Bài 8: GIAO THOA SÓNG

Bài 8: GIAO THOA SÓNG

1.Thế nào là nguồn kết hợp?
2. Thế nào là sóng kết hợp?
3. K/n về giao thoa của sóng cơ và sóng ánh sáng.
4. Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa.
5. Cách viết PT sóng tổng hợp tại một điểm
6. Điều kiện để các điểm dao động với biên độ cực đại,
cực tiểu giao thoa.
7. Công thức tính vị trí vân giao thoa cực đại, cực tiểu
8. Các xác định số cực đại, cực tiểu

Hãy quan sát trên mặt nước có mấy nguồn sóng? sóng có hình
dạng như thế nào ?

Bài 8: GIAO THOA SÓNG
Hình 8.1 cho ta quan
sát thấy hình ảnh sóng
do 02 con vịt bơi trên
mặt nước tạo ra. Trong
vùng sóng do 02 con
vịt tạo ra gặp nhau
(hay vùng có sự chồng
chất của các sóng).
Trong vùng này có
những điểm mà tại đó
các phần tử nước dao
động mạnh (có biên độ
lớn) và những điểm mà
tại đó các phần tử nước

Bài 8: GIAO THOA SÓNG

I. GIAO THOA SÓNG CƠ
1. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa
của sóng nước.
- Dụng cụ thí nghiệm gồm:
+ Khay nước (1),
+ Đèn chiếu (2),
+ Màn ảnh (3),
+ Hai viên bi nhỏ (4) gắn vào hai đầu của
một cần rung,
+ Máy phát tần số (5),
Hình 8.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát hiện
+ Gương phẳng (6)
tượng giao thoa sóng trên mặt nước

1. Khảo sát thí nghiệm của hai sóng cùng tần số, cùng pha trên mặt nước

Cần rung có gắn hai hòn bi S1,S2 (2
nguồn sóng) cách nhau vài cm, chậu nước

S2
P
S1

Hình minh họa 8.1

Bộ thí nghiệm về sóng trên
mặt nước

- Tiến hành thí nghiệm:
+ Điều chỉnh để 02
hòn bi tiếp xúc với mặt
nước.
+ Bật đèn chiếu, bật
máy phát tần số để 02
viên bi dao động theo
phương thẳng đứng và
tạo ra 02 hệ thống song
tròn trên mặt nước.
+ Điều chỉnh tần số để
quan sát rõ hiện tượng

Hãy quan sát xem khi cần rung dao động
(02 hòn bi dao động), hiện tượng gì xảy ra?

Khi cần rung dao động
a) Hai hòn bi dao động
cùng phương, cùng tần số
(chu kỳ) và cùng pha với
nhau. 02 hòn bi là 02
nguồn phát sóng

b) Hai nguồn dao động có
cùng phương dao động,
cùng tần số (chu kỳ), có
cùng fa hoặc độ lệch pha
không đổi theo thời gian
gọi là hai nguồn kết hợp.
c) Sóng do các nguồn kết
hợp tạo ra gọi là sóng kết
hợp.

a) 02 hòn bi dao động có phương dao động,
biên độ, tần số, chu kỳ và pha như thế nào?

Khi cần rung dao động

Khi sóng trên mặt nước ổn định ta quan
sát được hình ảnh như thế nào? Tại sao?
Giải thích?
Kết quả :
Trên mặt nước có những gợn sóng ổn
định hình các đường hypebol (gợn lồi và gợn
lõm) và có tiêu điểm là S1 và S2.

Gi¶i thÝch
- Mỗi nguồn phát ra một sóng tròn
lan toả đến gặp nhau.

- Trong miền hai sóng gặp nhau :
B

A

S

S2

1

P

Tại vùng hai sóng phát ra từ 02 hòn bi (S1, S2) gặp nhau:
+ Có những điểm đứng yên do ở đó hai
sóng (ngược pha) gặp nhau triệt tiêu
nhau. Quỹ tích tất cả những điểm đó hợp
thành đường hypecbol nét đứt (có biên độ
bằng không)
+ Có những điểm dao động rất mạnh do
ở đó hai sóng (cùng pha) gặp nhau tăng
cường lẫn nhau. Quỹ tích tất cả những
điểm đó hợp thành đường hypecbol nét
liền (có biên độ lớn nhất hay biên độ cực
đại).

Triệt tiêu

S1

Tăng cường

S2

+ Các đường hypebol (nét liền) tạo thành gọi là vân giao thoa cực đại và đường hy
pebol (nét đứt) gọi là vân giao thoa cực tiểu.

