Sáng kiến kinh nghiệm: Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12

Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP VỀ GIAO THOA SÓNG CƠ VẬT LÍ 12 I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong quá trình dạy học Vật lí 12 lớp cơ bản ở trường THPT Võ Trường Toản tôi thấy hầu hết các em không thích học mônVật lí. Các em cho rằng môn học này khó, khi làm bài tập có quá nhiều công thức để nhớ, hiểu và vận dụng. Chính vì thế một số bộ phận không nhỏ các em học sinh không đam mê học môn Vật lí dẫn đến kết quả học tập của các em chưa cao. Kiến thức Vật lí 12 có nhiều phần khó trong đó phần giao thoa sóng cơ là một trong những phần khó và rộng, học sinh rất dễ nhầm lẫn dẫn đến một số bộ phận học sinh lớp 12 không nắm vững kiến thức, vận dụng làm bài tập chưa thành thạo. Mặt khác trong những năm gần đây, hầu hết các Sở Giáo Dục, các trường THPT đều lựa chọn ra đề kiểm tra môn Vật lí theo hướng trắc nghiệm khách quan, kì thi tốt nghiệp THPT và ĐH – CĐ, đề thi môn Vật lí cũng vậy. Với hình thức thi này đòi hỏi các em học sinh phải trả lời các câu hỏi trong thời gian rất ngắn và phải chọn đáp án thật chính xác. Làm thế nào để đáp ứng được các tiêu chí này? Đó là phải phân dạng các bài tập và đưa ra phương pháp giải một cách nhanh nhất, chính xác nhất. Chính vì thế tôi quyết định lựa chọn đề tài “Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12” Giao thoa sóng cơ là một lĩnh vực rất rộng, trong đề tài này tôi chỉ đề cập đến các dạng bài tập cơ bản về giao thoa sóng cơ trong sách giáo khoa Vật lí 12, trong sách bài tập Vật lí 12 cơ bản, các dạng bài tập về giao thoa sóng cơ thường gặp trong các đề thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng. II. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 1. Cơ sở lí luận Môn vật lý là môn nghiên cứu những quy luật, hiện tượng xảy ra trong đời sống. Nếu nắm rõ được các quy luật, hiểu rõ hiện tượng là có thể hiểu và tìm được hướng giải cho bài toán vật lý. Phần còn lại là áp dụng công thức đã học cùng với những dữ kiện của đề bài, thêm một chút tính toán; học sinh có thể giải bài tập Vật lý. Điều quan trọng là phải hiểu rõ công thức để không tính sai và tính nhầm. Đối với bộ môn Vật lí ở trường phổ thông, việc vận dụng các kiến thức đã học để làm bài tập sẽ giúp học sinh hiểu một cách sâu hơn các quy luật, hiện tượng vật lí, đồng thời hình thành kĩ năng so sánh, phân tích, tổng hợp…từ đó tư duy của các em sẽ được phát triển hơn. Đặc biệt việc vận dụng bài tập Vật lí sẽ giúp các em cũng cố kiến thức một cách có hệ thống và trong các tình huống cụ thể các em có thể giải quyết yêu cầu một cách nhanh gọn và chính xác. Đã có nhiều tác giả đề cập đến việc giải bài tập vật lí chương Sóng cơ Vật lí 12 như: “Phân loại và phương pháp giải chi tiết bài tập trắc nghiệm Vật lí 12” của các tác giả Trần Thanh Bình, “Hệ thống kiến thức chương sóng âm và sóng cơ” Trường THPT Võ Trường Toản Giáo viên: Lê Thị Thúy 1 Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12 của tác giả Huỳnh Thế Xương , “Phương pháp giải nhanh các bài toán Vật lí” của các tác giả Trần Ngọc – Trần Hữu Giang, “Giải toán tự luận và trắc nghiệm dao động và sóng cơ học” của tác giả Lê Văn Thông….. Tuy nhiên các tài liệu này thường nói một