BÀI 9. SÓNG DỪNG
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 9. SÓNG DỪNG
Mở đầu
Mở đầu
Mở đầu: Hình 8.1 cho thấy hình ảnh sóng trên mặt nước là kết quả của sự chồng chất sóng do hai con vịt tạo ra khi bơi. Trong một số trường hợp, sự chồng chất sóng này dẫn đến một hiện tượng thú vị: có những điểm trên mặt nước dao động mạnh và những điểm dao động yếu hoặc đứng yên. Vậy hiện tượng đó là gì và điều kiện nào để hiện tượng này xảy ra?
Lời giải
Hiện tượng trên là hiện tượng giao thoa sóng cơ học. Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa sóng là hai nguồn tạo ra sóng phải cùng phương, cùng tần số, độ lệch pha không đổi.
Ảnh
Sự phản xạ sóng
Sự phản xạ sóng
Sự phản xạ sóng
Khi gặp vật cản, sóng sẽ bị phản xạ. Sóng được truyền từ nguồn phát đến vật cản được gọi là sóng tới, sóng được truyền ngược lại từ vật cản được gọi là sóng phản xạ. - Sóng tới và sóng phản xạ có cùng tần số, cùng bước sóng. - Trong trường hợp đầu dây cố định, tại điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (hình 9.2a). - Trong trường hợp đầu dây tự do, sóng phản xạ cùng pha với sóng tới (hình 9.2b).
Ảnh
Câu hỏi 1
Câu hỏi 1: Quan sát Hình 9.2 và nhận xét chiều biến dạng của dây khi có sóng tới và sóng phản xạ trong hai trường hợp: đầu dây cố định và đầu dây tự do.
Lời giải:
- Trường hợp đầu dây cố định: chiều biến dạng của sợi dây khác phía khi có sóng tới và sóng phản xạ đi qua. - Trường hợp đầu dây tự do: chiều biến dạng của sợi dây cùng phía khi có sóng tới và sóng phản xạ đi qua
Ảnh
Hiện tượng sóng dừng
Thí nghiệm khảo sát hiện tượng sóng dừng
Thí nghiệm khảo sát hiện tượng sóng dừng
Thí nghiệm được bố trí như hình 9.3. Nối đầu dây A vào máy phát tần số, đầu còn lại của dây được gắn cố định vào giá đỡ. Bật máy phát tần số, điều chỉnh tần số dao động phù hợp để xuất hiện hình ảnh sóng ổn định. Điều chỉnh tần số máy phát, điều chỉnh chiều dài của dây để thay đổi hình dạng sóng ổn định trên dây. Kết quả cho thấy trên dây xuất hiện các điểm dao động với biên độ cực đại, có điểm dao động với biên độ cực tiểu.
Ảnh
Câu hỏi 2
Câu hỏi 2: Nhận xét về sự phụ thuộc của số lượng điểm cực đại, cực tiểu trên dây với tần số của máy phát tần số
Lời giải:
Học sinh tự làm thí nghiệm, thu được các kết quả về số điểm cực đại, số điểm cực tiểu và rút ra mối liên hệ. Gợi ý: chiều dài sợi dây thoả mãn công thức l = latex(nλ/2) = latex(nv/(2f)) với f là tần số, v là tốc độ, n là số điểm cực đại, số điểm cực tiểu là n + 1.
Ảnh
Giải thích hiện tượng sóng dừng
Giải thích hiện tượng sóng dừng
· Tại bụng sóng – điểm dao động với biên độ cực đại, sóng tới và sóng phản xạ cùng pha; · Tại nút sóng – điểm đứng yên, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha. · Sóng có các nút sóng và bụng sóng cố định trong không gian gọi là sóng dừng. Biên độ sóng tại điểm M đến một đầu cố định: AM = 2A∣cos(latex((2πd)/λ)+latex(π/2))∣
Giải thích hiện tượng sóng dừng
Vị trí bụng sóng: d = ( k + latex(1/2) )latex(λ/2) (k = 0, 1, 2, …) Vị trí nút sóng: d = latex(kλ/2) (k = 0, 1, 2, …) Trong đó, d là khoảng cách từ một điểm trên dây đến một đầu dây. Bụng sóng và nút sóng xen kẽ và cách đều nhau. Hai nút sóng liên tiếp hoặc hai bụng sóng liên tiếp cách nhau một khoảng bằng nửa bước sóng.
