Vật lí 11 Cánh diều Bài 3: Giao thoa sóng

1.1.1. Sự tạo thành vân giao thoa

- Hiện tượng hai sóng kết hợp, khi gặp nhau tại những điểm xác định, luôn luôn hoặc làm tăng cường, hoặc làm yếu nhau được gọi là hiện tượng giao thoa của sóng.

Hình 3.1. Đường truyền sóng từ hai nguồn A và B đến M

Hình 3.2. Đồ thị li độ - thời gian của điểm M khi hai sóng tới đồng pha

- Khi hai sóng đến điểm M đồng pha thì dao động tại đó có biên độ lớn nhất.

- Điều kiện những điểm dao động với biên độ lớn nhất: 

$x_2-x_1=k\lambda$(k là số nguyên).

Hình 3.3. Đồ thị li độ - thời gian của điểm M khi hai sóng tới ngược pha

- Khi hai sóng đến điểm M ngược pha thì biên độ dao động tại M là nhỏ nhất. Điều kiện những điểm dao động với biên độ nhỏ nhất: \({x_2} - {x_1} = \left( {k + \frac{1}{2}} \right)\lambda \) (k là số nguyên).

- Tập hợp các điểm dao động với biên độ lớn nhất hoặc nhỏ nhất tạo thành các đường xác định trong vùng giao thoa của hai sóng. Các đường này được gọi là hệ vân giao thoa của hai sóng.

1.1.2. Thí nghiệm kiểm tra

Hình 3.4. Hình ảnh giao thoa của hai sông nước đường màu xanh biểu diễn các gợn sóng lối, đường màu tim biểu diễn các gợn sóng lõm

Điều kiện để có hiện tượng giao thoa sóng là hai sóng phải xuất phát từ hai nguồn dao động có cùng tần số, cùng phương dao động và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

· Sử dụng nguồn laser S0 chiếu đồng thời hai khe hẹp S1 và S2. Hai khe này trở thành nguồn sáng kết hợp, sử dụng màn E để thu hệ vân giao thoa.

Hình 3.5. Sở đồ thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young và các vẫn giao thoa thu được trên màn E

- Khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp thì bằng nhau và được gọi là khoảng vân, kí hiệu là i.

- a là khoảng cách giữa hai khe hẹp S₁ và S₂.

- D là khoảng cách từ trung điểm của hai nguồn sáng S₁, S₂ đến màn E.

- Công thức khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

- Vị trí vân sáng bậc k: \({x_s} = ki\)

- Vị trí vân tối thứ k: \({x_t} = (k - \frac{1}{2})i\)

· Nếu dùng nguồn phát ánh sáng trắng tại S0 thì trên màn quan sát ta sẽ thấy vạch sáng trắng ở chính giữa, hai bên vạch này có những dải màu như cầu vồng.

Hình 3.6. Vân giao thoa của hai nguồn phát ánh sáng trắng

Ví dụ 1: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi có hai sóng chuyển động ngược chiều nhau.

B. Hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi có hai dao động cùng chiều, cùng pha gặp nhau.

C. Hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi có hai sóng xuất phát từ hai nguồn dao động cùng pha, cùng biên độ.

D. Hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi có hai sóng xuất phát từ hai tâm dao động cùng tần số, cùng pha.

Hướng dẫn giải

Hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi có hai sóng xuất phát từ hai tâm dao động cùng tần số, cùng pha.

Đáp án D

Ví dụ 2: Trong thí nghiệm tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, người ta dùng nguồn dao động có tần số 100Hz và đo được khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp nằm trên đường nối hai tâm dao động là 4mm. Tốc độ sóng trên mặt nước là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

+ Trong giao thoa sóng mặt nước, khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp nằm trên hai đường nối hai tâm dao động bằng nửa bước sóng.

Do đó:

\(\begin{array}{l} \frac{\lambda }{2} = 4\;mm\\ \Rightarrow \lambda = 8\;mm = 0,008\;m \end{array}\)

+ Tốc độ truyền sóng: v = λ.f = 0,008.100 = 0,8 m/s

Học xong bài này các em cần biết:

- Thực hiện (hoặc mô tả) được thí nghiệm chứng minh sự giao thoa hai sóng kết hợp bằng dụng cụ thực hành sử dụng sóng nước (hoặc sóng ánh sáng)

- Phân tích, đánh giá kết thiết để quan quả thu được từ thí nghiệm, nêu được các điều kiện cần sát được hệ vân giao thoa.

- Vận dụngđược biểu thức \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\) cho giao thoa ánh sáng qua hai khe hẹp.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 48 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 1 trang 50 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 1 trang 50 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 2 trang 51 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 3 trang 51 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 2 trang 52 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Vận dụng trang 53 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Tìm hiểu thêm trang 53 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!