CHỦ ĐỀ 2. SÓNG. BÀI 1. MÔ TẢ SÓNG
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
CHỦ ĐỀ 2. SÓNG. BÀI 1. MÔ TẢ SÓNG
Học xong bài này, bạn có thể: + Từ đồ thị độ dịch chuyển – khoảng cách (tạo ra bằng thí nghiệm, hoặc hình vẽ cho trước), mô tả được song qua các khái niệm bước song, biên độ, tần số, tốc độ và cường độ song. + Từ định nghĩa của vận tốc, tần số và bước song, rút ra được biểu thức v=λf và cường độ song. + Nêu được ví dụ chứng tỏ song truyền năng lượng. + Thực hiện thí nghiệm (hoặc sử dụng tài liệu đa phương tiện), thảo luận để nêu được mối liên hệ các đại lượng đặc trưng của song với các đại lượng đặc trưng cho dao động của phần tử môi trường. + Sử dụng mô hình song giải thích một số tính chất đơn giản của âm thanh và ánh sáng.
Khởi động
Khởi động
- Khởi động: Ở bờ biển, ta thấy các con sóng nối tiếp nhau xô vào bờ. Các con sóng lớn có thể lan truyền hàng trăm km trên mặt biển trước khi đập vào bờ. Hình 1.1 mô tả các con sóng đến gần bờ sau quãng đường dài lan truyền trên mặt biển. Vậy sóng được tạo ra và lan truyền như thế nào?
Ảnh
I. CÁC ĐẠI LUỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG
- Hằng ngày, chúng ta thấy rất nhiều dạng thể hiện của sóng. Ở bờ biển, ta thấy các con sóng nhấp nhô truyền trên bề mặt nước và liên tiếp xô vào bờ. Khi biểu diễn, người nghệ sĩ gẩy dây đàn ghita, dây đàn sẽ dao động và tạo ra một sóng lan truyền trong không khí mà ta gọi là âm thanh. Sóng nước, âm thanh, ánh sáng,… đều được gọi chung là sóng. - Để mô tả sóng, ta tưởng tượng một mô hình sóng lí tưởng, có độ dịch chuyển tức là li độ của các điểm sóng và các đại lượng đặc trưng của nó được biểu diễn như Hình 1.2.
+ Hình 1.2
Ảnh
+ Câu hỏi 1
Câu hỏi 1: Lấy một ví dụ về sóng
1. Biên độ sóng.
- Khoảng cách từ một điểm sóng đến vị trí cân bằng của nó là li độ của điểm sóng đó so với vị trí cân bằng - Độ dịch chuyển lớn nhất khỏi vị trí cân bằng của một điểm sóng được gọi là biên độ sóng, kí hiệu là A. - Đơn vị của biên độ sóng là mét (m). Biên độ của sóng càng lớn, sóng càng mạnh. Hiện tượng tương ứng có thể quan sát được khi sóng âm có biên độ lớn thì âm thanh phát ra càng to; khi sóng biển có biên độ lớn thì ngọn sóng càng cao, xô vào bờ càng mạnh.
+ Luyện tập 1
Luyện tập 1: Xác định biên độ và bước sóng của sóng được mô tả trong đồ thị li độ u (cm) - khoảng cách x (cm) ở Hình 1.3.
Ảnh
2. Tần số và chu kì sóng
- Thời gian thực hiện một dao động của một điểm sóng được gọi là chu kì sóng, kí hiệu là T. Đơn vị chu kì là giây (s) - Số dao động mà mỗi điểm sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số sóng, kí hiệu là f và đơn vị là hertz (Hz): 1 kHz = 10^3 Hz 1 MHz = 10^6 Hz - Tần số f của một sóng liên hệ với chu kì sóng T theo công thức f = 1/T
3. Bước sóng.
- Quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kì sóng được gọi là bước sóng và kí hiệu là λ. Đơn vị của bước sóng là mét (m)
4. Tốc độ sóng.
- Tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian được gọi là tốc độ của sóng và kí hiệu là v. Đây cũng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường. - Tốc độ này được đo bằng m/s - Tốc độ của sóng âm trong không khí ở áp suất 10^5 Pa và nhiệt độ 0°C xấp xỉ 340m/s; trong khi đó tôc độ ánh sáng trong chân không có giá trị cỡ 3.10^8 m/s. - Từ định nghĩa quãng đường λ, chu kì T, ta có thể rút ra công thức tính tốc độ sóng: v=f.λ
+ Câu hỏi 2:
Câu hỏi 2: Chứng tỏ rằng từ định nghĩa về bước sóng, tốc độ sóng, tần số sóng, có thể rút ra công thức (1.2).
