Slide bài giảng Vật lí 11 cánh diều Chủ đề 2 Bài 1: Mô tả sóng

Tóm lược nội dung

BÀI 5: MÔ TẢ SÓNG

KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời: Theo em sóng là gì?

NỘI DUNG BÀI HỌC GỒM

• CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG
• Biên độ sóng
• Tần số và chu kì sóng
• Bước sóng
• Tốc độ sóng
• Cường độ sóng
• LIÊN HỆ GIỮA SÓNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA ĐIỂM SÓNG
• MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐƠN GIẢN CỦA ÂM THANH VÀ ÁNH SÁNG
• Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng
• Hiệu ứng Doppler

HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

- Em biết những ví dụ nào về sóng?

- Biên độ, tần số, chu kì, bước sóng, tốc độ, cường độ của sóng là gì?

Nội dung ghi nhớ:

Ví dụ về sóng:

- Một ca sĩ đứng trên sân khấu hát, người ở dưới khán đài nghe thấy, đó là sự lan truyền của sóng âm.

- Một người đang đi xe máy buổi tối, bật đèn chiếu sáng, lập tức phía trước mặt được chiếu sáng, đó là sự lan truyền sóng ánh sáng.

- Ti vi sử dụng ăng ten để thu tín hiệu từ vệ tinh, đó là sự lan truyền sóng điện từ.

1. Biên độ sóng

- Độ dịch chuyển của một điểm sóng so với vị trí cân bằng của nó là li độ của điểm sóng đó.

- Độ lớn của độ dịch chuyển cực đại khỏi vị trí cân bằng của một điểm sóng được gọi là biên độ sóng, kí hiệu A.

- Đơn vị của biên độ sóng là mét (m).

- Biên độ của sóng càng lớn, sóng càng mạnh.

2. Tần số và chu kì sóng

Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi trong một chu kì nên 

λ=v.T=vf ⇒v=λ.f thoả mãn công thức 1.2.

*Kết luận:

- Thời gian thực hiện một dao động của một điểm sóng được gọi là chu kì sóng, kí hiệu là T. Đơn vị của chu kì là giây (s).

- Số dao động mà mỗi điểm sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là tần số sóng, kí hiệu là f và đơn vị là hertz (Hz).

-  Tần số f của một sóng liên hệ với chu kì sóng T theo công thức:

f=1T

3. Bước sóng

- Quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kì sóng được gọi là bước sóng và kí hiệu là .

- Đơn vị của bước sóng là mét (m).

4. Tốc độ sóng

- Tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian được gọi là tốc độ của sóng và kí hiệu là v. Tốc độ này được đo bằng m/s.

- Tốc độ của sóng âm trong không khí xấp xỉ 340 m/s; trong khi đó tốc độ ánh sáng trong chân không có giá trị cỡ 3.10⁸ m/s.

5. Cường độ sóng

Ví dụ ném một viên sỏi xuống mặt nước, thấy có sóng xuất hiện, một lát sau thấy cánh bèo gần đó nhấp nhô theo sóng. Chứng tỏ nhờ lực liên kết của các phân tử nước, năng lượng sóng đã được truyền từ nguồn sóng tới các điểm khác, dẫn đến cánh bèo nhấp nhô theo sóng.

*Kết luận:

- Cường độ sóng I là năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian:

Với E là năng lượng sóng truyền qua một diện tích S đặt vuông góc với phương truyền sóng trong thời gian t.

- Cường độ sóng được đo bằng oát trên mét vuông (W/m²).

II. LIÊN HỆ GIỮA SÓNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA ĐIỂM SÓNG

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

- Sóng có những loại nào? Hãy nêu khái niệm sóng dọc, sóng ngang và cho ví dụ? 

Nội dung ghi nhớ:

- Hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm T4: đang đứng yên vì chưa có sóng truyền qua.

- Hướng chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm 5T4: đang ở biên dương và tiến về VTCB.

- Hướng chuyển động của phần tử số 18 ở thời điểm 6T4: đang ở VTCB và tiến ra biên dương.

