Chuyên đề: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ - Vật lý 12

CHUYÊN ĐỀ: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ
VẬT LÝ 12 (2 tiết)
I. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT CỦA CHUYÊN ĐỀ
Chuyên đề “Sóng cơ và sự truyền sóng cơ” đề cập nghiên cứu về sự lan truyền của sóng và các đặc trưng của sóng hình sin.
 II. NỘI DUNG KIẾN THỨC CẦN XÂY DỰNG TRONG CHUYÊN ĐỀ
 1.Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.
 2.Phân loại
 -Sóng ngang: Có phương dao động của các phần tử vật chất vuông góc với phương truyền sóng.
 -Sóng dọc: Có phương dao động của các phần tử vật chất trùng với phương truyền sóng.
 3.Các đại lượng đặc trưng của sóng:
 -Biên độ sóng là biên độ dao động của các phần tử vật chất.
 -Chu kì (Tần số) là chu kì (tần số) dao động của các phần tử vật chất.
 -Tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.
 -Bước sóng λ là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì (khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha).
 -Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử vật chất có sóng truyền qua.
4.Phương trình sóng:
 -Tại nguồn: uO=Acos(ωt+φ)
-Tại điểm M cách nguồn một đoạn x: uM=Acos(ωt+φ-2πxλ)
III. MỤC TIÊU DẠY HỌC:
 1.Kiến thức:
-Phát biểu được định nghĩa sóng cơ, sóng dọc, sóng ngang và nêu được ví dụ về sóng dọc và sóng ngang.
-Phát biểu được các định nghĩa về tốc độ truyền sóng, bước sóng, tần số sóng, biên độ sóng và năng lượng truyền sóng.
 2.Kĩ năng:
Viết được phương trình sóng và giải được bài tập đơn giản về sóng cơ.
 3.Thái độ:
-Tự tin đưa ra ý kiến cá nhân khi thực hiện các nhiệm vụ ở lớp, ở nhà.
-Chủ động trao đổi thảo luận với các học sinh khác và với giáo viên.
-Hợp tác chặt chẽ với các bạn khi thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu thực hiện ở nhà.
4.Định hướng các năng lực được hình thành:
-Năng lực sử dụng kiến thức.
-Năng lực phương pháp.
-Năng lực trao đổi thông tin.
IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC: 
Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề tìm hiểu khái niệm và phân loại của sóng cơ. Hoạt động này nhằm phát triển các năng lực: (K1; P1; P2; X2; X8)
1. Quan sát: 
Giáo viên mô tả tình huống thực tế từ hình ảnh: giọt nước rơi trên mặt hồ; tàu chạy trên sông ta thấy xuất hiện những gợn sóng lan truyền trên mặt nước. Sóng là hiện tượng phổ biến trong đời sống và kĩ thuật. Sóng là gì, được lan truyền như thế nào, sóng có những đặc trưng gì?
2. Giải thích:
 -GV yêu cầu học sinh thảo luận và trả lời câu hỏi theo gợi ý:
 +Khi những giọt nước rơi trên mặt hồ, sau một thời gian ta thấy chiếc là cây dao động. Hãy giải thích tại sao?
 +Hãy so sánh phương dao động của chiếc là cây so với phương truyền sóng.
 -HS cử đại diện trả lời:
+Chiếc là cây dao động là do sự lan truyền dao động từ điểm giọt nước rơi (nguồn sóng) đến chiếc lá cây.
+Phương dao động của chiếc lá cây vuông góc với phương truyền sóng.
 -GV nhận xét câu trả lời câu trả lời của học sinh.
Hoạt động 2: Nghiên cứu khái niệm, phân loại và các đặc trưng của một sóng hình sin. Hoạt động này nhằm phát triển các năng lực: (K1; K2; P1; P3; P5; X8).
 -Từ kết quả nhận xét và kiến thức về dao động cơ, GV yêu cầu HS đưa ra khái niệm sóng cơ và những đại lượng đặc trưng của sóng cơ.
 -HS thảo luận và phát biểu: khái niệm và các đại lượng đặc trưng của sóng như: Biên độ; chu kì; tần số; năng lượng; vận tốc dao động của các phần tử vật chất.
 -GV nhận xét kết quả sau đó phân loại sóng cơ và đưa ra khái niệm vận tốc truyền sóng, bước sóng và mối liên hệ giữa: bước sóng, vận tốc truyền sóng và chu kì (tần số) của sóng.
Hoạt động 3: Rút ra kết luận. Hoạt động này giúp phát triển các năng lực: (K1; K2; K4; P5; P6).
V. KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ:
1.Các năng lực thành phần có thể phát triển cho học sinh
	Những năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt môn Vật lí có thể phát triển cho học sinh trong dạy học chuyên đề “Sóng cơ và sự truyền sóng cơ” Vật lí 12 được liệt kê dưới bảng sau:
Nhóm năng lực
Năng lực thành phần
Mô tả mức độ thực hiện 
trong chủ đề
Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí
K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí
-Nêu được khái niệm sóng cơ
-Phân loại được sóng cơ
-Nêu được các đại lượng đặc trưng của sóng
K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí 
-Viết được phương trình sóng tại một điểm
K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập
K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp  ) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn
-Giải được các bài toán cơ bản về các đại lượng đặc trưng của sóng cơ
-Giải được bài toán về viết phương trình sóng
Nhóm NLTP về phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực mô hình hóa)
P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí
Đặt ra câu hỏi liên quan đến quá trình truyền sóng: Tại sao sóng truyền đi được trong môi trường
P2: mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó
Mô tả được những hiện tượng liên quan đến quá trình truyền sóng bằng ngôn ngữ vật lý
P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí
Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau: đọc sách giáo khoa, sách tham khảo, báo chí,...để tìm hiểu các vấn đề liên quan đến sóng cơ
P4: Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí
P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí.
Sử dụng công thức toán học để viết phương trình sóng
P6: chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí
Chỉ ra môi trường có sóng ngang và sóng dọc
P7: đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được.
P8: xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét. 
P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này.
Nhóm NLTP trao đổi thông tin
X1: trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí 
X2: phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành ) 
Sử dụng các đại lượng vật lí như lực liên kết giữa các phần tử, hoặc các khái niệm về hiện tượng để mô tả quá trình truyền sóng
X3: lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau,
X4: mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật, công nghệ
X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm )
X6: trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm ) một cách phù hợp
X7: thảo luận được kết quả công việc của mình và những vấn đề liên quan dưới góc nhìn vật lí 
X8: tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí
Phân công công việc hợp lí để đạt hiệu quả cao nhất khi thực hiện các nhiệm vụ
Nhóm NLTP liên quan đến cá nhân
C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng , thái độ của cá nhân trong học tập vật lí
C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân.
C3: chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí đối trong các trường hợp cụ thể trong môn Vật lí và ngoài môn Vật lí 
C4: so sánh và đánh giá được - dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường 
C5: sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại 
C6: nhận ra được ảnh hưởng vật lí lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử.
2.Các hình thức đánh giá
-Đánh giá thường xuyên các hoạt động học tập của cá nhân và nhóm thông qua kết quả thực hiện các nhiệm vụ học tập của cá nhân trên phiếu học tập.
-Kiểm tra đánh giá nhanh bằng các câu TNKQ
-Đánh giá qua bài kiểm tra,.
3.Ví dụ một số câu hỏi và bài tập
Câu 1 (nhận biết; K1, P2, X2)	
Sóng cơ là:
 A.Chuyển động tương đối của vật này so với vật khác. 
 B.Sự truyền chuyển động cơ trong không khí.
 C.Những dao động cơ lan truyền trong môi trường. 
 D.Sự co dãn tuần hoàn của các phần tử môi trường.
Câu 2 (Thông hiểu; K2, P2)
Một người ngồi ở bờ biển quan sát thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 10m. Ngoài ra người đó đếm được 20 ngọn sóng đi qua trước mặt trong 76s.
- Tính chu kỳ dao động của nước biển.
- Tính vận tốc truyền của nước biển.
Câu 3 (Thông hiểu; K2, P2)
Một người ngồi ở bờ biển trông thấy có 20 ngọn sóng qua mặt trong 72 giây, khoảng cách giữa hai ngọn sóng là 10m.. Tính tần số sóng biển.và vận tốc truyền sóng biển.
Câu 4 (vận dụng thấp; P1, P2)
Một sợi dây đàn hồi rất dài được căng ngang. Làm cho đầu O của dây dao động theo phương thẳng đứng với biên độ 2cm và tần số 5Hz. Tại thời điểm ban đầu, O có li độ cực đại dương. Sau 0,3s sóng truyền theo chiều dương đến điểm M cách O một đoạn 150cm. Coi biên độ sóng không đổi.
a. Xác định bước sóng.
b. Viết phương trình dao động tại M.
c. Xác định li độ của điểm M lúc t = 0,5s
Câu 5 (vận dụng cao; K4, X8)
Một sợi dây đàn hồi, mảnh, rất dài, có đầu O dao động với tần số f thay đổi trong khoảng từ 40 Hz đến 53 Hz, theo phương vuông góc với sợi dây. Sóng tạo thành lan truyền trên dây với vận tốc v = 5 m/s.
a.Cho f = 40 Hz. Tính chu kỳ và bước sóng của sóng trên dây.
b.Tính tần số f để điểm M cách O một khoảng 20 cm luôn luôn dao động cùng pha với dao động tại O.
Câu 5 (nhận biết; K1)
Tìm phát biểu đúng: Bước sóng là:
A. Khoảng lan truyền của sóng trong một đơn vị thời gian.
B. Tích số của tốc độ truyền sóng và thời gian truyền sóng.
C. Khoảng cách giữa hai điểm trên cùng một phương truyền của sóng dao động cùng pha.
D. Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha.
Câu 6 (nhận biết; K2, P1, P2)
Tại nguồn O phương trình dao động của sóng là . Phương trình sóng tại M cách O một đoạn d do nguồn O truyền tới là:
A) 	B) 	
C) 	D)