Giáo án vật lý 12 - Sóng cơ – phương trình sóng

Chương III: SÓNG CƠ Mục tiêu - Nêu được định nghĩa sóng cơ. Phân Biết được sóng dọc, sóng ngang. - Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng cơ. - Nêu được ý nghĩa các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ. - Lập được phương trình sóng. Dựa vào phương trình này nêu được tính tuần hoàn theo không gian và thời gian của sóng. Bài 14: SÓNG CƠ – PHƯƠNG TRÌNH SÓNG I.Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Hiểu được hiên tượng sóng cơ, nắm được định nghĩa sóng cơ. - Quan sát thí nghiệm về sóng dọc, sóng ngang, từ đó phân Biết được sóng dọc, sóng ngang. - Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng cơ. - Nêu được ý nghĩa các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ: Bàiên độ, chu kì, tốc độ truyền sóng, bước sóng. - Lập được phương trình sóng. Từ pt nêu được tính tuần hoàn theo thời gian và theo không gian. 2) Kĩ năng: - Từ TÁN, rút ra kết luận về chuyển động của mỗi phần tử môi trường và chuyển động lan truyền của sóng. - Giải thích hiện tượng vật lí về sóng, tốc độ truyền sóng và bước sóng. II.Chuẩn bị: 1) Giáo viên: - Lò xo để làm sóng ngang, sóng dọc. - Kênh sóng nước (nếu có) - Vẽ hình 14.3 và 14.4 trên giấy khổ lớn. - Phiếu ôn tập bài. 2) Học sinh: Ôn tập kiến thức về dđđh của CLLX: các đại lượng đặc trưng và pt dao động. III. Tổ chức các hoạt động dạy học: 1) Vấn đề bài mới: GV trình bày: hằng ngày ta thường nghe nói đến sóng nước, sóng âm, sóng điện do các đài phát truyền đi. Vậy sóng là gì? Sóng có những tính chất gì? 2) Giảng bài mới: Tiết 1. Sóng cơ-Những đặc trưng của sóng. Hoạt động 1. (20’) Tìm hiểu sóng cơ: Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung -Gv cho HS xem hình ảnh mặt nước khi có một viên đá ném xuống (qua hệ thống máy chiếu nếu có). Yêu cầu HS mô tả hiện tượng. -Cho HS xem hình ảnh sóng nước trong kênh tạo sóng. -Nêu câu hỏi giúp HS tìm hiểu hiện tượng sóng cơ. H1. nhận xét gì về chuyển động của mỗi phần tử môi trường truyền sóng khi có chuyển động lan truyền sóng trong môi trường. -Gv bỏ một miếng xốp vào mặt nước và tiến hành TÁN cho HS quan sát. H2. Sóng cơ là gì? H3. Nhận xét gì phương dao động của phần tử môi trường và phương truyền sóng? (Sau khi làm TÁN mô tả sóng trên mặt Quan sát mô tả hiện tượng: -Mặt nước xuất hiện những vòng tròn đồng tâm, lồi, lõm xen kẽ, lan rộng dần  sóng nước. HS đưa ra nhận xét: 1-Các phần tử môi trường lan truyền đi khi sóng lan truyền. 2-Các phần tử môi trường dao động tại chỗ khi sóng lan truyền. -Rút ra định nghĩa sóng cơ. -Nhận xét: I. Hiện tượng sóng: 1)Khái niệm sóng cơ: là những dao động lan truyền trong môi trường. *Hai loại sóng cơ: a) Sóng ngang: là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. Môi trường nào có lực đàn hồi xuất hiện khi bị Bàiến dạng lệch thì truyền sóng ngang. b) Sóng dọc: là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Môi trường có lực đàn hồi xuất hiện khi có Bàiến dạng nén, dãn thì truyền sóng nước và sóng dọc theo lò xo) H4. Môi trường nào thì truyền được sóng ngang; môi trường nào truyền được sóng dọc? Cho HS quan sát hình 14.3. Nêu câu hỏi gợi ý để HS giải thích sự tạo thành sóng cơ. H5. giữa các phần tử của sợi dây đàn hồi có lực liên kết không? Lực đó là lực gì? H6. Phần tử 0 được truyền dao động theo phương thẳng đứng có chu kì dao động T. Nhận xét sự chuyển động của các phần tử kế tiếp ở những thời điểm sau? H7. Nhận xét gì về pha dao động của các phần tử ở xa tâm dao động? + Các phần tử dao động theo phương vuông góc phương truyền sóng. + Các phần tử dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Quan