Hướng chuyển động của các phần tử là dao động lên xuống quanh một vị trí cân bằng xác định, hướng truyền sóng trong hình vẽ từ trái sang phải.

Nhận xét: tốc độ truyền sóng và tốc độ dao động của các phần tử môi trường khác nhau.

*Kết luận:

- Ta sử dụng mô hình dao động của phần tử môi trường để giúp hình dung về dao động của điểm sóng khi nghiên cứu về sóng nói chung.

- Các đại lượng đặc trưng cho dao động của phần tử môi trường như biên độ, tần số, chu kì dao động cũng như là biên độ, tần số chu kì của sóng.

III. MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐƠN GIẢN CỦA ÂM THANH VÀ ÁNH SÁNG

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

- Ánh sáng có những tính chất nào?

- Nêu khái niệm hiện tượng phản xạ? Cho ví dụ của hiện tượng phản xạ sóng?

Nội dung ghi nhớ:

1. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

- Cả âm thanh và ánh sáng đều bị phản xạ khi gặp mặt chắn. 

- Ánh sáng và âm thanh bị khúc xạ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường. Phương truyền của sóng âm không đổi nếu các yếu tố của môi trường ổn định. Nhưng nếu trong môi trường không khí có nhiệt độ không đồng đều thì sẽ khiến phương truyền sóng âm bị lệch về nơi có nhiệt độ thấp hơn.

2. Hiệu ứng Doppler

- Tần số của sóng mà người quan sát thu được bị biến đổi khi nguồn sóng chuyển động tương đối với người quan sát.

- Hiệu ứng Doppler được giải thích như sau:

+ Khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động lại gần nhau thì tốc độ sóng đối với người quan sát lớn hơn so với khi cả hai đứng yên.

+ Ngược lại, khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động ra xa nhau thì tần số sóng mà người quan sát thu được sẽ nhỏ hơn tần số do nguồn phát ra.

- Hiệu ứng Doppler được ứng dụng rộng rãi để đo tốc độ của vật chuyển động.

C. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

- Hoàn thành bài tập trắc nghiệm sau:

Câu 1. Một sóng cơ lan truyền trong một môi trường với tốc độ 1,0 m/s và tần số 10 Hz, biên độ sóng không đổi. Trong khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp khi một phần tử của môi trường ở vị trí cân bằng, sóng lan truyền được quãng đường là

A. 5,0 cm. 

B. 10 cm.

C. 8,0 cm.

D. 4,0 cm.

Câu 2. Tốc độ sóng là

A. tốc độ dao động của điểm sóng.

B. tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian.

C. tốc độ lan truyền của phần tử môi trường.

D. tốc độ lan truyền của điểm sóng trong không gian.

Câu 3. Hiệu ứng Doppler là hiện tượng khi người quan sát chuyển động lại gần nguồn phát thì

A. tần số sóng thu được nhỏ hơn tần số sóng của nguồn phát.

B. tần số sóng thu được lúc đầu nhỏ hơn, lúc sau lớn hơn tần số sóng của nguồn phát.

C. tần số sóng thu được bằng tần số sóng của nguồn phát.

D. tần số sóng thu được lớn hơn tần số sóng của nguồn phát.

Câu 4: Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển thấy nó nhô lên cao 7 lần trong 18 giây và đo được khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp là 3 m. Tốc độ truyền sóng trên mặt biển là

A. 1,5 m/s.

B. 1 m/s.

C. 2 m/s. 

D. 0,5 m/s.

Câu 5: Một người quan sát một chiếc phao trên mặt biển, thấy nó nhô cao 10lần trong khoảng thời gian 27 s.Chu kì của sóng biển là

A. 2,8 s.

B. 2,7 s.

C. 3 s. 

D. 2,45 s.

Gợi ý đáp án:

D. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha trên cùng một phương truyền sóng được gọi là gì?

Câu 2: Giải thích vì sao vào những đêm mùa lạnh ta có thể nghe được âm thanh từ xa trong khi mùa nóng ta lại không thể nghe được dù ở cùng khoảng cách?