Trả lời nhanh
Đáp án đúng là B. Có hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Hai sóng như vậy gọi là sóng kết hợp. Chỉ khi độ lệch pha giữa chúng không đổi thì các điểm cực đại, cực tiểu mới đứng yên tại những vị trí cố định, tạo thành hình ảnh giao thoa ổn định.
Đề bài
Điều kiện có giao thoa sóng là gì?
- A. Có hai sóng chuyển động ngược chiều nhau giao nhau.
- B. Có hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi.
- C. Có hai sóng cùng bước sóng giao nhau.
- D. Có hai sóng cùng biên độ, cùng tốc độ giao nhau.
Giải thích vì sao chọn B
Giao thoa là sự tổng hợp của hai (hay nhiều) sóng khi gặp nhau. Tại mỗi điểm, dao động tổng hợp có biên độ phụ thuộc vào độ lệch pha của hai dao động thành phần tại điểm đó.
Nếu hai sóng cùng tần số và độ lệch pha giữa hai nguồn không đổi, thì độ lệch pha tại mỗi điểm chỉ phụ thuộc vào hiệu đường đi, tức là vào vị trí của điểm. Vì thế điểm nào tăng cường thì luôn tăng cường, điểm nào triệt tiêu thì luôn triệt tiêu. Ta quan sát được các vân giao thoa đứng yên.
Nếu độ lệch pha của hai nguồn thay đổi liên tục, vị trí cực đại và cực tiểu cũng “trôi” liên tục. Mắt và các dụng cụ đo chỉ thấy một nền trung bình, không thấy vân rõ nét.
Loại trừ các phương án sai
| Phương án | Nhận xét | Kết luận |
|---|---|---|
| A | Chiều truyền không phải điều kiện. Hai sóng truyền cùng chiều hay ngược chiều đều có thể giao thoa nếu là sóng kết hợp. Ngược lại, hai sóng ngược chiều không kết hợp thì không cho hình giao thoa ổn định. | Sai |
| B | Đúng định nghĩa sóng kết hợp: cùng tần số, độ lệch pha không đổi. | Đúng |
| C | Cùng bước sóng chỉ cho biết cùng tần số khi cùng môi trường (λ = v/f). Nhưng vẫn thiếu điều kiện độ lệch pha không đổi, nên chưa đủ. | Sai |
| D | Biên độ và tốc độ không quyết định có giao thoa hay không. Biên độ chỉ ảnh hưởng đến độ “đậm nhạt” của vân. | Sai |
Kiến thức cần nhớ
Sóng kết hợp
Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng tần số và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Trường hợp hay gặp nhất trong bài tập là hai nguồn cùng pha, nghĩa là độ lệch pha bằng 0.
Vị trí cực đại và cực tiểu (hai nguồn cùng pha)
Gọi d1, d2 là khoảng cách từ điểm M đến hai nguồn, λ là bước sóng.
- Cực đại giao thoa: d2 − d1 = kλ, với k = 0, ±1, ±2, …
- Cực tiểu giao thoa: d2 − d1 = (k + ½)λ, với k = 0, ±1, ±2, …
Nếu hai nguồn ngược pha thì kết quả đảo lại: hiệu đường đi bằng số nguyên λ cho cực tiểu, bằng số bán nguyên λ cho cực đại.
Mẹo nhớ
Hãy nhớ câu: “Cùng nhịp, lệch cố định thì mới có vân”. Đề hỏi “điều kiện giao thoa” thì tìm ngay cụm cùng tần số và độ lệch pha không đổi. Biên độ, tốc độ, chiều truyền thường là các phương án gây nhiễu.
Lỗi sai thường gặp
- Chọn “cùng biên độ” vì tưởng hai sóng phải giống hệt nhau. Thực tế biên độ khác nhau vẫn giao thoa, chỉ là cực tiểu không triệt tiêu hoàn toàn.
- Chỉ nhớ “cùng tần số” mà quên “độ lệch pha không đổi”.
- Nhầm giao thoa với sóng dừng. Sóng dừng là trường hợp riêng của giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.
- Quên rằng ánh sáng cũng giao thoa được, nhưng phải dùng hai nguồn kết hợp, chẳng hạn tách một chùm sáng qua hai khe hẹp.
Bài luyện tập
Bài 1. Hai nguồn A, B cùng pha, bước sóng λ = 2 cm. Điểm M cách A là 10 cm và cách B là 13 cm. M là cực đại hay cực tiểu?
Đáp án: Hiệu đường đi là 13 − 10 = 3 cm = 1,5λ, là số bán nguyên của λ nên M nằm trên một cực tiểu.
Bài 2. Hai nguồn cùng pha A, B cách nhau 10 cm, tần số 20 Hz, tốc độ truyền sóng 40 cm/s. Trên đoạn AB có bao nhiêu điểm dao động cực đại?
Đáp án: λ = v/f = 40/20 = 2 cm. Cực đại thoả −AB/λ < k < AB/λ, tức −5 < k < 5, nên k = −4, …, 4. Có 9 điểm cực đại.
Bài 3. Hai nguồn có cùng tần số nhưng độ lệch pha thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian. Có quan sát được vân giao thoa ổn định không? Vì sao?
Đáp án: Không. Điều kiện độ lệch pha không đổi không thoả mãn, nên vị trí cực đại và cực tiểu liên tục thay đổi, không tạo được vân đứng yên.
Câu hỏi thường gặp
Sóng kết hợp là gì?
Sóng kết hợp là các sóng do hai nguồn kết hợp phát ra. Hai nguồn này dao động cùng tần số và có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
Hai sóng khác biên độ có giao thoa được không?
Có. Biên độ không phải điều kiện giao thoa. Biên độ khác nhau chỉ làm các điểm cực tiểu không triệt tiêu hoàn toàn.
Điều kiện cực đại giao thoa của hai nguồn cùng pha là gì?
Hiệu đường đi từ điểm đó đến hai nguồn bằng một số nguyên lần bước sóng: d2 − d1 = kλ, với k = 0, ±1, ±2, …
Ánh sáng có giao thoa được không?
Có. Ánh sáng là sóng điện từ nên giao thoa được, với điều kiện hai chùm sáng là sóng kết hợp, như trong thí nghiệm hai khe của Y-âng.