Chuyên đề GIAO THOA : sóng cơ học – sóng dừng – sóng ánh sáng

 Sóng cơ – sự truyền Sóng cơ

–o0o–

I. Khái niệm :

Sóng cơ là dao dộng cơ lan truyền trong một môi trường.

Thí dụ : sóng nước, sóng điện từ…

Sóng ngang là sóng trong đó các phân tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

Sóng dọc là sóng trong đó các phân tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

II. Các đặc trưng của sóng :

1. Sự truyền của sóng :

Một phân tử bị kích thích dao động, bằng lực liên kết kéo các phân tử khác dao động theo nhưng chậm hơn hay trể pha dao động. cho nên phân tử này dao động làm cho kế bên dao dộng theo nhưng trể pha. Vậy Sự truyền của sóng là quá trình truyền pha dao động.

2. Các đại lượng liên quan :

Biên độ sóng A :

Là biên độ dao động A của phân tử của môi trường có sóng truyền qua.

Chu kỳ  – tần số sóng :

Chu kỳ T của sóng là Chu kỳ T của phân tử của môi trường có sóng truyền qua.

Tần số sóng ff = 1/T.

Tốc độ truyền sóng v :

Là tốc độ lan truyền dao động của môi trường.

Bước sóng λ :

Là quãng đường sóng truyền qua trong một chu kỳ.

λ = v.T = v/f

năng lượng sóng :

là năng lượng dao động của các phân tử của môi trường có sóng truyền qua.

III. Phương trình truyền sóng :

Phương trình dao động tại O (nguồn) :

u0 = Acos ωt.

Sau khoảng thời gian Δt , dao động từ O truyền đến M (OM  = x):

x = v.Δt => Δt = x/v

Phương trình dao động tại M :

uM = Acos ω(t – Δt) = Acos 2π(tf – xf/v ) =  Acos 2π(t/T – x/λ )

Vậy uM = f(t, x) =  Acos 2π(t/T – x/λ )

=================

 GIAO THOA SÓNG.

–o0o–

1. Khái niệm :

Hai sóng kết hợp :

Là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. Hai sóng kết hợp là hai sóng cùng phương, cùng chu kỳ và có độ lệch pha không đổi.

Hiện tượng giao thoa :

là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chung luôn luôn tăng cường lẫn nhau gọi là điểm cực đại giao thoa, ở đó chung luôn luôn tăng tiệt tiêu nhau gọi là điểm cực tiểu giao thoa.

2. Khảo sát giao thoa :

Phương trình dao động tại hai nguồn kết hợp S1 vàS2 (nguồn) :

u0 = S1 = S2 = Acos ωt =Acos (2πf.t) .

Phương trình dao động tại M do Struyền đến :

u1M =  Acos 2π(t/T – d1/λ )

Phương trình dao động tại M do Struyền đến :

u2M =  Acos 2π(t/T – d2/λ )

Phương trình dao động tổng hợp tại M :

uM  = u1M + u2M =  Acos 2π(t/T –/λ ) +  Acos 2π(t/T – d2/λ )

= 2Acos[ π(d2 – d1)/ λ]. cos 2π[t/T – (d2 +d1)λ ]

Biên độ dao động tổng hợp tại M :

|2Acos[ π(d2 – d1)/ λ]|≤ 1

Nếu Biên độ dao động cực đại  :

Thì : cos[ π(d2 – d1)/ λ] = 1

Khi : π(d2 – d1)/ λ = k π

Nên : (d2 – d1) = k λ

Nếu Biên độ dao động cực tiêu bằng không  :

Thì : cos[ π(d2 – d1)/ λ] = 0

Khi : π(d2 – d1)/ λ = (k + ½) π

Nên : (d2 – d1) = (k + ½)λ

3. Kết luận :

Nếu Biên độ dao động cực đại  thì hiệu đường đi : (d2 – d1) = k λ

Nếu Biên độ dao động cực tiêu bằng không thì hiệu đường đi : (d2 – d1) = (k + ½)λ  

===========

SÓNG DỪNG

–o0o–

1. Khái niệm :

Sự phản xạ của sóng trên vật cản cố định :

Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ.

Sự phản xạ của sóng trên vật cản tự do :

Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ.

Sóng dừng :

Là sóng truyền trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng. tại các nút sóng biên độ sóng bằng không, tại các bụng sóng biên độ sóng sóng cực đại và khoảng cách giữa hai nút (bụng) sóng liên tiếp bằng nửa bước sóng.

2. Điều kiện có sóng dừng trên sợi dây :

Trên sợi dây có hai đầu cố định :

Chiều dài dây : l = k. λ/2 với k = 1, 2, 3, …

Trên sợi dây có một đầu cố định và một đầu tự do:

Chiều dài dây : l = (2k + 1). λ/4 với k = 0, 1, 2, 3, …

======================================

Bài tập thực hành thi đại học.