+ Các đường
hypebol (nét liền)
tạo thành gọi là
vân giao thoa cực
đại và đường hy
pebol (nét đứt)
gọi là vân giao
thoa cực tiểu.
Hiện tượng
xảy ra ở trên
gọi là hiện
tượng giao Vân giao thoa
thoa sóng trên
cực tiểu
mặt nước.

Vân giao thoa
cực đại

S2

S1

Vân trung tâm

2. Khái niệm hiện tượng giao thoa. Điều kiện để xảy ra giao thoa sóng:

a) Khái niệm: Hiện tượng hai hay nhiều sóng kết hợp gặp nhau tăng
cường nhau (biên độ tăng) hoặc làm suy yếu nhau (biên độ giảm) tại
một số vị trí trong môi trường gọi là hiện tượng giao thoa sóng.
- Các gợn sóng ổn định (hypebol nét liền có biên độ cực đại) và
(hypebol nét đứt có biên độ bằng không) gọi là vân giao thoa cực đại
và cực tiểu.
b) Điều kiện để có hiện tượng giao thoa sóng: Điều kiện để có

giao thoa là phải có sự kết hợp từ hai nguồn sóng dao động cùng
phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

- Trong môi trường truyền sóng, khi hai nguồn dao động
cùng pha, những điểm có khoảng cách đến hai nguồn lần
lượt là d1 và d2 sẽ dao động với biên độ cực đại khi:
d2−d1=kλ
Và dao động với biên độ cực tiểu khi:
d2−d1=(k+12)λ
Với k là một số nguyên (k=0, ±1, ±2, …)

3. Xác định vị trí các vân giao thoa
Xét hai nguồn cùng pha có
phương trình li
độ: u
=u2mặt
=Acos(2πt/T)
Xét điểm
M1trên
nước các các nguồn là
S1M = d1 và S2M = d2.
Phương trình sóng tại M do 2 nguồn truyền đến lần
lượt là:

II. Giao thoa sóng ánh sang
1.Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng

là hiện tượng xuất hiện các vạch
sáng xen kẽ với các vạch tối khi
hai sóng ánh sáng kết hợp gặp
nhau.
- Các vạch sáng, vạch tối được
gọi là vân giao thoa.
- Vạch sáng ứng với biên độ dao
động tổng hợp cực đại được gọi
là vân sáng, vạch tối ứng với
biên độ dao động tổng hợp cực

II. GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG

1. Thí nghiệm của Y âng về giao thoa sóng ánh sáng

facebook:vatlytrucquan

a- Dông cô. - §Ìn chiÕu s¸ng §.

- Mµn ch¾n M1 cã khe hÑp S.
- Mµn ch¾n M2 ®Æt song song M1, cã hai khe hÑp S1&S2
rÊt gÇn nhau vµ cïng song song víi S.
- C¸c tÊm kÝnh läc s¾c F

b- TiÕn hành thÝ nghiÖm.
- Sö dông ¸nh s¸ng ®¬n s¾c ®á.
Đ

M1
S

M2
S1 S 2

F

*HiÖn tượng quan s¸t ®ược.
Cã mét vïng s¸ng hÑp trong ®ã xuÊt hiÖn nh÷ng v¹ch s¸ng ®á vµ
nh÷ng v¹ch tèi xen kÏ nhau ®Òu ®Æn.

Giao thoa với ánh đơn
sắc tím

Giao thoa với ánh sáng
đơn sắc vàng

Giao thoa với ánh
sáng đơn sắc đỏ

Ta gäi nh÷ng v¹ch s¸ng
tèi ë trªn lµ V©n giao thoa.
Khái niệm: Hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc là hiện tượng hai sóng ánh
sáng kết hợp gặp nhau tao ra những vạch sáng, vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
Ghi chú: Các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì bề rộng các vạch sáng và khoảng
cách giữa hai vạch sáng hoặc hai vạch tối liên tiếp (khoảng vân giao thoa) cũng khác

Sö dông ¸nh s¸ng tr¾ng.

*HiÖn t­ượng quan s¸t ®ược.
Mét v¹ch s¸ng tr¾ng ë chÝnh gi÷a, hai bªn cã nh÷ng d¶i mµu nh ư­
cÇu vång, tÝm ë trong, ®á ë ngoµi.

KẾT LUẬN
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng
xuất hiện các vạch sáng xen kẽ với các vạch
tối khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau.
- Các vạch sáng, vạch tối được gọi là vân giao
thoa.
- Vạch sáng ứng với biên độ dao động tổng
hợp cực đại được gọi là vân sáng, vạch tối
ứng với biên độ dao động tổng hợp cực tiểu
được gọi là vân tối.

