Giao Thoa Sóng Là Gì? Lý Thuyết Giao Thoa Sóng Và Bài Tập

1. Giao thoa sóng là gì?

Giao thoa sóng là hiện tượng sự tổng hợp của 2 sóng kết hợp trong một không gian, trong đó có những chỗ biên độ sóng bị giảm bớt hoặc được tăng cường.

Điều kiện để có giao thoa sóng cơ xảy ra đó là khi 2 nguồn kết hợp với nhau. Với điều kiện là 2 nguồn này phải có cùng hiệu số pha không đổi theo thời gian và  cùng tần số.

2. Hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước

Giao thoa sóng của hai mặt sóng nước là hiện tượng 2 sóng gặp nhau và tạo ra các gợn sóng ổn định. Các gợn sóng có hình các đường hypebol hay còn gọi là vân giao thoa. Dưới đây là hình ảnh sóng giao thoa trên mặt nước.

2.1. Thí nghiệm giao thoa sóng

Tiến hành gắn 2 hòn bi nhỏ vào thành đàn hồi và cho chúng chạm mặt nước.

Khi thanh bắt đầu dao động thì 2 hòn bi A, B tạo ra trên mặt nước 2 hệ sóng lan truyền theo đường tròn đồng tâm mở rộng và trộn dần vào nhau.

Khi 2 sóng đã ổn định trên mặt nước sẽ có 2 nhóm đường cong. Nhóm 1 có biên độ dao động cực đại và xen kẽ với một nhóm khác tại điểm đó mặt nước sẽ không dao động. Khi đó hiện tượng này được gọi là giao thoa của sóng.

2.2. Nguồn kết hợp - sóng kết hợp

Khi 2 nguồn dao động cùng một phương, cùng pha, cùng tần số hoặc độ lệch pha không đổi theo thời gian được gọi là nguồn kết hợp.

Hai sóng được tạo ra từ 2 nguồn kết hợp được gọi là sóng kết hợp.

Trên mặt nước có sự lan truyền 2 sóng kết hợp tại các điểm có sự gặp nhau của 2 sóng kết hợp ta có được sự tổng hợp của 2 sóng.

2.3. Hiện tượng giao thoa sóng

- Xét 2 nguồn AB cách nhau một khoảng L có phương trình dao động là:

$u1=acos(\omega t+\varphi 1)$

Hoặc $u2=acos(\omega t+\varphi 1)$

- Xét M nằm trong vùng giao thoa và cách hai nguồn đoạn d₁, d₂. PT sóng tại điểm M có dạng:

PT tổng quát tại điểm M là:

Đăng ký ngay để nhận trọn bộ bí kíp học môn Lý đạt 9+

3. Điều kiện giao thoa sóng

4. Phương trình giao thoa sóng

Cho PT sóng tại 2 nguồn, ta tìm các đại lượng còn lại và thay vào PT (1).

5. Các dạng bài tập giao thoa sóng 

Dưới đây là các dạng bài tập giao thoa sóng thường gặp, các em có thể tham khảo nhé!

5.1. Dạng 1: Viết phương trình giao thoa sóng, tìm biên độ sóng tại 1 điểm

Ví dụ 1: Cho 2 nguồn kết hợp A và B dao động phương thẳng đứng có PT uA = uB = 2cos20πt (mm), tốc độ truyền sóng 30cm/s. Biên độ sóng không đổi khi sóng truyền đi. Điểm M ở mặt nước cách hai nguồn lần lượt 10,5 cm và 13,5 cm. Hỏi nó có biên độ dao động là bao nhiêu?

Giải:

Ví dụ 2: Cho 2 điểm A, B trong môi trường truyền sóng với 2 nguồn phát sóng kết hợp PT uB = 8cos(20πt + π) (mm), uA = 8cos20πt (mm). Giữa khoảng A, B có giao thoa sóng. Hỏi phần tử vật chất tại trung điểm AB dao động với biên độ bao nhiêu?

Giải:

5.2. Dạng 2: Cách xác định số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu

Ví dụ 1: Hai nguồn sóng A,B giống nhau trên mặt chất lỏng cách nhau 16 cm dao động theo phương trình uA = uB = 5cos(80πt + π/2) (cm/s), lan truyền trong môi trường với tốc độ v = 1,2m/s. Tìm số cực tiểu, cực đại trên đoạn thẳng nối hai nguồn.

Giải:

Ta có 2 nguồn A, B giống hệt nhau nên chúng cùng pha với nhau.

⇒ kA = 5,3; kB = -5,3 

⇒ k = {-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5} 

⇒ Có 11 cực đại trên đoạn A,B

⇒ kA = 4,8; kB = -5,3 

⇒ k = {-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4} 

⇒ Có 10 cực tiểu trên A,B

Ví dụ 2: Ở mặt chất lỏng hai nguồn A, B cách nhau 20 cm, dao động với PT uA = uB = 2cos50πt (cm). Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng 1,5 m/s. Hỏi dao động cực đại, cực tiểu trên AB có bao nhiêu điểm.

Giải:

5.3. Dạng 3: Những điểm đặc biệt nằm trên đường trung trực 2 nguồn cùng pha

Ví dụ 1: Cho 2 nguồn phát sóng kết hợp S1, S2 cách nhau 20cm. Cả 2 nguồn dao động với PT u2 = 5cos(40πt + π), u1 = 5cos40πt (mm) và có tốc độ truyền sóng 80cm/s. Tính số điểm dao động trên S1S2?