Câu hỏi 3
Câu hỏi 3: Dựa vào sự hình thành của các điểm dao động với biên độ cực đại và cực tiểu trong hiện tượng giao thoa, hãy dự đoán nguyên nhân hình thành bụng sóng và nút sóng trong hiện tượng sóng dừng.
Lời giải
Nguyên nhân hình thành bụng sóng và nút sóng trong hiện tượng sóng dừng đó là sự giao thoa của một sóng tới và sóng phản xạ của nó trên cùng một phương truyền sóng, cùng tần số, độ lệch pha không đổi theo thời gian. + Các điểm dao động với biên độ lớn nhất tương ứng với bụng sóng. + Các điểm dao động với biên độ bằng 0 tương ứng với nút sóng.
Điều kiện để có sóng dừng
Trường hợp sợi dây có hai đầu cố định
Trường hợp sợi dây có hai đầu cố định
Chiều dài sợi dây phải bằng số nguyên lần nửa bước sóng: l = latex(nλ/2) với n = 1, 2, 3,… Tần số của nguồn dao động: f = latex(nv/(2l)) Xét sóng âm, ta có: + Khi n = 1: f = latex(nv/(2l)) được gọi là hoạ âm bậc 1 (âm cơ bản) + Tổng quát: fn = nf1 được gọi là hoạ âm bậc n.
Luyện tập
Luyện tập: Một dây đàn guitar dài 64 cm phát ra âm cơ bản có tần số f khi được gảy. Biết tốc độ truyền sóng trên dây là 422 m/s. a) Tính giá trị f. b) Người chơi đàn ấn đầu ngón tay lên một phím đàn để tạo thành một vật cản (cố định) làm cho chiều dài của dây ngắn đi (Hình 9,5). Khoảng cách từ phím đàn này đến đầu dây là 3,7 cm. Tính tần số âm cơ bản phát ra bởi dây đàn trong trường hợp này.
Đáp án luyện tập
Lời giải:
a) Chiều dài sợi dây có hai đầu cố định khi xảy ra hiện tượng sóng dừng: l = latex(nλ/2) = latex(nv/(2f)). Khi gảy đàn phát ra âm cơ bản f nên n = 1. Thay số: 0,64 = 1 . latex(422/(2f)) ⇒ f ≈ 330Hz b) Tần số âm cơ bản trong trường hợp này: 0,64 − 0,037 = 1 . latex(422/(2f)) ⇒ f ≈ 350Hz
Trường hợp dây có một đầu cố định, một đầu tự do
Trường hợp dây có một đầu cố định, một đầu tự do
Ảnh
Chiều dài sợi dây thoả mãn: l=(2n+1)latex(λ/4) = latex(mv/(4f)) (m = 1, 3, 5,…) Tần số của nguồn dao động: f = latex(mv/(4l)) Xét sóng âm, ta có + Khi m = 1: f1 = latex(v/(4l)) được gọi là hoạ âm bậc 1 (âm cơ bản). + Tổng quát: fm = mf1 được gọi là hoạ âm bậc m.
Vận dụng
Vận dụng: Giải thích vì sao khi vặn khoá để chỉnh dây đàn guitar (Hình 9.7), ta có thể tạo ra hệ sóng dừng trên dây. Biết tốc độ truyền sóng trên dây phụ thuộc lực căng dây.
Lời giải:
Thao tác vận khoá để chỉnh dây đàn thực chất là đang làm thay đổi chiều dài của dây đàn. Khi đó làm thay đổi tần số dao động của dây đàn khi gảy, tạo ra các nốt nhạc có độ trầm bổng khác nhau.
Ảnh
Dặn dò
Dặn dò
Ảnh
Dặn dò
Ghi nhớ kiến thức trọng tâm Hoàn thành các bài tập trong sách bài tập Chuẩn bị bài mới:"Bài 10. Thực hành đo tần số của sóng âm và tốc độ truyền âm"
Cảm ơn
Ảnh