Giáo án Vật lý 12 7: Sóng cơ học, đặc trưng phương truyền sóng cơ học của sóng Sin và Phương trình truyền sóng. Sóng là một hiện tượng phổ biến mà hầu hết chúng ta đều biết, từ những gợn sóng lăn tăn trên mặt nước hồ, ao, sông cho đến những con sóng lớn ngoài biển khơi.
Vậy sóng được hình thành như thế nào? Sóng lan truyền như thế nào? Tính chất của sóng là gì và phương trình sóng được viết như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này.
I. Sóng cơ học
1. Thí nghiệm sóng cơ học
– Máy rung, cấu tạo bởi một thanh thép mỏng, đàn hồi, một đầu được kẹp bằng ê tô, đầu còn lại gắn đinh chữ S. Dưới máy rung có một chậu nước lớn.
– Đặt cần rung cho đầu chữ S cao hơn mặt nước. Gõ nhẹ vào thanh rung nhưng đầu S không chạm nước, mảnh bần nhỏ ở M bất động.
– Hạ thanh rung xuống, để đầu S vừa chạm mặt nước tại O. Lại gõ nhẹ cho thanh rung, ta thấy sau một thời gian ngắn, mảnh dây cũng dao động.
– Vậy dao động từ O đã truyền qua nước đến M. Ta nói, trên mặt nước có sóng và O là nguồn phát sóng.
2. Sóng cơ học là gì?
– khái niệm: Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền trong một môi trường.
3. Sóng ngang
Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
4. Sóng dọc
Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương song song với phương truyền sóng.
II. đặc điểm của sóng hình sin
1. Sự lan truyền của sóng hình sin
– dùng một sợi dây mềm, dài, nằm ngang, đầu Q gắn vào tường, đầu P gắn vào một thanh rung tần số thấp mà ta không vẽ ở hình a. Cho thanh rung làm đầu P của dây dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Trên dây xuất hiện một sóng cơ hình sin truyền về đầu Q gọi là sóng hình sin. Biểu thị hình dạng của dây tại các thời điểm: t=0, t=T/4, t=2T/4, t=3T/4, v.v.
– Với T là chu kì dao động của P.
– Sau thời gian T, dao động của điểm P đã truyền đến điểm P1, cách P một khoảng: PP1=λ=vT và P1 bắt đầu dao động hoàn toàn giống P. Dao động từ P1 tiếp tục lan truyền thêm. Vậy sợi dây có dạng một đường hình sin, có các đỉnh không cố định mà chuyển động theo phương truyền sóng với vận tốc v.
2. đặc điểm của sóng hình sin
a) Biên độ A của sóng: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường mà sóng truyền qua.
b) Chu kì T (hay tần số) của sóng: là chu kì dao động của một phần tử của môi trường mà sóng truyền qua.
f=1/T gọi là tần số của sóng.
c) Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền của các dao động trong môi trường. Với mỗi môi trường, vận tốc truyền sóng v có giá trị không đổi.
d) Bước sóng λ: là quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ.
= vT = v/f
– Hai hạt cách nhau một bước sóng thì dao động cùng pha với nhau.
e) Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường mà sóng truyền được.
III. Phương trình sóng
– Phương trình cho sóng hình sin truyền dọc theo trục x:
uM = Acosω(tx/v) = Acos2π (t/Tx/λ)
– Trong đó uM là li tại điểm M có tọa độ x tại thời điểm t.
IV. Bài tập về Sóng cơ, phương trình sóng
* Bài 1 trang 40 SGK Vật Lý 12: Sóng cơ học là gì?
° Giải bài 1 trang 40 SGK Vật Lý 12:
Sóng cơ học là sự lan truyền các dao động cơ học trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian.
– Từ khái niệm trên có thể rút ra nhận xét sau: Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động, lan truyền năng lượng, lan truyền pha dao động (trạng thái dao động) chứ không phải là quá trình lan truyền vật chất. vật chất (hạt sóng).
* Bài 2 trang 40 SGK Vật Lý 12: Sóng ngang là gì? Sóng dọc là gì?
° Giải bài 2 trang 40 SGK Vật Lý 12:
¤ Căn cứ vào phương dao động của các phần tử và phương truyền sóng, người ta chia sóng thành hai loại: sóng dọc và sóng ngang.
+ Sóng dọc: Là sóng mà phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có khả năng lan truyền trong cả ba trạng thái của môi trường vật chất: rắn, lỏng và khí.
– Ví dụ: Sóng âm khi truyền trong không khí hoặc trong chất lỏng đều là sóng dọc.