+ Luyện tập 2:
Luyện tập 2: Xác định bước sóng của các sóng ở Bảng 1.1. Cho rằng tốc độ sóng trong mỗi môi trường là hằng số với một nhiệt độ và áp suất xác định.
5. Cường độ sóng.
- Cần chú ý là các điểm sóng không dịch chuyển theo chiều truyền sóng, chúng chỉ dao động xung quanh một vị trí xác định. Khi một điểm sóng dao động, nó làm cho điểm bên cạnh dao động theo, điểm bên cạnh lại tác động đến điểm tiếp theo. Do đó, năng lượng sẽ được truyền từ một điểm sóng này đến điểm sóng bên cạnh và do đó song lan truyền đi trong không gian. - Cường độ song I là năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền song trong một đơn vị thời gian: - Cường độ song = năng lượng / diện tích vuông góc x thời gian Hay I = E / St - Với E là năng lượng song truyền qua một diện tích S đặt vuông góc với phương truyền song trong thời gian t. - Cường độ song được đo bằng oát trên mét vuông (W/m^2)
+ Ví dụ
Ví dụ: khi Mặt Trời chiếu vuông góc với mặt đất, cường độ của bức xạ Mặt Trời xấp xỉ 1,0 kW/m^2. Điều này có nghĩa là trong một giây, có 1 kJ (1000J) chiếu đến diện tích một mét vuông trên mặt đất. Ở mặt trên cùng của khí quyển Trái Đất, đại lượng này có giá trị lớn hơn, cỡ 1,37 kW/m^2.
+ Câu hỏi 3 :
Câu hỏi 3 : Lấy ví dụ chứng tỏ sóng truyền năng lượng.
+ Luyện tập 3 :
Luyện tập 3 : Cường độ của một sóng sẽ bị suy giảm khi truyền đi trong không gian. Khi sóng lan truyền, biên độ sóng giảm dần. Biết rằng cường độ sóng tỉ lệ với bình phương của biên độ sóng. Tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa so với nguồn phát thì cường độ sóng tại đó thay đổi như thế nào so với tại nguồn?
II. LIÊN HỆ GIỮA SÓNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA ĐIỂM SÓNG
+ Định nghĩa
- Sóng là quá trình diễn ra liên tục, Ngay cả với những hiện tượng quen thuộc như song nước hay song âm, rất khó quan sát được sự lan truyền dao động của các phần tử môi trường. Vì vậy, ta sử dụng mô hình dao động của phần tử môi trường để giúp hình dung về dao động của điểm sóng khi nghiên cứu về sóng nói chung. - Hình 1.4 biểu diễn vị trí các phần tử của một sợi dây đàn hồi khi sóng lan truyền đến dây. - Ở thời điểm t = 0, dây ở vị trí I thì bắt đầu truyền cho phần tử số 0 một dao động theo phương vuông góc với dây, phần tử số 0 một dao động theo phương vuông góc với dây, phần tử số 0 được coi là nguồn sóng.
+ Định nghĩa 2
- Trong khoảng thời gian T/4, phần tử số 0 chuyển động từ vị trí cân bằng lên vị trí cao nhất, đồng thời kéo theo phần tử số 1 ở lân cận chuyển động theo. Tương tự, chuyển động được truyền đến các phần tử số 2, số 3 khiến chúng chuyển động như phần tử số 0 nhưng chậm hơn phần tử phía trước một chút. Ở thời điểm T/4 các phần tử trên dây có vị trí II. - Phần tử số 0 tiếp tục thực hiện dao động và nhờ liên kết giữa các phần tử của dây, các phần tử ở xa cũng thực hiện dao động cùng chu kì với nguồn sóng. Theo thời gian, sợi dây sẽ có vị trí III, IV - Với mô hình này có thể thấy các đại lượng đặc trưng cho dao động của phần tử môi trường như biên độ, tần số, chu kì dao động cũng là biên độ, tần số, chu kì của sóng.