2. Khoảng vân và vị trí vân giao thoa trên màn

2. Công thức xác định vị trí vân sáng, vân tối trên màn:
- Xét vân giao thoa tại A cách O đoạn OA = x:

+ Tại A có vân sáng khi
d 2  d1 k  ; k 0; 1; 2;.....

H

d1

S1

+ Vị trí của A so với O được xác định:
xS = k ( k = 0, 1, 2, 3,..)

I

a
S2

A
d2
D

1
+ Tại A có vân tối khi: d 2  d1 (k  ) ; k 0; 1; 2;.....
2
+ Vị trí của A so với O được xác định:
xt = (2k+1) ( k = 0, 1, 2, 3,..)
facebook:vatlytrucquan

x
O

M

3. Chú ý khi 2 nguồn kết hợp dao động cùng pha:
d 2  d1
* Để xác định điểm M dao động với Amax hay Amin ta xét:

d 2  d1
thì
k M dao động với Amax và M nằm trên cực đại giao
+ Nếu


thoa bậc k
d 2  d1
1

k

+ Nếu

2

thì M dao động với A min và M nằm trên cực

tiểu giao thoa thứ k + 1

Trường hợp hai nguồn kết hợp ngược pha thì kết quả ngược lại.

VAÄN DUÏNG

Câu 1: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động có:
a.cùng tần số.
b.cùng pha.
c.cùng tần số, cùng pha hay độ lệch pha không đổi theo thời
gian.
d.cùng tần số, cùng pha và cùng biên độ.
2. Hiện tượng giao thoa là hiện tượng
a. Giao của hai sóng tại một điểm của môi trường.
b. Tổng hợp 2 dao động.
c. Tạo thành các gợn lồi, lõm.
d. Hai sóng gặp nhau có những điểm chung luôn tăng cường nhau,
có những điểm chúng luôn triệt tiêu nhau.

Câu 3: Xét hai nguồn sóng kết hợp tạo ra hiện tượng giao
thoa trên mặt nước. Cho biết tốc độ truyền sóng là 25 cm/s
và tần số sóng là 10 Hz. Tại điểm cách hai nguồn các
khoảng bằng bao nhiêu thì sóng có biên độ cực đại?
A. 10 cm và 12 cm.
B. 10 cm và 15 cm.
C. 15 cm và 16 cm.
D. 12 cm và 16 cm.

Câu 3. Trong thí nghiệm ở Hình 8.2, tốc độ truyền sóng
trên mặt nước là 20 cm/s, cần rung có tần số 40 Hz. Tính khoảng
cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng
S1S2.

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có
độ dài bằng nửa bước sóng nên có giá trị bằng
.

Câu 4. Trong thí nghiệm ở Hình 8.1, tốc độ truyền sóng
trên mặt nước là 20 cm/s, cần rung có tần số 40 Hz. Tính khoảng
cách giữa cực đại và cực tiểu giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng
S1S2.

Khoảng cách giữa cực đại và cực tiểu giao thoa cạnh nhau
có độ dài bằng 1/4 bước sóng nên có giá trị bằng
.

VAÄN DUÏNG

Hướng dẫn
Tóm tắt:
a = 2 mm = 2.10

* Áp dụng công thức:
-3

D
ia
i
 
a
D

m.

D = 1,2 m.

* Thay số, ta được:

i = 0,36 mm = 0,36 .10 m
-3

Tính:  ?
f ?

0,36.10 3.2.10 3

0, 6.10 6 m
1, 2

c
3.108
14

5.10
Hz
f  
6
 0, 6.10

Tóm tắt:
a = 0,15 mm = 0,15.10 -3m
D= 1,2 m.
Khoảng cách 12 vân sáng:
L = 5,2 mm = 5,2.10-3m
Tính:  ?

Hướng dẫn
•Giữa 12 vân sáng liên tiếp có 11
khoảng vân.Từ đó: L = 11i
5, 2
i
0, 473mm
11
Bước sóng ánh sáng:
ia 0, 473.10 3.0,15.10 3
 
D
1, 2
  5,91.10 8 m

Câu 6. Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt
nước, hai nguồn A, B dao động cùng pha với cùng
tần số f=13Hzf=13Hz. Tại một điểm M cách các
nguồn A, B lần lượt
là d1=19cmd1=19cm, d2=21cmd2=21cm thì
sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung
trực của AB không có dãy cực đại khác. Tốc độ
truyền sóng trên mặt nước là
A. v = 26 m/s.
B. v = 52 m/s.
C. v = 26 cm/s.
D. v = 52 cm/s.