sát hình 14.3. Trả lời câu hỏi: -Có lực đàn hồi liên kết các phần tử của dây. -Khi phần tử 0 dao động, lực liên kết kéo phần tử 1 dao động theo nhưng chuyển động sau một chút. Chuyển động được truyền đến phần tử 2, sau phần tử 1… dọc. 2) Sự tạo thành sóng cơ: -Sóng cơ được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động. -Phần tử ở xa tâm dao động trễ pha hơn. Hoạt động 2. (25’) Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng. -GV yêu cầu HS đọc mục 2, nêu câu hỏi để HS tìm hiểu các đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng. -Mục chu kì, tần số, Bàiên độ sóng HS tự tìm hiểu. Nêu câu hỏi để HS rút ra nhận xét. H1. So sánh chu kì và tần số của các phần tử môi trường với chu kì, tần số của nguồn gây ra dao động? H2. Nhận xét gì về Bàiên độ sóng ở những điểm ở xa tâm dao động? Vì sao? H3. (Trên hình 14.3) Nhận xét gì về khoảng cách giữa hai phần tử số 0 và số 12? -HS đọc SGK, thảo luận nhóm, nêu lên các định nghĩa của: chu kì, tần số và bước sóng. -Từ gợi ý của GV, thảo luận để phân Biết tốc độ truyền sóng và vận tốc dao động của các phần tử môi trường. II. Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng. SGK. Hoạt động 3. (35’) Lập pt truyền sóng – Suy ra tính chất của sóng. GV nêu vấn đề để lập pt sóng. + Một phần tử O dao động điều hào, li độ Bàiến thiên theo thời gian u = Acost thì điểm M cách O một khoảng x có pt dao động thế nào? Nêu câu hỏi gợi ý: H1. Dao động của điểm M sớm pha hay trễ pha hơn dao động của điểm HS đọc SGK, tìm hiểu điều kiện để lập pt dao động. +Thảo luận nhóm, tìm hiểu: Sự lệch pha của dao động tại M so 1) Lập phương trình: .OM = x O? H2. Xác định thời gian dao động truyền từ O đến M? H3. Nhận xét gì về li độ dao động tại M so với li độ dao động tại O? -Gọi một HS lên bảng thiết lập phương trình. -GV nhấn mạnh: phương trình: ( ) cos 2 2M xu t A t T         cho phép xác định li độ u của phần tử sóng tại một điểm M bất kì trên đường truyền sóng. GV nêu câu hỏi gợi ý, HS tìm hiểu một số tính chất của sóng. H1. Một điểm P trên đường truyền sóng có tọa độ x = d, sau khoảng thời gian bằng bao nhiêu thì điểm P thực hiện thêm được một dao động toàn phần? H2. Xét một thời điểm t0 bất kì, sau quãng đường bao nhiêu thì hình dạng sóng lặp lại như cũ? H3. Kết luận gì về tính chất của với dao động tại O. +Nhận ra: li độ uM tại M vào thời điểm t bằng li độ uo tại điểm O vào thời điểm t – x v +Một HS lên bảng lập pt. +HS theo dõi, nêu nhận xét. HS đọc SGK, thảo luận nhóm, phân tích hai trường hợp. 1) Xét một phần tử tại P với x = d xác định. Khi đó Lúc sóng qua O (t =0) Sóng truyền từ O đến M. + Giả sử li độ u của O: 2cosOu A tT   + Sóng truyền từ O  M cần thời gian x v +Li độ dao động tại M: ( )M O xu t u t v       2( , ) cos 2M xu x t A t T         sóng? GV nhấn mạnh: từ pt sóng, có thể dự đoán một số hiện tượng khác do sóng gây nên. cos 2 2P du A ft        Sóng tuần hoàn theo thời gian với chu kì T. 2) Vào thời điểm to, vị trí tất cả các phần tử sóng: 0cos 2 2 xu A ft        Sóng tuần hoàn với chu kì  2) Một số tính chất của sóng: Sóng tuần hoàn theo thời gian và không gian. (SGK). Hoạt động 4. (10’) Vận dụng – Củng cố. - GV nêu bài toán ví dụ: SGK trang 76. - Cho HS thảo luận, nêu cách giải bài toán. - Gọi 1 HS thực hiện trên bảng, nhận xét. - GV nêu nhận xét, kết luận về nội dung bài toán. - GV hướng dẫn HS chuẩn bị cho tiết học sau: xem lại nội - Thảo luận nhóm, xem cách giải của SGK. - Cử đại diện giải bài toán trên bảng. Nêu nhận xét. SGK. dung: + Tổng hợp dao động. + Một số công thức toán học có liên quan đến bài số 15. HS ghi nhận những chuẩn bị ở nhà. IV. Rút kinh nghiệm.