cách chung chung, việc phân dạng bài tập còn ít và chưa thật cụ thể theo từng dạng. Chính vì thế, đề tài “Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12” sau đây sẽ phân loại một cách cụ thể, đồng thời hướng dẫn phương pháp giải nhanh để đáp ứng được với các kì thi kiểm tra trắc nghiệm trong trường THPT, kiểm tra học kì, thi tốt nghiệp, ĐH - CĐ 2. Cơ sở thực tiễn 2.1. Thuận lợi Được sự quan tâm và chỉ đạo sâu sát của Sở GD và ĐT, BGH trường THPT Võ Trường Toản và tổ chuyên môn. Sự giúp đỡ của các đồng nghiệp. Sự phối hợp của học sinh lớp 12A7, 12A10, 12A13 trường THPT Võ Trường Toản, hầu hết các em đều chăm ngoan, năng nổ, nhiệt tình mặc dù lực học của các em chưa cao. 2.2. Khó khăn Là giáo viên trẻ, kinh nghiệm chưa nhiều, lần đầu viết sáng kiến kinh nghiệm còn nhiều bỡ ngỡ Môn học Vật lí là một môn học khó, hầu hết các em ở lớp cơ bản của trường THPT Võ Trường Toản không chọn thi tốt nghiệp nên trong quá trình dạy học các em lơ là, ít chú trọng. Là một trường học ở vùng sâu, vùng xa nên điều kiện học tập của các em còn chưa đầy đủ, một số thiết bị học tập thiếu, một số dụng cụ thí nghiệm đã hỏng hoặc có độ chính xác không cao. III. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1. Phương pháp chung + Phân dạng bài tập. + Trình bày phương pháp giải nhanh một cách ngắn gọn. + Ví dụ minh họa. 2. Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ 2.1. Dạng 1. Viết phương trình sóng tổng hợp a. Phương pháp Xét hai nguồn kết hợp A và B có phương trình Trường THPT Võ Trường Toản Giáo viên: Lê Thị Thúy 2 Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12 uA =acos(ωt +1)và uB =acos(ωt +2) Điểm M cách A khoảng d1 = AM; M cách B khoảng d2 = BM. Độ lệch pha của hai nguồn là Δ =2 −1 Phương trình sóng tổng hợp tại M uM = 2acosπ d2 −d1 − Δcosωt −π d2 +d1 + 1 +2  *TH1: Hai nguồn A, B dao động cùng pha Phương trình dao động tổng hợp tại M do A, B truyền đến là u = uAM + uBM = 2acosπ d2 −d1 cosωt −π(d2 +d1) *TH2: Hai nguồn A, B dao động ngược pha Xét hai nguồn kết hợp A, B có phương trình uA =acos(ωt)và uB =acos(ωt +π) Phương trình dao động tổng hợp tại M do A, B truyền tới là u = uAM + uBM = 2acosπ(d2 − d1 )− π cosωt − π(d2 + d1 )+ π  *TH3: Hai nguồn A, B dao động vuông pha Xét hai nguồn kết hợp A, B có phương trình uA =acos(ωt) và uB = acos(ωt + π ) Phương trình dao động tổng hợp tại M do A, B truyền tới là u = uAM + uBM = 2acosπ(d2 − d1 )− π cosωt − π(d2 + d1 )+ π  b. Ví dụ minh họa Ví dụ 1. Trong thí nghiệm giao thoa sóng người ta tạo ra trên mặt nước 2 nguồn sóng A, B dao động với phương trình uA = uB = 5cos(10πt) cm. Tốc độ sóng là 20 cm/s. Coi biên độ sóng không đổi. Phương trình dao động tại điểm M cách A, B lần lượt 7,2 cm và 8,2 cm là A. uM = 5 2 cos(10πt – 3,85π) cm C. uM = 4 2 cos(10πt – 3,85π) cm B. uM = 2 2 cos(10πt – 3,85π) cm D. uM = 2 cos(10πt – 3,85π) cm Hướng dẫn Từ phương trình ta có ƒ = 2π = 5 Hz → λ = ƒ = 20 = 4 cm/s. Hai nguồn cùng pha nên phương trình sóng tổng hợp tại M do A, B truyền đến là u = uAM + uBM = 2acosπ d2 −d1 cosωt −π d2 +d1  = 2.5cosπ(8,2−7,2)cos10πt − π(8,2 + 7,2) = 5 Trường THPT Võ Trường Toản 2 cos(10πt – 3,85π) cm. → Chọn đáp án A Giáo viên: Lê Thị Thúy 3 Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12 Ví dụ 2. Trong