Chương II. Sóng

Bài 12. Giao thoa sóng

Tìm hiểu về hiện tượng giao thoa sóng, điều kiện giao thoa và các bài toán về cực đại, cực tiểu.

🔴 Khó 45 phút

Lý thuyết Giao thoa sóng

1 1. Hiện tượng giao thoa

Định nghĩa: Giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo ra các vùng dao động mạnh (cực đại) và yếu (cực tiểu) xen kẽ nhau.

Điều kiện giao thoa:

Hai sóng cùng tần số
Cùng phương dao động
Độ lệch pha không đổi

Hai nguồn kết hợp: Hai nguồn dao động cùng tần số, cùng phương và có độ lệch pha không đổi.

2 2. Cực đại và cực tiểu giao thoa

Độ lệch pha tại điểm M:

$$\Delta\varphi = \varphi_2 - \varphi_1 + \frac{2\pi(d_1 - d_2)}{\lambda}$$

Điều kiện cực đại (dao động mạnh nhất):

$$d_2 - d_1 = k\lambda \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, ...)$$

Điều kiện cực tiểu (dao động yếu nhất):

$$d_2 - d_1 = (2k+1)\frac{\lambda}{2} \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, ...)$$

Lưu ý: d₂ - d₁ là hiệu đường đi từ hai nguồn đến điểm M.

3 3. Khi hai nguồn cùng pha

Khi φ₁ = φ₂:
Cực đại:
$$d_2 - d_1 = k\lambda$$
Cực tiểu:
$$d_2 - d_1 = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$$
Số cực đại trên đoạn AB:
$$N_{max} = \frac{AB}{\lambda/2} + 1$$
Số cực tiểu trên đoạn AB:
$$N_{min} = \frac{AB}{\lambda/2}$$

4 4. Khi hai nguồn ngược pha

Khi φ₁ - φ₂ = π:
Cực đại:
$$d_2 - d_1 = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$$
Cực tiểu:
$$d_2 - d_1 = k\lambda$$
Nhận xét: Vị trí cực đại và cực tiểu đổi ngược so với trường hợp cùng pha.

Các dạng bài tập

1 Dạng 1: Xác định cực đại, cực tiểu

Phương pháp giải

Phương pháp:
Tính Δd = d₂ - d₁
So sánh với kλ (cực đại) hoặc (2k+1)λ/2 (cực tiểu)

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1: Hai nguồn cùng pha, λ=10cm. Điểm M cách S₁=30cm, S₂=45cm. M là gì?

GIẢI

Giải:
Δd = 45 - 30 = 15 cm = 1,5λ
1,5λ = (2×1+1)λ/2 → M là cực tiểu (k=1)

VÍ DỤ 2

Ví dụ 2: Hai nguồn cùng pha cách nhau 20cm, λ=4cm. Tính số cực đại trên đoạn nối nguồn.

GIẢI

Giải:
Số cực đại: N = 2×20/4 + 1 = 11 (k = -5 đến +5)

2 Dạng 2: Tìm vị trí cực đại, cực tiểu

Phương pháp giải

Phương pháp:
Áp dụng điều kiện cực đại: d₂ - d₁ = kλ
Áp dụng điều kiện cực tiểu: d₂ - d₁ = (2k+1)λ/2

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1: Hai nguồn cùng pha cách nhau 12cm, λ=4cm. Tìm vị trí cực đại trên đoạn nối.

GIẢI

Giải:
Cực đại khi d₂ - d₁ = kλ = 4k
Cùng với d₂ + d₁ = 12
d₂ = 6 + 2k, d₁ = 6 - 2k
k = -2, -1, 0, 1, 2 → 5 vị trí

3 Dạng 3: Bài toán thực tế

Phương pháp giải

Phương pháp:
Mô hình hóa bài toán thực tế thành giao thoa
Xác định nguồn kết hợp và điều kiện

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1 (Thực tế): Hai loa cách nhau 2m phát cùng một âm tần số 340Hz. Người đứng ở giữa nghe to nhất. Khi đi ngang 0,5m nghe yếu nhất. Tính tốc độ âm.

GIẢI

Giải:
Tại giữa: cùng pha (cực đại)
Đi 0,5m: ngược pha (cực tiểu)
Δd = 0,5λ → λ = 2×0,5 = 1 m
v = λf = 1×340 = 340 m/s

VÍ DỤ 2

Ví dụ 2 (Thực tế): Trong thí nghiệm Young, hai khe cách nhau 0,5mm, màn cách khe 2m. Khoảng vân là 2,4mm. Tính λ của ánh sáng.

GIẢI

Giải:
i = λD/a → λ = ia/D
λ = (2,4×10⁻³×2)/(0,5×10⁻³) = 9,6×10⁻⁶ m? No
λ = 2,4×10⁻³×0,5×10⁻³/2 = 6×10⁻⁷ m = 600 nm

VÍ DỤ 3

Ví dụ 3 (Thực tế): Sóng radio FM 100MHz từ hai anten cách nhau 6m. Tìm vị trí nhận tín hiệu mạnh nhất trên đường thẳng song song cách anten 100m.

GIẢI

Giải:
λ = 3×10⁸/10⁸ = 3 m
Điểm chính giữa (cách đều 2 anten) là cực đại (k=0)
Điểm cách giữa ±1,5m cũng là cực đại (k=±1)
Trên đường song song cách 100m: các vân giao thoa cách nhau khoảng λD/a = 3×100/6 = 50m

Sẵn sàng thử thách bản thân?

Hoàn thành 15 câu hỏi để củng cố kiến thức và kiểm tra mức độ hiểu bài
Làm bài tập ngay

Các bài học trong chương: Chương II. Sóng

8

Bài 8. Mô tả sóng

🟡 45p

9

Bài 9. Sóng ngang. Sóng dọc. Sự truyền năng lượng của sóng cơ

🟡 45p

10

Bài 10. Thực hành: Đo tần số của sóng âm

🟡 45p

11

Bài 11. Sóng điện từ

🟡 45p

12

Bài 12. Giao thoa sóng

🔴 45p

13

Bài 13. Sóng dừng

🔴 45p

14

Bài 14. Bài tập về sóng

🔴 45p

15

Bài 15. Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

🟡 45p