Sóng ngang: Là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn và bề mặt chất lỏng, sóng ngang không truyền được trong chất lỏng và chất khí.
– Ví dụ: Sóng truyền trên mặt nước là sóng ngang.
* Bài 3 trang 40 SGK Vật Lý 12: Bước sóng là gì?
° Đáp án bài 3 trang 40 SGK Vật Lý 12:
Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ và là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên phương truyền sóng. λ = vT = v/f (m).
* Bài 4 trang 40 SGK Vật Lý 12: Viết phương trình sóng
° Giải bài 4 trang 40 SGK Vật Lý 12:
– Phương trình sóng trên trục Ox.
– Nguồn sóng tại gốc O có phương trình dao động: u = a.cos(2πf.t + φ)
– Phương trình sóng truyền theo chiều dương của trục Ox đến điểm M có tọa độ x là: uM = acos(2πft + φ – 2πx/λ).
– Phương trình của sóng truyền theo chiều âm của trục Ox đến điểm N có tọa độ x là: u = acos(ωt + φ + 2πx/λ) (t ≥ |x|/v).
* Bài 5 trang 40 SGK Vật Lý 12: tại sao nói sóng vừa tuần hoàn theo thời gian vừa tuần hoàn theo không gian?
° Lời giải bài 5 trang 40 SGK Vật Lý 12:
– Vì phương trình có dạng: uM = Acos2π (t/Tx/λ)
⇒ phụ thuộc vào t và x nên sóng vừa tuần hoàn theo thời gian t vừa tuần hoàn trong không gian x.
* Bài 6 trang 40 SGK Vật Lý 12: Sóng cơ học là gì?
A. Là dao động lan truyền trong một môi trường.
B. Là phương dao động của mọi điểm trong một môi trường.
C. Là dòng chuyển động đặc biệt của môi trường.
D. Là chuyển động của các hạt trong môi trường.
° Giải bài 6 trang 40 SGK Vật Lý 12:
– chọn đáp án: A. Dao động điều hòa lan truyền trong một môi trường.
Sóng cơ học là sự lan truyền các dao động cơ học trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian.
* Bài 7 trang 40 SGK Vật Lý 12: chọn câu đúng.
A. Sóng dọc là sóng truyền dọc theo một sợi dây.
B. Sóng dọc là sóng truyền theo phương thẳng đứng, sóng ngang là sóng truyền theo phương ngang.
C. Sóng dọc là sóng có phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền sóng.
D. Sóng dọc là sóng truyền dọc theo trục thẳng đứng, sóng ngang là sóng truyền dọc theo trục nằm ngang.
° Giải bài 7 trang 40 SGK Vật Lý 12:
– chọn câu trả lời: C. Sóng dọc là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử môi trường) trùng với phương truyền sóng.
* Bài 8 trang 40 SGK Vật Lý 12: Trong thí nghiệm ở hình 7.1, cần đàn dao động điều hòa với tần số 50 Hz. Tại thời điểm t, người ta đo đường kính của 5 gợn sóng liên tiếp lần lượt bằng 12,4; 14,3; 16,35; 18,3 và 20,45cm. Tính vận tốc truyền sóng.
° Giải bài 8 trang 40 SGK Vật Lý 12:
– Bước sóng được tính là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tục λ = R2 – R1 (với R là bán kính của sóng).
1 = 14,3/2 – 12,4/2 = 0,95(cm)
2 = 16,35/2 – 14,3/2 = 1,025(cm)
λ3 = 18,3/2 – 16,35/2 = 0,975(cm)
λ4 = 20,45/2 – 18,3/2 = 1,075(cm)
⇒ Bước sóng trung bình là: (λ1 + λ2 + λ3 + λ4)/4 = 1,00625(cm).
⇒ Tốc độ truyền sóng: v = 1,00625.f = 50,3125(cm/s).
Hy vọng với bài viết Sóng cơ, đặc trưng phương truyền sóng cơ của sóng Sin và Phương trình truyền sóng và bài tập trên hữu ích cho các bạn. Mọi góp ý và thắc mắc các bạn vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong ghi nhận và hỗ trợ, chúc các bạn học tốt.
Bản quyền bài viết thuộc về trường THPT Lê Hồng Phong. Mọi sao chép đều là gian lận!
Nguồn chia sẻ: https://c3lehongphonghp.edu.vn
Vật lý 12 bài 7: Sóng cơ, đặc trưng phương truyền sóng cơ của sóng Sin và phương trình sóng