Trả lời nhanh
Điều kiện không bắt buộc đối với hai nguồn sóng kết hợp là “cùng biên độ”. Hai nguồn kết hợp chỉ cần dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Biên độ của hai nguồn có thể khác nhau, khi đó sóng vẫn giao thoa ổn định, chỉ khác là điểm cực tiểu không triệt tiêu hoàn toàn.
Đề bài và cách hiểu
Câu hỏi có dạng: “Hai nguồn sóng kết hợp không nhất thiết phải: A. cùng phương dao động; B. có độ lệch pha không đổi; C. cùng tần số (hoặc cùng …); D. cùng biên độ”. Bài này chỉ hỏi một ý: trong các đặc điểm của nguồn kết hợp, đặc điểm nào không bắt buộc.
Cách làm nhanh là nhớ định nghĩa rồi loại trừ. Phương án nào thuộc định nghĩa thì loại, phương án còn lại là đáp án.
Định nghĩa hai nguồn sóng kết hợp
Hai nguồn sóng kết hợp là hai nguồn thoả mãn đồng thời ba điều kiện:
- Dao động cùng phương.
- Dao động cùng tần số (cùng chu kì).
- Có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Hai sóng do hai nguồn như vậy phát ra gọi là hai sóng kết hợp. Khi gặp nhau, chúng cho hình ảnh giao thoa ổn định: có những điểm dao động mạnh nhất và những điểm dao động yếu nhất, đứng yên tại chỗ.
Loại trừ từng phương án
| Điều kiện | Có bắt buộc không? | Lý do |
|---|---|---|
| Cùng phương dao động | Có | Nếu hai dao động vuông phương thì không cộng/trừ triệt tiêu được với nhau, không có cực đại, cực tiểu rõ ràng. |
| Độ lệch pha không đổi | Có | Độ lệch pha thay đổi thì vị trí cực đại, cực tiểu dịch chuyển liên tục, không quan sát được vân ổn định. |
| Cùng tần số | Có | Khác tần số thì độ lệch pha biến thiên theo thời gian, vi phạm điều kiện trên. |
| Cùng biên độ | Không | Biên độ chỉ quyết định độ lớn của dao động tổng hợp, không ảnh hưởng đến tính ổn định của vân giao thoa. |
Vì vậy đáp án là “cùng biên độ”. Nếu đề của bạn có phương án C là “cùng tần số” thì cũng bị loại theo bảng trên.
Vì sao biên độ khác nhau vẫn giao thoa được?
Tại điểm M nhận hai sóng biên độ a1, a2 và độ lệch pha Δφ tại M, biên độ tổng hợp là:
A = √(a12 + a22 + 2a1a2cosΔφ)
- Cực đại: Δφ = 2kπ → A = a1 + a2.
- Cực tiểu: Δφ = (2k+1)π → A = |a1 − a2|.
Vì Δφ tại mỗi điểm cố định (do hiệu đường đi cố định và độ lệch pha hai nguồn không đổi), nên A tại mỗi điểm cố định. Đó chính là giao thoa ổn định. Biên độ chỉ làm thay đổi giá trị A, không làm nó thay đổi theo thời gian.
Lỗi sai thường gặp
- Nghĩ “cùng pha” là bắt buộc. Thực tế chỉ cần độ lệch pha không đổi, có thể bằng bất kì giá trị nào (cùng pha, ngược pha, lệch π/2…).
- Nhầm “cùng biên độ” với “cùng tần số”. Mẹo nhớ: phương – tần số – pha là ba điều kiện của nguồn kết hợp, biên độ không nằm trong danh sách.
- Cho rằng cực tiểu luôn có biên độ bằng 0. Điều này chỉ đúng khi a1 = a2.
Bài luyện tập
Bài 1. Hai nguồn S1, S2 cùng pha, tần số 20 Hz, tốc độ truyền sóng 40 cm/s, biên độ lần lượt 3 mm và 5 mm. Điểm M có hiệu đường đi d1 − d2 = 4 cm. Tìm biên độ dao động tại M.
Giải: λ = v/f = 40/20 = 2 cm. Hiệu đường đi 4 cm = 2λ nên M là cực đại, biên độ = 3 + 5 = 8 mm.
Bài 2. Với hai nguồn ở Bài 1, điểm N có d2 − d1 = 3 cm. N dao động với biên độ bao nhiêu?
Giải: 3 cm = 1,5λ nên N là cực tiểu, biên độ = |3 − 5| = 2 mm (không phải 0 vì biên độ hai nguồn khác nhau).
Bài 3. Hai nguồn có tần số 50 Hz và 51 Hz, cùng phương. Có phải hai nguồn kết hợp không?
Giải: Không, vì tần số khác nhau nên độ lệch pha biến thiên theo thời gian, không có vân giao thoa ổn định.
Câu hỏi thường gặp
Hai nguồn sóng kết hợp cần những điều kiện nào?
Hai nguồn phải dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Hai nguồn kết hợp có bắt buộc cùng biên độ không?
Không. Biên độ chỉ ảnh hưởng đến độ lớn dao động tổng hợp. Cực đại có biên độ a1 + a2, cực tiểu có biên độ |a1 − a2|.
Hai nguồn kết hợp có nhất thiết phải cùng pha không?
Không. Chỉ cần độ lệch pha không đổi, có thể là cùng pha, ngược pha hoặc lệch pha một góc cố định bất kì.
Khi nào cực tiểu giao thoa có biên độ bằng 0?
Khi hai nguồn có cùng biên độ, vì khi đó |a1 − a2| = 0 và hai sóng triệt tiêu hoàn toàn tại điểm cực tiểu.