1. Sự truyền của một sóng hình sin 
2. Các đặc trưng của một sóng hình sin 
 Em nào nhớ các đại lượng đặc trưng của một dao động điều hoà là gì? 
a . Biên độ sóng: “Biên độ A của sóng là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua” 
b. Chu kì (hoặc tần số) của sóng: “ Là chu kì (hoặc tần số) dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua” 
c. Tốc độ truyền sóng v: “là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường” 
- Đối với một môi trường truyền sóng thì v có giá trị không đổi 
l 
l 
2. Các đặc trưng của một sóng hình sin 
d) Bước sóng ( λ ): Là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì (hay bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên một phương truyền sóng hay là khoảng cách ngắn nhất giữa hai đỉnh sóng kế tiếp ) 
e) Năng lượng sóng: “ là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.” 
Chú ý: khi sóng truyền đi thì năng lượng sóng truyền đi 
III. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG 
V sóng 
O 
M 
x 
u 
x 
Xét một sóng hình sin đang lan truyền theo trục x và được phát ra từ một nguồn O. 
Chọn gốc toạ độ tại O và gốc thời gian sao cho phương trình sóng tại O là: u o = Acos ω t (7.2) với u o là li độ tại o vào thời điểm t 
 Sau khoảng thời gian Δ t, dao động từ O truyền đến M cách O một đoạn x là bao nhiêu nếu tốc độ truyền sóng là v và khi đó M có dao động hay không? Nếu có thì phần tử tại M dao động nhanh hơn hay muộn hơn dao động tại O? 
 Sau khoảng thời gian Δ t, dao động từ O truyền đến M cách O một đoạn x = v Δ t và làm phần tử tại M. Phần tử tại M dao động muộn hơn dao động tại O một khoảng Δ t nên dao động tại M giống với dao động tại O vào thời điểm t 1 = t- Δ t trước đó. 
III. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG 
V sóng 
O 
M 
x 
u 
x 
 Vậy phương trình sóng tại M được viết như thế nào? 
Phương trình sóng tại M: 
u M = Acos ω t 1 = Acos ω (t - Δ t) 
(7.3) 
 Hãy viết công thức thể hiện mối quan hệ giữa T và ω , giữa λ và T ? 
Nếu thay Δ t = x/v , ω = 2 л / T và λ = vT vào phương trình (7.3) thì ta sẽ được phương trình sóng tại M như thế nào? 
(7.4) 
 Nếu thay Δ t = x/v , ω = 2 л / T và λ = vT vào phương trình (7.3) thì ta sẽ được phương trình sóng tại M: 
(7.4) là phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục x. Nó cho biết li độ u của phần tử có toạ độ x vào thời điểm t. 
Nhận xét: 
 (7.4) là một hàm tuần hoàn theo thời gian và không gian. Cứ sau mỗi chu kì T thì dao động tại một điểm trên trục x lặp lại như cũ và cứ cách nhau một bước sóng λ thì dao động tại các điểm trên trục x đồng pha nhau. 
(7.4) 
III. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG 
Câu 1: sóng cơ là gì? Chọn câu đúng 
 Là dao động lan truyền trong một môi trường 
 Là dao động của một điểm trong một môi trường 
 Là một dạng chuyển động đặc biệt của môi trường 
 Là sự truyền chuyển động của các phần tử trong một môi trường 
VẬN DỤNG, CỦNG CỐ 
A. Là dao động lan truyền trong một môi trường 
VẬN DỤNG, CỦNG CỐ 
Câu 2: chọn câu đúng 
 Sóng dọc là sóng truyền dọc theo một sợi dây 
 sóng dọc là sóng truyền theo phương thẳng đứng còn sóng ngang là sóng truyền theo phương nằm ngang 
 sóng dọc là sóng trong đó có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng 
 sóng dọc là sóng truyền theo trục tung còn sóng ngang là sóng truyền theo trục hoành 
C. sóng dọc là sóng trong đó có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng 
RAÁT 
GIOÛI 
B và E 
B và C 
C và F 
A và F 
A và F 
A 
E 
I 
B 
C 
F 
Câu 3: Các điểm nào sau đây là dao động cùng pha với nhau? 
VẬN DỤNG, CỦNG CỐ 
HƯỚNG DẪN TỰ HỌC Ở NHÀ 
Câu 1 : Định nghĩa sóng cơ, sóng ngang, sóng dọc và cho biết môi trường truyền sóng? 
Câu 2 : Các đặc trưng của sóng cơ là gì? Định nghĩa bước sóng? 
Câu 3 : Viết phương trình truyền sóng. Tại sao nói sóng vừa có tính tuần hoàn theo không gian vừa có tính tuần hoàn theo thời gian?