Câu 7. Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng,
hai khe cách nhau a=0,5mma=0,5mm và được chiếu
sáng bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ. Khoảng
cách từ hai khe đến màn quan sát là 2 m. Trên màn quan
sát, trong vùng giữa hai điểm M và N
mà MN=2cmMN=2cm, người ta thấy tại M và N đều là
vân sáng và đếm được có 10 vân tối. Bước sóng λλ của
ánh sáng dùng trong thí nghiệm này là
A. 0,4 μm.
B. 0,5 μm.
C. 0,6 μm.
D. 0,7 μm.

• Câu 8: Trong thí nghiệp Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc,
khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa
hai khe đến màn quan sát là 2 m. Tại điểm M trên màn quan sát cách
vân trung tâm 3 mm có vân sáng bậc 3. Bước sóng của ánh sáng dùng
trong thí nghiệm là
• A. 500 nm.
• B. 450 nm.
• C. 600 nm.
• D. 750 nm.

Câu 9. Trong thí nghiệm về giao thoa sóng nước, tốc
độ truyền sóng là 1,5 m/s, cần rung có tần số 40 Hz.
Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh
nhau trên đoạn thẳng S1S2 là
A. 1,875 cm.
B. 3,75 cm.
C. 60 m.
D. 30 m.

Câu 10. Trong thí nghiệm giao thoa sóng, khoảng cách giữa hai
nguồn S1,S2 là d = 11 cm, cho cần rung, ta thấy hai điểm S1,S2 gần
như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao
động. Biết tần số rung là 26 Hz, tốc độ truyền sóng là
• A. 0,52 m/s.
• B. 0,26 cm/s.
• C. 0,13 cm/s.
• D. 2,6 cm.

MỞ RỘNG

3. Phương trình sóng tại điểm M bất kỳ trong vùng giao thoa:
- Giả sử phương trình sóng tại 2 nguồn kết hợp S1 và S2 và điểm M có dạng:

M
)
d1



)

- PT sóng tại M là tổng hợp của u1M và u2M:
u M u1M  u2M

S1

d2

(d1  d 2 ) 1  2


2Acos[ (d2  d1 ) 
]cos[t +
]=A MM Cos(t  MM )

2

2

- Biên độ dao động tổng hợp tại M:


 Hoặc A2 = A2 + A2 + 2A A cos
A M 2A cos[ (d 2  d1 ) 
]
M
1
2
1 2

2

2(d 2 - d1 )
2(d2 - d1 )
 (2  1 ) 
 
- Độ lệch pha:  



 = 2 - 1 là độ lệch pha ban đầu của 2 nguồn dao động

S2

4. Điều kiện để một điểm dao động cực đại, cực tiểu giao thoa. Số cực
đại, cực tiểu giao thoa.
a. Hai nguồn cùng pha:  = 2 - 1 = 2k (k = 0,1, 2,…); Chọn k = 0.
 k2  d1  d 2 k
2

  (d1  d 2 ) 

1

(2k  1)  d1  d 2 (2k  1) (k  )

2
2

k = 0, 1, 2, 3, …

-2

-1

(Cực tiểu giao thoa)


2

S1

2

1

k=0

+ Số vân cực đại:
S1S 2
S1S2

k



(Cực đại giao thoa)

S2

+ Số vân cực tiểu:
S1S 2 1
S1S2 1

 k


2

2

-2

-1

k= 0

1

4. Điều kiện để một điểm dao động cực đại, cực tiểu giao thoa. Số cực đại,
cực tiểu giao thoa.
b. Hai nguồn ngược pha:  = 2 - 1 = (2k+1) (k = 0,1, 2,…); Chọn k = 0.



1
2
 k2  d1  d 2 (2k  1) (k  )
   (d1  d 2 ) 
2
2

(2k  1)  d  d k

1
2
-2

-1

(Cực đại giao thoa)
(Cực tiểu giao thoa)
2

1

k=0

+ Số vân cực đại:
S1S2 1
S1S2 1

 k


2

2


2

S1

S2

+ Số vân cực tiểu:
S1S 2
S1S2

k



-2

-1

k= 0

1

4. Cực đại, cực tiểu giao thoa:
c. Hai nguồn vuông pha:  = 2 - 1 = (2k+1) (k = 0,1, 2,…); Chọn k = 0.

2
  (d1  d 2 ) 



1 
1 
(k  )  d1  d 2 (k  )
2
2 2
2 2

+ Số vân cực đại = Số vân cực tiểu:

𝐴=𝜋 𝑟 2

S1S2 1
S1S2 1

 k


4

4

5. Khoảng vân giao thoa (i): Là khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp của hai
hypecbol cùng loại (giữa hai cực đại hoặc hai cực tiểu liên tiếp) là .

Khoảng cách từ 01 cực đại đến 01 cực tiểu kề nhau là