giao thoa sóng nước, hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 10 cm dao động với phương trình lần lượt là uA = 2cos(50πt)cm, uB = 2cos(50πt + π )cm. Tốc độ truyền sóng là v = 0,5 m/s. Phương trình dao động tổng hợp tại điểm M cách các nguồn A, B lần lượt d1 = 16cm, d2 = 23cm là A. uM = 2 cos(50πt – 17π) cm B. uM = 2 cos(50πt –19π) cm C. uM = 4cos(50πt – 19π) cm D. uM = 4cos(50πt – 17π) cm Hướng dẫn Từ phương trình ta có ƒ = 2π = 25 Hz → λ = ƒ = 0,5 = 0,02 m/s = 2cm Hai nguồn ngược pha nên phương trình dao động tổng hợp tại M do A, B truyền tới là u = uAM + uBM = 2acosπ(d2 − d1 )− π cosωt − π(d2 + d1 )+ π  = 2.2cosπ(23−16)− 2  cos50πt − π(23+16)+ 2  = 4cos(50πt - 19π) cm → Chọn đáp án C 2.2. Dạng 2. Xác định biên độ sóng tổng hợp của hai nguồn giao thoa a. Phương pháp Xét hai nguồn kết hợp A, B có phương trình uA = acos(ωt +1) uB = acos(ωt +2 ) Điểm M cách A khoảng d1 = AM; M cách B khoảng d2 = BM. Độ lệch pha của hai nguồn là Δ =2 −1 Biên độ sóng tổng hợp tại M là aM = 2acosπ(d2 −d1) + Δ *TH1: Hai nguồn A, B dao động cùng pha + Biên độ giao động tổng hợp tại M là: aM = 2acosπ(d2 −d1) + Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi d2 - d1 = kλ (k∈Z) Khi đó amax = 2a + Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu khi d2 - d1 = (2k+1)2 (k∈Z) Khi đó amin = 0 Chú ý + Nếu O là trung điểm của đoạn AB thì tại O hoặc các điểm nằm trên đường trung trực của đoạn AB sẽ dao động với biên độ cực đại và bằng 2a Trường THPT Võ Trường Toản Giáo viên: Lê Thị Thúy 4 Phân loại và phương pháp giải nhanh các bài tập về giao thoa sóng cơ Vật lí 12 + Khoảng cách giữa hai cực đại liên tiếp hoặc 2 cực tiểu liên tiếp là  *TH2: Hai nguồn A, B dao động ngược pha + Biên độ giao động tổng hợp tại M là: aM = 2acos(π(d2 − d1)  π ) + Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi d2 - d1 = (2k+1)λ (k∈Z) Khi đó amax = 2a + Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu khi d2 - d1 = kλ (k∈Z) Khi đó amin = 0 Chú ý + Nếu O là trung điểm của đoạn AB thì tại O hoặc các điểm nằm trên đường trung trực của đoạn AB sẽ dao động với biên độ cực tiểu và bằng 0 *TH3: Hai nguồn A, B dao động vuông pha Xét hai nguồn kết hợp A, B có phương trình uA =acos(ωt) và uB = acos(ωt + π ) + Biên độ giao động tổng hợp tại M là: aM = 2acosπ(d2 − d1) − π Chú ý: + Nếu O là trung điểm của đoạn AB thì tại 0 hoặc các điểm nằm trên đường trung trực của đoạn A,B sẽ dao động với biên độ a 2 b. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 10cm có phương trình dao động là uA = uB = 5cos20πt(cm). Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 1m/s. Biên độ dao động tổng hợp tại điểm M trên mặt nước là trung điểm của AB là A. 5 cm B. 4cm C. 8cm D. 10 cm Hướng dẫn Cách 1: Từ phương trình ta có ƒ = 2π = 10 Hz → λ = ƒ = 20 = 0,05 m/s = 5cm M là trung điểm AB nên d1 = d2= 5cm Hai nguồn cùng pha nên biên độ giao động tổng hợp tại M là: aM = 2acosπ(d2 −d1) = 2.5cosπ(5−5) = 10cm → Chọn đáp án D Cách 2: Vì M là trung điểm AB nên aM = 2a = 2.5 = 10cm Ví dụ 2: Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng kết hợp A, B có cùng biên độ a = 2(cm), cùng tần số f = 20(Hz), ngược pha nhau. Coi biên độ sóng không đổi, vận Trường THPT Võ Trường Toản Giáo viên: Lê Thị Thúy 5 ... - tailieumienphi.vn