Giải:

Ví dụ 2: Cho 2 nguồn sóng cùng biên độ, tần số nhưng ngược pha. Khi khoảng cách giữa 2 điểm AB = 16,2λ hãy tính số điểm đứng yên, số điểm dao động trên đoạn AB.

Giải: 

Số điểm đứng trên đoạn AB là:

Tham khảo ngay bộ tài liệu tổng hợp kiến thức và hướng dẫn phương pháp giải mọi dạng bài tập xuất hiện trong đề thi Lý tốt nghiệp THPT

6. Bài tập trắc nghiệm giao thoa sóng

Câu 1: Để có giao thoa sóng thì điều kiện cần có là gì?

A. Có 2 sóng chuyển động ngược chiều và giao nhau

B. Có 2 sóng có độ lệch pha không đổi và cùng tần số

C. Có 2 sóng có cùng một bước sóng giao nhau

D. Có 2 sóng cùng tốc độ và biên độ giao nhau

Đáp án: B

Câu 2: Hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước, khoảng cách giữa 2 cực đại liên tiếp nằm trên đường nối với 2 tâm sóng bằng bao nhiêu?

A. 2 lần bước sóng

B. 1 bước sóng

C. 1 nửa bước sóng         

D. ¼ bước sóng

Đáp án: C

Câu 3: Phát biểu nào không đúng khi nói về hiện tượng giao thoa sóng xảy ra khi 2 sóng tạo ra từ 2 tâm sóng? 

A. Cùng pha và tần số

B. Ngược pha, cùng tần số

C. Lệch pha nhau một góc không đổi và cùng tần số

D. Cùng cùng pha và biên độ

Đáp án: D

Câu 4: Giao thoa xảy ra khi nào?

A. 2 sóng chuyển động ngược chiều

B. 2 dao động cùng pha, cùng chiều gặp nhau

C. 2 sóng xuất phát từ 2 nguồn dao động cùng biên độ, cùng pha gặp nhau

D. 2 sóng xuất phát từ 2 tâm dao động cùng pha gặp nhau

Đáp án: D

Câu 5: Vân giao thoa sóng trên mặt nước sử dụng nguồn dao động với tần số 50Hz khi đó ta đo được khoảng cách giữa 2 vân tối liên tiếp là 2mm. Hỏi độ dài bước sóng trên mặt nước là bao nhiêu? 

A. λ = 1mm

B. λ = 2mm

C. λ = 4mm       

D. λ = 8mm

Đáp án: C

Câu 6: Tạo vân giao thoa sóng trên mặt nước, nguồn dao động tần số 100Hz và đo được khoảng cách giữa hai vân tối liên là 4mm. Tính tốc độ sóng trên mặt nước? 

A. v = 0,2m/s  

B. v = 0,4m/s

C. v = 0,6m/s        

D. v = 0,8m/s

Đáp án: D

Câu 7: Tính tốc độ của sóng khi cho 2 nguồn kết hợp A, B giao thoa trên mặt nước dao động với tần số 20Hz, có điểm M cách A và B lần lượt 16cm, 20cm, sóng có biên độ cực đại, giữa M và AB có 3 dãy cực đại khác. 

A. v = 20 cm/s 

B. v = 26,7cm/s

C. v = 40cm/s      

D. v = 53,4cm/s

Đáp án: A

Câu 8: Hai nguồn kết hợp A, B giao thoa trên mặt nước dao động với tần số f = 16 Hz. Tại M cách các nguồn A, B khoảng d1 = 30 cm, d2 = 25,5 cm. Tính tốc độ truyền sóng trên mặt nước với những điều kiện trên. 

A. v = 24 m/s

B. v = 24 cm/s

C. v = 36 m/s     

D. v = 36 cm/s

Đáp án: B

Câu 9: Hai sóng nước nguồn A, B bước sóng như nhau là 0,8 m. Mỗi sóng riêng biệt gây ra tại M cách A đoạn d1 = 3 m và B đoạn d2 = 5 m, dao động với biên độ bằng A. Tính biên độ dao động tại M do cả hai nguồn gây ra.

A. 0         

B. A

C. 2A         

D. 3A

Đáp án: C

Câu 10: Bề mặt của chất lỏng cho 2 nguồn kết hợp A và B cách nhau một khoảng bằng 40cm có dao động cùng pha với nhau. Nguồn sóng có tần số f = 10 (Hz) và vận tốc truyền sóng là 2 (m/s). M $\perp$ AB lúc này A dao động theo biên độ cực đại. Hỏi AM đạt giá trị lớn nhất là :

A. 20cm         

B. 30cm

C. 40cm         

D. 50cm

Đáp án: B

Để có thể “xử gọn” kiến thức về giao thoa sóng cơ và đạt điểm cao môn vật lý trong kỳ thi đại học, trong bài giảng sau đây thầy Nguyễn Huy Tiến sẽ cung cấp cho các em cách giải 7 dạng toán giao thoa sóng cơ với nhiều mẹo giải nhanh tiết kiệm thời gian. Các em chú ý theo dõi video nhé!

Trên đây là toàn bộ kiến thức về giao thoa sóng và các dạng bài giao thoa sóng thường gặp trong chương trình Vật Lý 12. Hy vọng rằng qua bài viết trên, các em có thể tự tin làm dạng bài tập này trong quá trình ôn thi Lý THPT Quốc gia. Để luyện thi THPT Quốc Gia đạt quả cao các em có thể truy cập Vuihoc.vn ngay từ bây giờ nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

Lý thuyết về sóng cơ

Lý thuyết về sóng dừng