–o0o–

Câu 19 M136 2010A : Một sợi dây AB dài 100 cm căng ngang, đầu B cố định, đầu A gắn với một nhánh của âm thoa dao động điều hòa với tần số 40 Hz. Trên dây AB có một sóng dừng ổn định, A được coi là nút sóng. Tốc độ truyền sóng trên dây là 20 m/s. Kể cả A và B, trên dây có: 

A. 5 nút và 4 bụng. B. 3 nút và 2 bụng. C. 9 nút và 8 bụng. D. 7 nút và 6 bụng.

Phân tích :

Hiện tượng sóng dừng trên dây đầu cố định và một đầu ?.

Cho biết : l = 100 cm; f = 40 Hz ; v = 20 m/s

Tìm số nút và số bụng :

Phương pháp :

Lập tỉ số : 2l/ λ 

  • Nếu 2l/ λ = k thì :  số nút là k + 1; số bụng là : k.
  • Nếu 2l/ λ = k +1/2  thì :  số nút là k + 1; số bụng là : k +1 .

Giải.

Bước sóng : λ = v/f = 20/40 = 0,5m = 50cm.

2l/ λ = 2.100/50 = 4 = k

Vậy : số nút là 4 + 1 = 5; số bụng là : 4 = k.

Kết luận : A. 5 nút và 4 bụng.

————————————————————————————– 

Câu 4 M135 2009A: Trên một sợi dây đàn hồi dài 1,8 m, hai đầu cố định, đang có sóng dừng với 6 bụng sóng. Biết sóng truyền trên dây có tần số 100 Hz. Tốc độ truyền sóng trên dây là 

A. 20 m/s. B. 600 m/s. C. 60 m/s. D. 10 m/s. 

Phân tích :

 Hiện tượng sóng dừng trên dây2  đầu cố định . 

Cho biết : l = 1,8 m; f = 100 Hz ; k = 6 bụng sóng.

 Tìm : v = ? m/s 

Giải. 

Bước sóng λ : 

2l/ λ = k = 6 => λ = 2.1,8/6 = 0,6m. 

Tốc độ truyền sóng : 

λ = v/f => v = λ.f = 0,6.100 = 60m/s 

kết luận : C. 60 m/s.

—————————————————————————————

Câu 2 M128 2008A: Trong thí nghiệm về sóng dừng, trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngoài hai đầu dây cố định còn có hai điểm khác trên dây không dao động. Biết khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là 0,05 s. Vận tốc truyền sóng trên dây là

A. 16 m/s. B. 4 m/s. C. 12 m/s. D. 8 m/s.

Phân tích :

Hiện tượng sóng dừng trên dây 2  đầu cố định .

Cho biết : l = 1,2 m;

khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là 0,05 s  => T = 0,05.2s  = 0,1s ;

hai điểm khác trên dây không dao động k = 2 + 1 = 3.

Tìm : v = ? m/s

Giải.

Bước sóng λ :

2l/ λ = k = 3 => λ = 2.1,2/3 = 0,8m.

Tốc độ truyền sóng :

λ = v.T => v = λ/T = 0,8/0,1 = 8m/s

kết luận : D. 8 m/s.

—————————————————————————————

Câu 6 M135 2007A: Trên một sợi dây dài 2 m đang có sóng dừng với tần số 100 Hz, người ta thấy ngoài 2 đầu dây cố định còn có 3 điểm khác luôn đứng yên. Vận tốc truyền sóng trên dây là

A. 60 m/s. B. 80 m/s. C. 40 m/s. D. 100 m/s.

Phân tích :

Hiện tượng sóng dừng trên dây 2  đầu cố định .

Cho biết : l = 2 m; f = 100 Hz ;

ngoài 2 đầu dây cố định còn có 3 điểm khác luôn đứng yên. k = 3 +1 = 4.

Tìm : v = ? m/s

Giải.

Bước sóng λ :

2l/ λ = k = 4 => λ = 2.2/4 = 1m.

Tốc độ truyền sóng :

λ = v/f => v = λ.f = 1.100 = 100m/s

kết luận : D. 100 m/s.

GIAO THOA ÁNH SÁNG

–o0o–

1.Hiện tượng Giao thoa ánh sáng :

Là Hiện tượng trong vùng hai chùm ánh sáng gặp nhau có những vạch sáng, tối xen kẻ nhau một cách đều đặn. tại những vạch sáng là chổ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau gọi là vân sáng, tại những vạch tối là chổ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau gọi là vân tối.

2. Vị trí vân sáng – vân tối :

Thí nghiệm Young :

Hiệu quang lộ :

d2 – d1 = ax/D.

