Sóng cơ học

SÓNG CƠ HỌC I / MỤC TIÊU : Nêu được định nghĩa sóng. Phân biệt được sóng dọc và sóng ngang. Giải thích được nguyên nhân tạo thành sóng. Nêu được ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ (biên độ, chu kì, tần số, bước sóng, vận tốc truyền sóng) Lập được phương trình sóng và nêu được ý nghĩa của các đại lượng trong phương trình. II / CHUẨN BỊ :  Chậu nước có đường kính 50cm.  Lò xo để làm TN sóng ngang và sóng dọc.  Hình vẽ phóng to các phần tử của sóng ngang ở các thời điểm khác nhau. III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Trên mặt nước xuất hiện những vòng tròn đồng tâm lồi. Lõm xen kẽ lan rộng dần tạo thành sóng nước. HS : Khi cột A dao động lên, xuống, dao động đó được truyền cho các phần tử nước từ gần ra xa. HS : Hình sin . HS : Dao động lên xuống tại chổ, còn các đỉnh sóng chuyển động theo phương nằm ngang ngày càng ra xa tâm dao động. Hoạt động 2 : HS : Quan sát và nêu nhận xét. HS : Sóng ngang : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. HS : Quan sát và nêu nhận xét. GV : Ném một viên đá xuống mặt nước. GV : Quan sát và nêu nhận xét. GV : Tạo sóng nước trong một thiết bị bằng kính, hình hộp chữ nhật. GV : Mặt cắt của nước có dạng hình gì ? GV : Các hạt mạt cưa nổi trên mặt nước dao động như thế nào ? GV : GV biểu diễn TN sóg trên mặt nước. GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động của mỗi phần tử của môi trường ? GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động lan truyền của sóng. HS : Sóng dọc : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Hoạt động 3 : HS : Sóng cơ học được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động đi, và các phần tử càng ở xa tâm dao động cùng trễ pha hơn. HS : Mặt nước, sợi dây đàn hồi, tấm kim loại mỏng. HS : Không khí, chất lỏng, dây lò xo bị nén dãn. Hoạt động 4 : HS : Nêu định nghĩa chu kỳ và tần số. HS : Nêu định nghĩa biên độ. HS : Bước sóng là khoảng cách giữa hai GV : GV biểu diễn TN sóng trên dây lò xo GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động của mỗi phần tử của môi trường ? GV : Hãy nêu nhận xét chuyển động lan truyền của sóng. GV : Cho học sinh quan sát mô hình biểu diễn vị trí của các phần tử của sóng ngang ở những thời điểm liên tiếp. GV : Nêu nhận xét. GV : Khi nào một môi trường truyền sóng ngang ? Cho ví dụ ? GV : Khi nào một môi trường truyền sóng dọc ? Cho ví dụ ? GV : Chu kỳ sóng là gì ? điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng có dao động cùng pha. HS : Hay bước sóng là quảng đường sóng truyền được trong một chu kỳ. HS : v = . f T l l= Vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động. Trong khi sóng truyền đi, các phần tử của sóng vẫn dao động tại chỗ. Hoạt động 5 : HS : u0 ( t ) = A sin T 2 t HS : uM ( t ) = A sin                x T t2 GV : Tần số sóng là gì ? GV : Biên độ sóng là gì ? GV : Phân tích hình vẽ 21.4 SGK có thể nhận thấy sau một chu kì dao động, sóng truyền đi được một khoảng không đổi gọi là bước sóng. Nêu định nghĩa. GV : Tất cả những điểm cách nhau một bước sóng đều cách vị trí cân bằng một khoảng bằng nhau (Cùng li độ) và chuyển động về cùng một phía, nghĩa là dao động cùng pha. Nêu định nghĩa. GV : Cần nhấn mạnh ( dựa trên phân tích hình 21.3 ) rằng các phần tử của môi trường không chuyển động theo sóng, chỉ có dao động được truyền đi. Bởi vậy khi nói vận tốc sóng là nói vận tốc truyền sóng hay nói chặt chẽ hơn là vận tốc truyền pha dao động. GV : Hướng dẫn học sinh viết phương HS : Học sinh phải nắm vững tại sao trong dao điều hòa ta sử dụng hàm cos trong khi đó bên sóng ta phải sử dụng hàm sin. Hoạt động 6 : HS : uP = A sin         v dt HS : u ( x +  ) = u ( x ) trình sóng tại O ? GV : Hướng dẫn học sinh viết phương trình sóng tại M ? GV : Lưu ý HS rằng phương trình này có hai biến số x và t, u là một hàm số sin của cả x và t, có nghĩa là li độ u của sóng vừa tuần hoàn theo thời gian, vừa tuần hoàn theo không gian. GV : Hướng dẫn học sinh viết công thức 21.4 GV : Nhận xét tính tuần hoàn theo thời gian. GV : Hướng dẫn học sinh viết công thức 21.6 GV : Nhận xét tính tuần hoàn theo không gian. IV / NỘI DUNG : 1. Hiện tượng sóng : Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền trong một môi trường vật chất liên tục. Có 2 loại : sóng ngang và sóng dọc - Sóng ngang : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. - Sóng dọc : là sóng mà các phần tử của sóng dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Giải thích sự tạo thành sóng cơ học : Sóng cơ học được tạo thành nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của môi trường truyền dao động đi, và các phần tử càng ở xa tâm dao động cùng trễ pha hơn. 2. Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng. a. Chu kỳ, tần số sóng : Tất cả các phần tử của sóng đều dao động với cùng chu kỳ và tần số, gọi là chu kỳ và tần số của sóng. b. Biên độ sóng : Biên độ sóng tại mỗi điểm trong không gian là biên độ dao động của phần tử môi trường tại điểm đó. Trong thực tế, càng ra xa tâm dao động thì biên độ sóng càng nhỏ vì lực cản, sự lan tỏa năng lượng càng rộng hơn. c. Bước sóng () : Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng có dao động cùng pha. Hay bước sóng là quảng đường sóng truyền được trong một chu kỳ.  = v.T = v f : ( ) : ( / ) : ( ) m v m s f Hz lìïïïïíïïïïî d. Vận tốc truyền sóng : v = . f T l l= Vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động. Trong khi sóng truyền đi, các phần tử của sóng vẫn dao động tại chỗ. e. Năng lượng sóng : Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. 3. Phương trình sóng : a. Lập phương trình : Xét trường hợp sóng ngang truyền dọc theo một đường thẳng Ox. Bỏ qua mọi lực cản. Chọn : - Trục tọa độ Ox là đường truyền sóng. - Gốc tọa độ O là điểm bắt đầu truyền dao động. - Chiều dương là chiều truyền sóng. - Gốc thời gian t = 0 là lúc bắt đầu truyền dao động. Gs phương trình sóng tại O : u0 ( t ) = A sin T 2 t Gọi : + M là một điểm bất kỳ trên đường truyền sóng + v là vận tốc truyền sóng. + Thời gian sóng truyền từ O đến M : t = x v Phương trình sóng tại M. uM ( t ) = A sin T 2        v xt uM ( t ) = A sin                x T t2 b. Một số tính chất của sóng suy ra từ phương trình sóng : Tính tuần hoàn theo thời gian. Xét điểm M xác định, trạng thái dao động của M ở các thời điểm t, t + T, t + 2T, ... hoàn toàn giống nhau. Tính tuần hoàn theo không gian Xét điểm M có li độ x. Trên đường truyền sóng, những điểm cách nhau một khoảng bằng một bước sóng thì có cùng li độ. (cùng trạng thái dao động). V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và các bài tập 1, 2, 3 Xem bài 23