LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 11·10 / 2026

SONG · 0240 phút

Độ lệch pha và đồ thị sóng

Δφ = 2πd/λ, u–x và u–t

Cần học trướcSONG · 01 · Mô tả sóng, sóng ngang và sóng dọc

Mục tiêu

  • Viết được phương trình dao động của một điểm trên phương truyền khi biết phương trình của nguồn, và tính được độ lệch pha Δφ=2πdλ\Delta\varphi=\dfrac{2\pi d}{\lambda} giữa hai điểm.
  • Nhận ra hai điểm cùng pha, ngược pha, vuông pha và giải bài tìm ff hoặc vv khi có điều kiện về pha.
  • Đọc được λ\lambda, TT, vv, chiều truyền sóng từ đồ thị li độ theo toạ độ (uu–xx) và theo thời gian (uu–tt); vẽ lại đồ thị sau một khoảng thời gian.

Khởi động

Mười người đứng thành hàng ngang, người đầu vẫy tay lên xuống, mỗi người sau bắt chước người trước nhưng chậm một nhịp. Nhìn từ trên cao, thấy một "con sóng" chạy dọc hàng. Hỏi: người thứ năm giơ tay lên cao nhất sau người đầu bao lâu? Và hai người cách nhau bao xa thì lúc nào cũng giơ tay lên xuống cùng lúc?

Câu hỏi đầu là chuyện của độ trễ thời gian τ=d/v\tau=d/v; câu thứ hai là chuyện của độ lệch pha. Bài này gom chúng vào một phương trình sóng và hai loại đồ thị.

λ/4

01Kiến thức cần nhớ

1. Phương trình sóng

Chọn gốc toạ độ OO ở nguồn, trục OxOx theo chiều truyền sóng, nguồn dao động uO=Acos⁡ωt,ω=2πT=2πf.u_O=A\cos\omega t,\qquad \omega=\dfrac{2\pi}{T}=2\pi f.

Sóng đi từ OO đến điểm MM cách OO một đoạn dd mất thời gian τ=dv\tau=\dfrac dv. Dao động của MM giống dao động của OO nhưng trễ τ\tau:

Vì ωτ=2πT⋅dv=2πdλ\omega\tau=\dfrac{2\pi}{T}\cdot\dfrac dv=\dfrac{2\pi d}{\lambda}. Phương trình có tính tuần hoàn hai lần: theo thời gian (chu kì TT) và theo khoảng cách (chu kì λ\lambda). Biên độ coi như không đổi khi bỏ qua mất mát năng lượng.

2. Độ lệch pha

Hai điểm MM, NN trên cùng phương truyền, cách nguồn dMd_M, dNd_N thì dao động lệch pha

Điểm xa nguồn hơn thì trễ pha hơn. Ba trường hợp quan trọng:

Quan hệΔφ\Delta\varphiKhoảng cách dd
Cùng pha2kπ2k\pikλk\lambda
Ngược pha(2k+1)π(2k+1)\pi(k+12)λ\left(k+\tfrac12\right)\lambda
Vuông pha(2k+1)π2(2k+1)\dfrac\pi2(2k+1)λ4(2k+1)\dfrac\lambda4

với k=0,1,2,…k=0,1,2,\dots Hai điểm gần nhau nhất mà cùng pha cách nhau λ\lambda, ngược pha cách nhau λ/2\lambda/2, vuông pha cách nhau λ/4\lambda/4. Hai điểm cùng pha thì li độ luôn bằng nhau; ngược pha thì luôn đối nhau; vuông pha thì khi điểm này ở biên, điểm kia ở vị trí cân bằng.

Tương tácHai điểm trên một sóng
MNd = 1 mu theo tt (s)0123
— ngược pha

Kéo chấm M (cyan) và N (cam) dọc dây hoặc dùng thanh d; bấm d = λ/4, λ/2, λ. Hai đồ thị u–t bên dưới cùng màu với chấm: cùng pha thì trùng nhau, ngược pha thì đối nhau, vuông pha thì lệch một phần tư chu kì.