Tại vân sáng :

d2 –d1 = ax/D = kλ.

Suy ra : sáng = k . λD/a .trong đó k :

k = 0 : vân sáng trung tâm.

k = ±1 : vân sáng bậc 1.

k = ±2  : vân sáng bậc 2…

Khoảng vân i  : 

Là khoảng cách giữa hai vân sáng (tối) liên tiếp.

i = xk +1 – xk = λD/a

Tại vân tối : d2 –d1= ax/D = (k + ½)λ.

Suy ra : xtối = (k + ½)λD/a = (k + ½). i

k = 0, -1 : vân tối bậc 1.

k = 1, -2: vân tối bậc 2.

k = 2, -3 : vân tối bậc 3…

3. bước sóng  – màu sắc

Màu λ (nm) Ánh sáng

Ánh sáng hồng ngoại

Đỏ 640-760

Ánh sáng nhìn thấy

Da cam 590-650
vàng 570-600
Lục 500-575
lam 450-510
chàm 430-460
Tím 380-440

Ánh sáng tử ngoại

2010A M135

========== 

Bài tập thực hành thi đại học. 

–o0o–

DH2010A M135

Câu 3: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm. Khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2,5 m, bề rộng miền giao thoa là 1,25 cm. Tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là

A. 21 vân. B. 15 vân. C. 17 vân. D. 19 vân.

Phân tích :

λ= 0,6 μm; a = 1 mm; D = 2,5 m; L = 1,25 cm

tính : Tổng số vân sáng và vân tối = ?

hướng dẫn giải :

tính : i = λD/a = 1,5 mm.

xét tỉ số : L/(2i) = 4,1

suy ra có số vân sáng : 2.4 + 1 = 9

vân tối : 2.4 = 8

Tổng số vân sáng và vân tối = 9 + 8 = 17.

Câu 13: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai bức xạ đơn sắc, trong đó bức xạ màu đỏ có bước sóng 720 nm và bức xạ màu lục có bước sóng λ (có giá trị trong khoảng từ 500 nm đến 575 nm). Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục. Giá trị của λ là

A. 500 nm. B. 520 nm. C. 540 nm. D. 560 nm.

Phân tích : bức xạ ( màu đỏ và màu lục) giao thoa nhau.

giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục. có nhĩa là hệ thống giao thoa gồm vân sáng trung tâm và khoảng vân chứa 8 vân sáng màu lục thành phần.

suy ra : khoảng vân hệ thống = (kt = 8 + 1 = 9)  lần khoảng vân vân sáng màu lục = k lần  khoảng vân màu đỏ.

 hướng dẫn giải :

sáng = kd . λdD/a = kt . λt D/a = >λt = kd . λd/ kt = kd λd/ 9

mà  : 500 nm ≤  λt ≤ 575 nm => 500 nm ≤  kd λd/ 9 ≤ 575 nm =>  6.25 ≤kd ≤ 7,1

Chọn :   Kd = 7 = > λt = 7.720/ 9 = 560 nm

Câu 19: Một sợi dây AB dài 100 cm căng ngang, đầu B cố định, đầu A gắn với một nhánh của âm thoa dao động điều hòa với tần số 40 Hz. Trên dây AB có một sóng dừng ổn định, A được coi là nút sóng. Tốc độ truyền sóng trên dây là 20 m/s. Kể cả A và B, trên dây có

A. 5 nút và 4 bụng. B. 3 nút và 2 bụng. C. 9 nút và 8 bụng. D. 7 nút và 6 bụng.

Hướng dẫn giải :

tính : λ = v/f = 50cm

xét  2l/( λ) = 4.

Suy ra  : 5 nút và 4 bụng

Câu 22: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm. Khoảng cách giữa hai khe là 0,8 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2 m. Trên màn, tại vị trí cách vân trung tâm 3 mm có vân sáng của các bức xạ với bước sóng

A. 0,48 μm và 0,56 μm. B. 0,40 μm và 0,60 μm.

C. 0,45 μm và 0,60 μm. D. 0,40 μm và 0,64 μm.

Hướng dẫn giải :

sáng = k . λD/a . => λ = 1200/k nm

380 nm  ≤ λ ≤ 760 nm. => k = 2, 3

λ = 600nm; λ = 400nm 

Câu 29: Điều kiện để hai sóng cơ khi gặp nhau, giao thoa được với nhau là hai sóng phải xuất phát từ hai nguồn dao động

A. cùng biên độ và có hiệu số pha không đổi theo thời gian.

B. cùng tần số, cùng phương.

C. có cùng pha ban đầu và cùng biên độ.

D. cùng tần số, cùng phương và có hiệu số pha không đổi theo thời gian.

Câu 31: Ở mặt thoáng của một chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A và B cách nhau 20 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình =πAu2cos40 và =π+πBu2cos(40t (uvà utính bằng mm, t tính bằng s). Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 30 cm/s. Xét hình vuông AMNB thuộc mặt thoáng chất lỏng. Số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn BM là

