Trả lời nhanh
Phương án “luôn ngược pha với sóng tới” là SAI. Tại điểm phản xạ, sóng phản xạ chỉ ngược pha với sóng tới khi vật cản là đầu cố định. Nếu vật cản tự do thì sóng phản xạ cùng pha với sóng tới. Vì vậy chữ “luôn” làm phát biểu sai, và đáp án đúng phải là mệnh đề có điều kiện về đầu cố định.
Đề bài và hướng suy nghĩ
Câu hỏi: “Tại điểm phản xạ thì sóng phản xạ…”. Một phương án hay gặp là A. luôn ngược pha với sóng tới. Muốn chọn đúng, em hãy tự hỏi: sóng phản xạ trên dây có hai đầu giống nhau không? Không, vì đầu dây có thể bị giữ chặt hoặc để lơ lửng. Hai trường hợp đó cho kết quả khác nhau.
Hai trường hợp phản xạ
| Đặc điểm | Vật cản cố định | Vật cản tự do |
|---|---|---|
| Ví dụ | Đầu dây buộc chặt vào tường | Đầu dây buộc vào vòng nhẹ trượt trên cột |
| Pha sóng phản xạ so với sóng tới tại điểm phản xạ | Ngược pha (lệch π) | Cùng pha |
| Dao động tại đầu phản xạ | Đứng yên, là nút sóng | Dao động mạnh nhất, là bụng sóng |
Giải thích vì sao
Với đầu cố định, điểm đó không thể dịch chuyển. Muốn li độ tổng hợp luôn bằng 0, sóng phản xạ phải có li độ ngược dấu với sóng tới tại điểm ấy. Do đó hai sóng ngược pha, và điểm phản xạ là nút.
Với đầu tự do, điểm đó chuyển động tự nhiên theo sóng tới. Sóng phản xạ cùng pha nên hai li độ cộng lại, biên độ gấp đôi, và điểm phản xạ là bụng.
Viết bằng công thức: giả sử sóng tới tại điểm phản xạ là u = A cos(ωt).
- Đầu cố định: u’ = A cos(ωt + π) = −A cos(ωt), tổng u + u’ = 0.
- Đầu tự do: u’ = A cos(ωt), tổng u + u’ = 2A cos(ωt).
Loại trừ phương án
- “Luôn ngược pha với sóng tới” – sai, vì trường hợp đầu tự do hai sóng cùng pha.
- “Ngược pha với sóng tới nếu vật cản cố định” – đúng, đây là cách phát biểu đủ điều kiện.
- “Ngược pha nếu vật cản tự do” – sai, vì đã đảo điều kiện.
- “Luôn cùng pha với sóng tới” – sai, vì đầu cố định gây đổi pha.
Em hãy chọn phát biểu có điều kiện đúng như hai dòng đầu tiên của bảng so sánh trên, không chọn phát biểu dùng từ “luôn”.
Mẹo nhớ
“Cố định thì bị chặn, nên sóng quay lại bị lật ngược.” Nghĩ đến chiếc bóng đập vào tường rồi đẩy ngược lại: tường không chuyển động nên điểm đó là nút. Còn đầu tự do giống ngọn roi, đầu ngọn vung rất mạnh nên là bụng.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “ngược hướng truyền” với “ngược pha”. Sóng phản xạ luôn truyền ngược lại, nhưng pha chỉ đảo khi đầu cố định.
- Tưởng đầu cố định là bụng vì “gặp vật cản thì mạnh”. Thực tế đầu cố định là nút.
- Quên rằng khi phản xạ, tần số và tốc độ truyền (trong cùng môi trường) không đổi.
Bài luyện tập (tự đặt)
- Sóng tới tại đầu cố định của một sợi dây có li độ u = 3cos(10πt) cm. Viết phương trình sóng phản xạ tại điểm đó.
Đáp án: u’ = 3cos(10πt + π) = −3cos(10πt) cm. - Cùng sóng tới như câu 1 nhưng đầu dây tự do. Biên độ dao động tổng hợp tại đầu dây là bao nhiêu?
Đáp án: hai sóng cùng pha nên biên độ là 3 + 3 = 6 cm. - Sợi dây có một đầu cố định, đầu kia tự do. Đầu nào là nút, đầu nào là bụng?
Đáp án: đầu cố định là nút, đầu tự do là bụng.
Kết luận
Ghi nhớ: phản xạ ở đầu cố định thì ngược pha, phản xạ ở đầu tự do thì cùng pha. Phát biểu “luôn ngược pha” bỏ qua trường hợp đầu tự do nên không đúng.
Câu hỏi thường gặp
Sóng phản xạ có luôn ngược pha với sóng tới không?
Không. Chỉ khi phản xạ trên vật cản cố định thì sóng phản xạ mới ngược pha với sóng tới tại điểm phản xạ. Với vật cản tự do, hai sóng cùng pha.
Đầu cố định là nút hay bụng sóng?
Đầu cố định là nút sóng vì điểm này không dao động. Sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nên triệt tiêu nhau tại đó.
Đầu tự do là nút hay bụng sóng?
Đầu tự do là bụng sóng. Sóng tới và sóng phản xạ cùng pha nên biên độ tại đó gấp đôi biên độ sóng tới.
Khi phản xạ, tần số và tốc độ sóng có thay đổi không?
Không. Sóng phản xạ có cùng tần số và cùng tốc độ truyền với sóng tới vì vẫn truyền trong cùng một môi trường. Chỉ có pha (tại đầu cố định) và hướng truyền thay đổi.