3. Đồ thị li độ theo toạ độ (uu–xx)

"Chụp ảnh" cả sợi dây tại một thời điểm t0t_0 ta được đồ thị uu theo xx: một đường dạng sin có chu kì không gian λ\lambda. Từ đồ thị đọc được: λ\lambda (khoảng cách hai đỉnh liên tiếp), biên độ AA (độ cao đỉnh), và li độ từng điểm tại lúc đó.

Sóng truyền sang phải với tốc độ vv thì sau Δt\Delta t cả đồ thị dịch sang phải đoạn v Δtv\,\Delta t, giữ nguyên hình dạng. Với Δt=T4\Delta t=\dfrac T4 đồ thị dịch λ4\dfrac\lambda4.

Xác định chiều chuyển động của một điểm: dịch đồ thị một chút theo chiều truyền. Li độ mới của điểm đang xét chính là li độ của phần hình sóng vừa đi tới chỗ đó, tức phần nằm ngay phía sau nó (phía nguồn). Hệ quả dễ nhớ: phần tử nằm ngay phía trước một đỉnh (phía sóng sắp tới) thì đang đi lên, còn phần tử ngay phía sau một đỉnh thì đang đi xuống.

4. Đồ thị li độ theo thời gian (uu–tt)

Đồ thị uu theo tt của một điểm là đường sin có chu kì TT. Từ đồ thị đọc được TT, AA và pha ban đầu. Hai điểm khác nhau có hai đường uu–tt giống hệt nhau nhưng lệch trục thời gian một khoảng τ=d/v\tau=d/v (xa hơn thì trễ hơn).

λ = 40 cmv·Δt0102030405060x (cm)u (cm)T = 0,2 s00,10,20,30,4t (s)u (cm)
Trên: đồ thị u–x tại t = 0 (cyan) và sau T/4 (cam, dịch λ/4 theo chiều truyền). Dưới: đồ thị u–t của điểm x = 0. v = λ/T = 40 cm / 0,2 s = 2 m/s

02Tóm tắt

  • uM=Acos⁡ ⁣(ωt−2πdλ)u_M=A\cos\!\left(\omega t-\dfrac{2\pi d}{\lambda}\right); xa nguồn thì trễ pha.
  • Δφ=2πdλ\Delta\varphi=\dfrac{2\pi d}{\lambda}: cùng pha d=kλd=k\lambda; ngược pha d=(k+12)λd=(k+\tfrac12)\lambda; vuông pha d=(2k+1)λ4d=(2k+1)\dfrac\lambda4.
  • Đồ thị uu–xx: chu kì λ\lambda, dịch theo chiều truyền; đồ thị uu–tt: chu kì TT; v=λ/Tv=\lambda/T.

03Mở rộng

Dạng tổng quát của phương trình sóng. Viết k=2πλk=\dfrac{2\pi}{\lambda} (số sóng), phương trình sóng truyền theo +x+x là u(x,t)=Acos⁡(ωt−kx)u(x,t)=A\cos(\omega t-kx), theo −x-x là Acos⁡(ωt+kx)A\cos(\omega t+kx). Một mặt pha không đổi ωt−kx=ha˘ˋng soˆˊ\omega t-kx=\text{hằng số} chuyển động với tốc độ dxdt=ωk=λf=v\dfrac{dx}{dt}=\dfrac\omega k=\lambda f=v, đúng là tốc độ truyền sóng.

Vận tốc dao động của phần tử khác vận tốc truyền sóng. Phần tử dao động có vận tốc ∂u/∂t\partial u/\partial t, cực đại ωA\omega A; còn pha chạy với v=λfv=\lambda f. Hai tốc độ này chỉ bằng nhau khi A=λ/2πA=\lambda/2\pi, ngoài chương trình.

Tiếp theoPhương pháp →