Giao thoa Sóng, hiện tượng Giao thoa Sóng nước, điểm Cực đại, Cực tiểu trong giao thoa - Vật lý 12 bài 8

Để trả lời cho câu hỏi trên, chúng ta cùng tìm hiểu Giao thoa sóng là gì? hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước? Điểm cực đại và cực tiểu trong giao thoa sóng được tính như thế nào? qua bài viết dưới đây.

I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước

- 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.

* Ví dụ (câu C1 trang 42 SGK Vật lý 12): Những điểm nào ở hình trên (hình 8.3 SGK) biểu diễn chỗ hai sóng gặp nhau triệt tiêu nhau? Tăng cường nhau?

° Lời giải: Như hình trên thì:

- Các vòng tròn nét liền biểu diễn các gợn lồi, các vòng tròn nét đứt biểu diễn các gợn lõm.

- Chỗ gợn lồi gặp gợn lồi hay gợn lõm gặp gợn lõm là những điểm dao động biên độ cực đại (tăng cường nhau).

- Chỗ ở đó gợn lồi gặp gợn lõm thì dao động có biên độ cực tiểu (triệt tiêu nhau).

II. Cực đại và cực tiểu trong giao thoa sóng

1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa

- Gọi M là một điểm trong vùng giao thoa. M cách S₁,S₂ những khoảng d₁ và d₂ gọi là đường đi của mỗi sóng tới M như hình sau:

- Chọn gốc thời gian sao cho phương trình dao động của hai nguồn là: 

- Để cho đơn giản, ta coi biên độ của các sóng truyền tới M là bằng nhau và bằng biên độ của nguồn. Vậy, dao động của phần tử tại M là dao động điều hòa cùng chu kì với hai nguồn và có biên độ dao động là:

- Như vậy, tùy thuộc vào hiệu đường đi d₂ - d₁ mà khi hai sóng đến gặp nhau tại M có thể luôn luôn tăng cường nhau làm cho phần tử tại M dao động mạnh lên, hoặc triệt tiêu nhau làm cho phần tử tại M đứng yên.

2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa

a) Vị trí các cực đại giao thoa

- Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng:

- Quỹ tích của các điểm này là những đường hypebol mà hai tiêu điểm là S₁ và S₂ được gọi là những vân giao thoa cực tiểu.

b) Vị trí các cực tiểu giao thoa

- Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng:

- Quỹ tích của các điểm này là những đường hypebol mà hai tiêu điểm là S₁ và S₂ được gọi là những vân giao thoa cực tiểu.

III. Điều kiện giao thoa. Sóng kết hợp.

• Để có các vân giao thoa ổn định trên mặt nước thì hai nguồn sóng phải:

i) Dao động cùng phương, cùng chu kì (hay tần số).

ii) Có hiệu số pha không đổi theo thời gian.

- Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.

IV. Bài tập về Giao thoa sóng

* Bài 1 trang 45 SGK Vật Lý 12: Hiện tượng giao thoa của hai sóng là gì?

° Lời giải bài 1 trang 45 SGK Vật Lý 12:

- 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 triệt tiêu nhau.

* Bài 2 trang 45 SGK Vật Lý 12: Nêu công thức xác định vị trí các cực đại giao thoa.

° Lời giải bài 2 trang 45 SGK Vật Lý 12:

- Công thức vị trí các cực đại giao thoa: d₂- d₁ = kλ ; (k = 0, ±1, ±2,...)

* Bài 3 trang 45 SGK Vật Lý 12: Nêu công thức xác định vị trí các cực tiểu giao thoa.

° Lời giải bài 3 trang 45 SGK Vật Lý 12:

- Công thức vị trí các cực tiểu giao thoa:  (k = 0, ±1, ±2,...)

* Bài 4 trang 45 SGK Vật Lý 12: Nêu điều kiện giao thoa.

° Lời giải bài 4 trang 45 SGK Vật Lý 12:

¤ Điều kiện giao thoa là hai nguồn sóng phải:

- Dao động cùng phương, cùng tần số góc (chu kỳ, tần số)

- Có hiệu số pha không đổi theo thời gian

* Bài 5 trang 45 SGK Vật Lý 12: 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.

° Lời giải bài 5 trang 45 SGK Vật Lý 12:

¤ Chọn đáp án: 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 trang 45 SGK Vật Lý 12: 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

° Lời giải bài 6 trang 45 SGK Vật Lý 12:

¤ Chọn đáp án: D. Cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.

* Bài 7 trang 45 SGK Vật Lý 12: Trong thí nghiệm ở hình dưới (hình 8.1 SGK), vận tốc truyền sóng là 0,5 m/s, cần rung có tần số 40Hz. Tính khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng S₁S₂.

° Lời giải bài 7 trang 45 SGK Vật Lý 12:

¤ Bước sóng dùng trong thí nghiệm là:

- Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng S₁S₂ bằng nửa bước sóng.

- Ta có:

* Bài 8 trang 45 SGK Vật Lý 12: Trong thí nghiệm ở trên (hình 8.1 SGK), khoảng cách giữa hai điểm S₁, S₂ là d = 11 cm. Cho cần rung, ta thấy hai điểm S₁, S₂ gần như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao động. Biết tần số của cần rung là 26 Hz, hãy tính tốc độ truyền của sóng.

° Lời giải bài 8 trang 45 SGK Vật Lý 12:

¤ Khoảng cách giữa hai điểm đứng yên liên tiếp bằng λ/2, S₁, S₂ là 2 nút, khoảng giữa S₁S₂ có 10 nút

⇒ tổng cộng có 10 + 2 = 12 nút ⇒ trên đoạn S₁S₂ có 11 đoạn có độ dài λ/2.

⇒ Tốc độ truyền của sóng: