Giáo án vật lý 12 - Hiệu ứng Đôp-Le

Bài 18. HIỆU ỨNG ĐÔP-LE I. Mục tiêu: - Nhận Biết được thế nào là hiệu ứng Đôp-le. - Giải thích được nguyên nhân của hiệu ứng Đôp-le. - Vận dụng được công thức tính tần số âm mà máy thu ghi nhận được khi nguồn âm chuyển động, máy thu đứng yên và khi nguồn âm đứng yên còn máy thu chuyển động. II. Chuẩn bị: - Bộ thí nghiệm tạo hiệu ứng Đôp-le bằng cách cho nguồn âm quay quanh một quỹ đạo tròn trong mặt phẳng nằm ngang. - Hai hình vẽ phóng to để lập luận về sự thay đổi bước sóng âm khi nguồn âm hay máy thu chuyển động, suy ra sự thay đổi tần số âm. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (10’) Kiểm tra bài cũ – Nêu vấn đề mới: 1) Giáo viên: + Nêu câu hỏi kiểm tra: - Bài tập trắc nghiệm đã chuẩn bị trên phiếu học tập. - Câu hỏi với nội dung: các đại lượng đặc trưng của âm. Liên hệ giữa cường độ âm và mức cường độ âm; ngưỡng nghe và ngưỡng đau. + Yêu cầu HS phân tích, lựa chọn phương án đúng. - Một người chạy tiến lại một ôtô đang đứng yên sẽ nghe thấy âm do còi ôtô phát ra to hơn. - Chỉ nghe thấy còi ô tô phát ra to hơn khi ô tô đó chuyển động tiến về phía người đó 2) Học sinh: - Trả lời câu hỏi kiểm tra. - Phân tích, tìm hiểu vấn đề mới. Hoạt động 2. (10’) Tìm hiểu Hiệu ứng Đôp-le Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Yêu cầu HS đọc SGK mục thí nghiệm. -GV thực hiện TÁN, HS quan sát TÁN và rút ra nhận xét. +Cho HS nghe âm do một nguồn phát ra, sau đó cho nguồn chuyển động tròn đều. +HS rút ra nhận xét. -Nêu câu hỏi: ? Nghe to hoặc nhỏ hơn cho thấy có sự Bàiến đổi gì của -Nghe và rút ra nhận xét. +Nguồn lại gần, HS nghe to hơn. +Nguồn ra xa, HS nghe nhỏ hơn. +Có sự thay đổi tần số của sóng khi nguồn chuyển động *TÁN cho thấy: -Khi nguồn âm chuyển động lại gần máy thu, âm nghe to hơn. -Khi nguồn âm chuyển động ra xa máy thu, âm nghe nhỏ hơn. *Sự thay đổi tần số sóng do nguồn sóng chuyển động tương đối so với máy thu gọi là hiệu ứng Đốp-le. âm -GV thông báo. Hoạt động 2. (20’) Giải thích hiệu ứng Đôp-le. -GV nêu vấn đề, gợi ý: So sánh tần số sóng người quan sát nghe được trong trường hợp nguồn âm đứng yên và người quan sát đứng yên với tần số sóng trong trường hợp người quan sát lại gần nguồn âm. -Nêu câu hỏi gợi ý: H1. Nguồn âm đứng yên, người quan sát đứng yên, tốc độ truyền của sóng âm là v, tần số sóng xác định thế nào? H2. Nếu người quan sát chuyển động lại gần nguồn âm với tốc độ vM thì tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng so với người quan sát bằng bao nhiêu? H3. Xác định quãng đường Nghe GV phân tích, gợi ý và trả lời câu hỏi. -Nguồn đứng yên, người quan sát đứng yên. vf   -Người quan sát lại gần nguồn âm, vận tốc vM thì tốc độ dịch chuyển của đỉnh Gọi v: tốc độ truyền sóng từ nguồn âm phát với tần số f (tốc độ dịch chuyển của một đỉnh sóng) v f   -Gọi vM: tốc độ của máy thu. 1) Nguồn đứng yên, máy thu chuyển động: a) Máy thu lại gần nguồn: quan sát thấy chiều chuyển động của đỉnh sóng và máy thu ngược chiều. + Tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng so với máy thu: v + vM. + Quãng đường đỉnh sóng trong thời gian t: (v + vM)t + Số bước sóng đã dịch chuyển mà đỉnh sóng lại gần người quan sát trong thời gian t. H4. Số lần đỉnh sóng (số bước sóng) qua tai người trong thời gian t? H5. Trong 1 giây có bao nhiêu đỉnh sóng đi qua tai người? Số lượng này là gì? H6. Trường hợp máy thu ra xa nguồn, có điều gì khác với kết quả trên? H7. Trường hợp nguồn âm chuyển động lại gần máy thu. Xác định: -Quãng đường một đỉnh sóng truyền trong một chu kì khi nguồn đứng yên. H8. Vào thời điểm t = 0, sóng so với người quan sát là: v + vM. -Quãng đường một đỉnh sóng di chuyển trong thời gian t: (v + vM)t  Mv v t    Mv v t t  -là tần số sóng mà tai người nghe được. Thảo luận, tham khảo SGK. trong thời gian t:  Mv v t   + Gọi f’: tần số sóng máy thu được (số bước sóng qua tai người quan sát trong 1 giây)  ' Mv v tf t   với v f    ' Mv vf f v    f’ > f b) Máy thu ra xa nguồn: Tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng so với máy thu. v – vM. Do đó:  ' Mv vf f v    f’ < f 2)Nguồn âm chuyển động, máy thu đứng yên: +Nguồn đứng yên. -Một chu kì T, đỉnh sóng truyền được trong một chu kì quãng đường vT. nguồn phát đỉnh sóng A1 truyền với tốc độ v, sau một chu kì, nguồn cách đỉnh A bao nhiêu? H9. Nguồn âm phát ra một đỉnh sóng A2 sau đó, khoảng cách A1A2 xác định thế nào? Nhận xét gì về bước sóng khi nguồn chuyển động vế phía máy thu? H10. Trường hợp nguồn âm chuyển động ra xa máy thu, bước sóng mới được tạo thành thế nào? Trả lời câu hỏi gợi ý. -Trong một chu kì, quãng đường truyền: +Nguồn đứng yên: vT. +Nguồn lại gần máy thu:vST. -Lúc nguồn đứng yên, đỉnh sóng A1. -Nguồn di chuyển T, đỉnh sóng A2. A1A2 = (v – vS)T = ’. Thực hiện tính toán, tìm kết quả. *Trong thời gian T, nguồn di chuyển một khoảng vST lại gần máy thu. -Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng trong thời gian t: (v – vS)T (v > vS). Cùng lúc nguồn phát ra một đỉnh sóng cũng truyền trong môi trường với tốc độ v và khoảng cách giữa 2 đỉnh là: (v – vS)T. A1A2 = (v – vS)T Với A1A2 = ’, ta có:     ' ' ' S S v vf v v T vf f f v v        *Trong thời gian T, nguồn âm chuyển động ra xa người quan sát. Bước sóng mới được tạo thành: ’ = (v + vS)T. Do đó   ' S vf f f v v    Hoạt động 3. (5’) Vận dụng – Củng cố. * GV tổng hợp kiến thức: 1) Nguồn đứng yên, máy thu chuyển động  ' Mv vf f v   Máy lại gần: dấu +. Máy ra xa: dấu -. 2) Nguồn chuyển động vận tốc vS, máy thu đứng yên:   ' S vf f v v   Máy lại gần: dấu -. Máy ra xa: dấu + 3) Có thể dùng một công thức chung cho hai trường hợp: ' M S v vf f v v    f: tần số âm phát ra. f’: tần số âm thu được. máy đứng yên: vM = 0. Nguồn đứng yên: vS = 0 * Hướng dẫn HS chuẩn bị cho tiết học sau. IV. Rút kinh nghiệm – Bổ sung.