Soạn mới giáo án Vật lí 11 cánh diều Chủ đề 2 Bài 4: Sóng dừng

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời các câu hỏi sau:

+ Sóng dừng là gì?

+ Nút sóng và bụng sóng là gì?

- GV chia lớp thành 6 – 8 nhóm.

- GV phát dụng cụ thí nghiệm cho HS, yêu cầu HS thảo luận theo nhóm và thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn trong SGK

+ Dụng cụ: dây đàn hồi, máy phát dao động, cần rung, giá đỡ và kẹp.

+ Các bước tiến hành:

Bước 1: Đầu B được kẹp cố định, đầu A nối với cần rung để tạo dao động có tần số của máy phát (hình 4.2)

Bước 2: Bật công tắc máy phát dao động, điều chỉnh để tần số máy phát ra là nhỏ nhất.

Bước 3: Tăng dần tần số dao động ở máy phát sao cho thấy được 1 điểm đứng yên trên dây (không kể hai đầu dây).

Bước 4: Điều chỉnh tăng tần số ở máy phát để lần lượt quan sát được 2, 3, 4 bụng sóng trên dây.

- GV yêu cầu HS trả lời nội dung Câu hỏi 1 (SGK – tr55)

Tiến hành thí nghiệm tạo sóng dừng trên dây và lập bảng ghi kết quả vào vở như mẫu Bảng 4.1.

Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm sóng dừng trên dây

Nhận xét về mối liên hệ giữa tần số sóng trên dây và số bụng sóng quan sát được.

- GV yêu cầu HS quan sát thí nghiệm, ghi lại số liệu và nhận xét về hiện tượng sóng dừng trên dây.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát thí nghiệm, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG TRÊN DÂY

- Hiện tượng xuất hiện các điểm đứng yên ở những vị trí xác định khi đang có sóng lan truyền như trên được gọi là hiện tượng sóng dừng.

- Khi có sóng dừng, sẽ có các điểm đứng yên xen kẽ với những điểm dao động với biên độ lớn. Những điểm đứng yên được gọi là nút sóng, những điểm dao động với biên độ lớn nhất được gọi là bụng sóng.

*Trả lời Câu hỏi 1 (SGK – tr55)

- Chiều dài L của dây (hai đầu cố định) và số k bụng sóng quan sát được trên dây có mối liên hệ là: .

- Như vậy, nếu coi tốc độ truyền sóng v trên dây không đổi thì tần số của sóng trên dây càng lớn, số bụng sóng có thể quan sát được càng nhiều.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh biến dạng của lò xo đổi chiều khi đến đầu cố định (hình 4.3) cho HS quan sát.

- GV đặt câu hỏi:

+ Hãy nêu đặc điểm sóng tới và sóng phản xạ trên lò xo trên.

+ Sóng dừng được tạo thành khi nào?

- GV chiếu hình ảnh sóng tổng hợp của một sóng tới và một sóng phản xạ trên dây tại các thời điểm trong một chu kì T của sóng tới (hình 4.4) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK, tìm hiểu và giải thích sự tạo thành sóng dừng.

- GV yêu cầu HS trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr56)

Câu hỏi 2 (SGK – tr56)

Hãy chỉ ra vị trí các nút sóng trên Hình 4.4. Xác định khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp.

Câu hỏi 3 (SGK – tr56)

Hãy chỉ ra vị trí các bụng sóng trên Hình 4.4. So sánh biên độ của sóng tổng hợp tại bụng sóng với biên độ của sóng tới.

Câu hỏi 4 (SGK – tr56)

Có thể nói sóng dừng trên dây là hiện tượng giao thoa sóng được không? Nếu có thì đây là giao thoa của những sóng nào?

- GV kết luận về giải thích sự tạo thành sóng dừng.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH SÓNG DỪNG

*Trả lời Câu hỏi 2 (SGK – tr56)

- Nút sóng là các điểm có li độ bằng 0 trên đồ thị Hình 4.4.

- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên bằng nửa bước sóng.

*Trả lời Câu hỏi 3 (SGK – tr56)

- Bụng sóng là các điểm có li độ lớn nhất trên đồ thị Hình 4.4. Biên đỘ của sóng tổng hợp tại các bụng sóng gấp đôi biên độ của sóng tới. Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp bằng nửa bước sóng.

*Trả lời Câu hỏi 4 (SGK – tr56)

- Đây là giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ (sóng phản xạ xuất hiện khi sóng tới đến bề mặt vật cản và hình thành nên sóng phản xạ) truyền theo cùng một phương, giao thoa với nhau tạo thành một hệ sóng dừng.

*Kết luận

- Trên dây những điểm xác định đứng yên do sóng tới và sóng phản xạ ở điểm đó ngược pha nên triệt tiêu lẫn nhau, đó là vị trí các nút sóng.

- Chính giữa hai nút sóng liên tiếp là vị trí bụng sóng nên khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng gần nhất bằng một phần tư bước sóng. Bụng sóng dao động với biên độ lớn nhất do sóng tới và sóng phản xạ ở điểm đó đồng pha nên tăng cường lẫn nhau.

- Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng.

 với n = 1, 2, 3,…

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS làm việc theo nhóm, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr57)

Câu hỏi 5 (SGK – tr57)

Từ công thức tính tốc độ sóng, hãy chỉ ra các đại lượng cần xác định khi muốn đo tốc độ truyền âm trong không khí.

Câu hỏi 6 (SGK – tr57)

Đề xuất phương án ứng dụng hiện tượng sóng dừng để đo tốc độ truyền âm trong không khí:

+ Vì sao một đầu của ống cộng hưởng cần dịch chuyển được? Tìm phương án giúp thay đổi độ dài của cột khí trong ống.

+ Vì sao cần xác định các vị trí mà âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất hoặc lớn nhất?

+ Nêu cách tính bước sóng của sóng âm qua các giá trị độ dài cột khí trong ống của những lần xác định được vị trí nút sóng.

- GV phát dụng cụ thí nghiệm, yêu cầu HS làm việc theo nhóm, thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn trong SGK

+ Dụng cụ: máy phát tần số, loa nhỏ, ống cộng hưởng là ống nhựa trong suốt.

+ Các bước tiến hành:

Bước 1: Đặt loa ở một đầu ống, loa nối với máy phát âm tần.

Bước 2: Điều chỉnh để ống có chiều dài ngắn nhất.

Bước 3: Điều chỉnh để máy phát ra tần số f = 650 Hz và biên độ âm thanh không quá to.

Bước 4: Thay đổi từ từ chiều dài ống sao cho tại đầu ống không đặt loa, có các vị trí mà các hạt xốp dồn lại nhiều nhất. Ghi lại khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp được xác định là bụng sóng.

III. ĐO TỐC ĐỘ TRUYỀN ÂM

*Trả lời Câu hỏi 5 (SGK – tr57)

- Từ công thức tính tốc độ sóng: v = λf, ta thấy để đo tốc độ truyền âm trong không khí cần xác định được tần số của sóng âm f, bước sóng của sóng âm λ.

+ Xác định tần số f bằng máy phát âm tần

+ Xác định bước sóng thông qua công thức:  với chiều dài sợi dây và số bụng sóng xác định được.

*Trả lời Câu hỏi 6 (SGK – tr57)

- Một đầu ống cộng hưởng dịch chuyển được là để thay đổi độ dài cho đến khi đảm bảo điều kiện xảy ra giao thoa sóng âm.

- Xác định vị trí âm thanh thu được có cường độ nhỏ nhất - ứng với các nút sóng, vị trí âm thanh thu được có cường độ lớn nhất - ứng với các bụng sóng.

- Nửa bước sóng chính là chênh lệch chiều dài cột khí trong ống cộng hưởng giữa hai vị trí liên tiếp được xác định là nút sóng.

*Trả lời Câu hỏi 7 (SGK – tr58)

HS tiến hành thí nghiệm, thu được bảng số liệu theo mẫu và tính sai số phép đo.

*Kết luận

- Sóng dừng là một trường hợp của giao thoa sóng.

- Hiện tượng sóng dừng được ứng dụng để đo được tốc độ truyền âm trong ống cộng hưởng.