A. 19. B. 18. C. 17. D. 20.

Câu 43: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ. Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân tối thứ ba (tính từ vân sáng trung tâm) thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1, Sđến M có độ lớn bằng

  1. A.     2λ. B. 1,5λ. C. 3λ. D. 2,5λ.

Hướng dẫn giải :

d2 –d1 = ax/D = (k + ½)λ. K = 2

Câu 45: Tại một điểm trên mặt chất lỏng có một nguồn dao động với tần số 120 Hz, tạo ra sóng ổn định trên mặt chất lỏng. Xét 5 gợn lồi liên tiếp trên một phương truyền sóng, ở về một phía so với nguồn, gợn thứ nhất cách gợn thứ năm 0,5 m. Tốc độ truyền sóng là

A. 30 m/s. B. 15 m/s. C. 12 m/s. D. 25 m/s.

Hướng dẫn giải :

λ/2 = 0,5/4 => λ = 0,25m

v = λ.f = 30m/s

2009A  M135

Câu 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2 m. Nguồn sáng dùng trong thí nghiệm gồm hai bức xạ có bước sóng λ= 450 nm và λ= 600 nm. Trên màn quan sát, gọi M, N là hai điểm ở cùng một phía so với vân trung tâm và cách vân trung tâm lần lượt là 5,5 mm và 22 mm. Trên đoạn MN, số vị trí vân sáng trùng nhau của hai bức xạ là

A. 4. B. 5. C. 2. D. 3.

Câu 4: Trên một sợi dây đàn hồi dài 1,8 m, hai đầu cố định, đang có sóng dừng với 6 bụng sóng. Biết sóng truyền trên dây có tần số 100 Hz. Tốc độ truyền sóng trên dây là

A. 20 m/s. B. 600 m/s. C. 60 m/s. D. 10 m/s.

Câu 6: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm

A. gần nhau nhất mà dao động tại hai điểm đó cùng pha.

B. trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó cùng pha.

C. trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó ngược pha.

D. gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó cùng pha.

Câu 16: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,38 μm đến 0,76 μm. Tại vị trí vân sáng bậc 4 của ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,76 μm còn có bao nhiêu vân sáng nữa của các ánh sáng đơn sắc khác?

A. 8. B. 7. C. 4. D. 3.

Câu 41: Một sóng âm truyền trong thép với tốc độ 5000 m/s. Nếu độ lệch pha của sóng âm đó ở hai điểm gần nhau nhất cách nhau 1 m trên cùng một phương truyền sóng là 2π thì tần số của sóng bằng

A. 1000 Hz. B. 1250 Hz. C. 5000 Hz. D. 2500 Hz.

2008A  128

Câu 2: Trong thí nghiệm về sóng dừng, trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngoài hai đầu dây cố định còn có hai điểm khác trên dây không dao động. Biết khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp sợi dây duỗi thẳng là 0,05 s. Vận tốc truyền sóng trên dây là

  1. A.    16 m/s. B. 4 m/s. C. 12 m/s. D. 8 m/s.

 

Câu 27: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Iâng (Y-âng), khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 1,2 m. Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 500 nm và 660 nm thì thu được hệ vân giao thoa trên màn. Biết vân sáng chính giữa (trung tâm) ứng với hai bức xạ trên trùng nhau. Khoảng cách từ vân chính giữa đến vân gần nhất cùng màu với vân chính giữa là

A. 9,9 mm. B. 19,8 mm. C. 29,7 mm. D. 4,9 mm.

Câu 39: Tại hai điểm A và B trong một môi trường truyền sóng có hai nguồn sóng kết hợp, dao động cùng phương với phương trình lần lượt là A u = asin(ωt )và  B u = asin( ωt + π) . Biết vận tốc và biên độ sóng do mỗi nguồn tạo ra không đổi trong quá trình sóng truyền. Trong khoảng giữa A và B có giao thoa sóng do hai nguồn trên gây ra. Phần tử vật chất tại trung điểm của đoạn AB dao động với biên độ bằng

A. a/2. B. 2a. C. 0. D. a.

About these ads
This entry was posted in Luyện thi Đại học, Vật lý 12 and tagged , , . Bookmark the permalink.

One Response to Chuyên đề GIAO THOA : sóng cơ học – sóng dừng – sóng ánh sáng

  1. Trần Huy Bảo says:

    thay con tai lieu nao khong a

Gửi phản hồi ( bài giải hay ) :"Một người vì mọi người, Mọi người vì một người"

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s