+ Hình 1.4
Ảnh
+ Câu hỏi 4
- Câu hỏi 4 : Mô tả chuyển động của phần tử số 0 trên Hình 1.4 trong thời gian từ t = 0 đến t = T. Từ đó, chỉ ra mối liên hệ giữa khoảng thời gian T biểu diễn trong Hình 1.4 với chu kì dao động của phần tử số 0 và với chu kì sóng trên dây.
+ Câu hỏi 5
Câu hỏi 5: Hãy chỉ ra hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm T/4, phần tử số 12 ở thời điểm 5T/4, phần tử số 18 ở thời điểm 6T/4 và so sánh với hướng truyền sóng. Từ đó, phân biệt tốc độ của phần tử môi trường đang dao động với tốc độ sóng.
III. MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐƠN GIẢN CỦA ÂM THANH VÀ ÁNH SÁNG
1 . Sự phản xạ và khúc xạ sóng.
- Cả âm thanh và ánh sáng đều bị phản xạ khi gặp mặt chắn. Hướng truyền của tia phản xạ đến mắt giúp người quan sát thấy được ảnh của vật qua mặt phản xạ. Âm phản xạ đến tai chậm hơn âm trực tiếp 1/15 giây thì ta sẽ nghe được âm thanh trực tiếp và âm phản xạ lặp lại tạo thành tiếng vang. - Ta cũng biết ánh sáng bị khúc xạ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra với âm thanh. Phương truyền của sóng âm không đổi nếu các yếu tố của môi trường ổn định. Nhưng nếu trong môi trường không khí có nhiệt độ không đồng đều thì các yếu tố khác của môi trường cũng biến thiên và sẽ khiến phương truyền của sóng âm bị lệch về nơi có nhiệt độ thấp hơn.
+ Định nghĩa
- Đặc điểm này của âm thanh tạo nên hiện tượng khá thú vị. Ở trên sa mạc, nhiệt độ lớp không khí sát mặt đất rất cao. Vì thế, cách 20m – 30m có người đang hô hoán rất to nhưng bạn hầu như không nghe thấy gì là vì sau khi tiếng hô phát ra, nó đã nhanh chóng đi vòng lên trên cao. Ngược lại, ở những vùng lạnh giá, nhiệt độ mặt đất thấp hơn nhiều so với trên cao nên âm thanh hầu như đều truyền sát mặt đất. Vì thế ở vùng này, tiếng hét to có thể truyền đi rất xa, thậm chí ngoài 1km – 2km cũng nghe được.
2. Hiệu ứng Doppler.
- Hiệu ứng Doppler (Đốp – lơ), được đặt theo tên của Christian Andreas Doppler (1803 – 1853). Trong hiệu ứng này, tần số của sóng mà người quan sát thu được bị biến đổi khi nguyền sóng chuyển động tương đối với người quan sát. Hiệu ứng này có thể giải thích như sau: - Khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động lại gần nhau, thì tốc độ sóng đối với người quan sát lớn hơn so với khi cả hai đứng yên với nhau. Như vậy, trong 1 giây, số bước sóng truyền qua vị trí người quan sát nhiều hơn và do đó, tần số của sóng mà người quan sát thu được sẽ lớn hơn tần số do nguồn phát ra. - Ngược lại, khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động ra xa nhau thì tần số sóng mà người quan sát thu được sẽ nhỏ hơn tần số do nguồn phát ra.
+ Hình 1.5
Ảnh
- Hiệu ứng Doppler được ứng dụng rộng rãi để đo tốc độ vật chuyển động. Ví dụ: đo tốc độ của phương tiện tham gia giao thông, đo tốc độ bay của bóng trên sân thi đấu, đo tốc độ dòng chảy của máu trong động mạch, …
+ Vận dụng 1
Vận dụng 1: Hãy giải thích vì sao về đêm và sáng sớm, ta có thể nghe rõ tiếng chuông chùa hoặc chuông nhà thờ từ rất xa.
+ Vận dụng 2
Vận dụng 2: Bạn sẽ nghe được âm thanh bổng hơn hay trầm hơn của còi xe dẫn đường khi xe đó chạy lại gần bạn?
Dặn dò
Dặn dò
DẶN DÒ
- Đọc lại các kiến thức vừa học. - Ôn thêm bài tập trong sách bài tập - Đọc qua và chuẩn bị truớc bài 2: Sóng dọc và sóng ngang
Cảm ơn
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG