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

Tạo tình huống để HS nhận ra sóng là sự lan truyền dao động và đặt câu hỏi về việc phần tử môi trường có chạy theo sóng hay không.

GV cầm một đầu lò xo đặt trên bàn, rung nhẹ đầu lò xo để tạo một xung dao động truyền dọc lò xo. HS quan sát và trả lời câu hỏi: “Điều gì đã lan truyền từ đầu tay tôi ra xa? Các vòng lò xo ở xa có chạy theo làn sóng về phía bạn không?”

HS ghi được hai nhận xét: (1) dao động (hình dạng sóng) lan truyền dọc theo lò xo; (2) mỗi vòng lò xo chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó, không đi theo sóng. GV ghi hai nhận xét này lên bảng làm câu hỏi định hướng cho cả tiết học.

HS phân biệt sóng ngang và sóng dọc qua phương dao động; nêu được ví dụ về mỗi loại sóng và giải thích được vùng nén – giãn của sóng dọc.

Nhiệm vụ nhóm 4 người: (1) Quan sát GV biểu diễn lò xo: đẩy – kéo dọc trục để tạo sóng dọc, dịch đầu vuông góc trục để tạo sóng ngang. (2) Trên mô phỏng NeoEdu, quan sát lò xo rung lên – xuống (sóng ngang) và lò xo đẩy – kéo dọc trục (sóng dọc, vùng nén sẫm màu, vùng giãn nhạt). (3) Hoàn thành Phiếu học tập số 1. Câu hỏi: “Phương dao động của phần tử so với phương truyền sóng là như thế nào trong mỗi trường hợp?” “Vùng nén và vùng giãn xuất hiện ở đâu trên lò xo?”. Lưu ý an toàn: chỉ kéo lò xo trong giới hạn và giữ đầu lò xo chắc.

Bảng phân biệt đúng: Sóng ngang: phương dao động vuông góc phương truyền sóng; ví dụ: sóng trên lò xo khi rung lên – xuống. Sóng dọc: phương dao động trùng phương truyền sóng; ví dụ: lò xo đẩy – kéo dọc trục, âm trong không khí. Sóng dọc có các vùng nén (môi trường bị dồn lại) và vùng giãn (môi trường thưa ra) xen kẽ. Kết luận HS ghi vào vở: Phân biệt hai loại sóng dựa trên phương dao động so với phương truyền sóng, không dựa vào tốc độ hay hướng so với mặt đất.

HS giải thích được phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng khi sóng truyền qua và nêu được sóng truyền năng lượng chứ không truyền vật chất.

HS quan sát mô phỏng: (1) Phần tử M (vòng cam) cách nguồn 1 m; (2) Quả bóng đặt ở đầu B đứng yên cho tới khi sóng tới. Câu hỏi: “Vòng M có đi theo sóng từ nguồn tới không? Quả bóng ở B có chuyển động khi nào và vì sao?” “Sóng có mang vật chất từ nguồn đến B không? Nếu không thì cái gì được truyền đi?”. HS trả lời bằng cách hoàn thành Phiếu học tập số 2.

Kết quả đúng: Vòng M chỉ dao động quanh vị trí cân bằng, không đi theo sóng. Quả bóng B đứng yên cho đến khi sóng tới rồi mới dao động, chứng tỏ năng lượng dao động được truyền đến B. Kết luận: sóng truyền năng lượng chứ không truyền vật chất; mỗi phần tử chỉ dao động ở gần vị trí cân bằng của nó. Sửa quan niệm sai: sóng không mang theo vật chất của môi trường đi xa.

HS vận dụng khái niệm sóng ngang, sóng dọc và các công thức $\lambda = \dfrac{v}{f}$, $v = \lambda f$, $s = vt$, $f = \dfrac{N}{t}$ để giải các bài tập cơ bản.

HS làm bài tập theo cặp đôi (Phiếu học tập số 2, phần Bài tập). Đề bài: (1) Sóng ngang được định nghĩa bằng quan hệ nào? A. Phải truyền ngang mặt đất; B. Phải có bước sóng lớn; C. Dao động vuông góc phương truyền; D. Dao động cùng phương truyền. (2) Âm trong không khí thuộc loại nào? A. Dòng vật chất bay từ loa; B. Sóng dọc cơ học; C. Sóng ngang điện từ; D. Không cần môi trường. (3) Sóng dọc có $v = 12$ m/s, $f = 6$ Hz. Tính $\lambda$. (4) Hai vùng nén gần nhất cách $0{,}4$ m, sóng có $f = 10$ Hz. Tính $v$. (5) Đúng hay sai: a) Sóng có thể truyền năng lượng; b) Phần tử phải đi từ nguồn đến nơi nhận; c) Sóng dọc có vùng nén và giãn; d) Sóng ngang được phân loại theo phương dao động. (6) Trong 5 s, nguồn làm 25 dao động. Tính $f$. (7) Sóng có $v = 3$ m/s truyền trong 2 s. Tính quãng đường sóng truyền được.

Đáp án: (1) C. (2) B. (3) $\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{12}{6} = 2$ m. (4) $\lambda = 0{,}4$ m, $v = \lambda f = 0{,}4 \times 10 = 4$ m/s. (5) a) Đúng; b) Sai; c) Đúng; d) Đúng. (6) $f = \dfrac{N}{t} = \dfrac{25}{5} = 5$ Hz. (7) $s = vt = 3 \times 2 = 6$ m. Điểm: mỗi câu đúng 1 điểm trong phiếu; HS tự sửa lỗi theo đáp án.

HS vận dụng khái niệm sóng dọc, sóng ngang để sửa một phát biểu sai và giải thích được hai ứng dụng thực tế: âm thanh và sóng P, S trong động đất.

Nhiệm vụ cá nhân rồi chia sẻ cặp đôi: (1) Một bạn nói “sóng dọc luôn truyền theo phương thẳng đứng vì chữ ‘dọc’”. Em hãy sửa phát biểu này bằng một ví dụ. (2) Âm thanh truyền trong không khí là sóng gì? Vì sao? (3) GV nêu: sóng P và S trong động đất đều là sóng cơ truyền qua lòng đất (chất rắn). Dựa vào khái niệm, hãy nêu đặc điểm phương dao động của hai loại sóng này.

Đáp án: (1) Dọc nghĩa là phương dao động song song phương truyền sóng, không phụ thuộc phương truyền theo chiều thẳng đứng hay ngang. Ví dụ: loa phát âm theo phương ngang tới người nghe; các phần tử không khí dao động theo chính phương đó nên vẫn là sóng dọc. Chấm 1 điểm: định nghĩa 0,5 điểm; ví dụ có hai phương 0,5 điểm. (2) Âm trong không khí là sóng dọc, vì không khí nén – giãn theo phương truyền âm. (3) Sóng dọc là loại có phương dao động trùng phương truyền; sóng ngang có phương dao động vuông góc phương truyền. Chất rắn truyền được cả hai loại sóng này.