Tài liệu Phần mềm thí nghiệm ảo Vật Lý doc

Mặc dù tác giả của phần mềm đã trình bày khá chi tiết về các thao tác cũng như trình tự đểlàm thí nghiệm nhưng do trình độ về Ngoại ngữ và Tin học của đại đa số giáoviên chúng ta còn hạn

Phần mềm thí nghiệm

NguyÔn V¨n Phóc - 1 - Trường THPT Nghi Lộc III

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay công nghệ thông tin được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực củađời sống xã hội, công nghệ thông tin đã góp một phần không nhỏ trong công cuộcCNH-HĐH Đất nước Trong lĩnh vực Giáo dục, các điều kiện để có thể áp dụngcông nghệ thông tin tương đối đầy đủ; ở các Trường THPT về cơ sở vật chất thiết

bị đã được cải thiện một cách rõ rệt, các trường đã có các phòng học sử dụng máychiếu và việc soạn giáo án điện tử, dạy học bằng máy vi tính không còn là vấn đề

xa lạ đối với giáo viên dạy Vật lý Tuy nhiên, các bài giảng điện tử của các giáoviên thường chỉ mới dừng lại ở việc chiếu lên các dòng chữ để thay thế cho việctrình bày bảng, ứng dụng hình ảnh động của môi trường Powerpoint hoặc cácphần mềm ứng dụng đơn giản

Để nâng cao hiệu quả của các bài giảng đòi hỏi giáo viên phải lồng ghép giữatrình bày lí thuyết và thực nghiệm nhằm phát huy tác dụng của thí nghiệm trongbài dạy, đây là vấn đề rất cần thiết trong dạy học Vật lý Bên cạnh việc trình bàycác thí nghiệm trực quan thì thí nghiệm ảo cũng đã mang lại hiệu quả thiết thực,đặc biệt trong các bài giảng điện tử có sử dụng máy chiếu Hiện nay, phần mềmthiết kế thí nghiệm ảo có nhiều nhưng không phải phần mềm nào cũng có thể sửdụng có hiệu quả Và qua kinh nghiệm thiết lập thí nghiệm ảo trong việc giảngdạy Vật lý phổ thông tôi nhận thấy, phần mềm thiết lập thí nghiệm ảo tốt nhất

hiện nay đó là Crocodile Physics 605

Phần mềm Crocodile Physics 605 có dao diện bằng Tiếng Anh Mặc dù tác

giả của phần mềm đã trình bày khá chi tiết về các thao tác cũng như trình tự đểlàm thí nghiệm nhưng do trình độ về Ngoại ngữ và Tin học của đại đa số giáoviên chúng ta còn hạn chế, nên việc sử dụng phần mềm này để thiết kế các thínghiệm vật lý ảo trong việc giảng dạy vật lý còn gặp rất nhiều khó khăn Vì vậy,trong đề tài này tôi muốn giới thiệu về tính năng của phần mềm, đồng thời hướngdẫn phương pháp chung để thiết kế thí nghiệm và trình bày một số thí nghiệm ảo

Vật lý bằng phần mềm Crocodile Physics 605.

NguyÔn V¨n Phóc - 2 - Trường THPT Nghi Lộc III

PHẦN II: NỘI DUNG

I Giới thiệu phầm mềm Crocodile Physics 605

Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí

nghiệm ảo của môn Vật lý, được lập trình trên ngôn ngữ lập trình C++, thông quangôn ngữ thể hiện là Tiếng Anh Phần mềm này từ khi ra đời cho đến nay cónhiều phiên bản với các mức độ khác nhau và qua mỗi phiên bản đã được bổsung, cải tiến và hoàn thiện dần về nội dung Thông qua việc sử dụng phần mềmtôi thấy: phần mềm đã được tạo lập dựa trên cơ sở chính xác về mặt vật lý Nókhông chỉ mang tính mô phỏng lại các hiện tượng Vật lý một cách máy móc bằnghình ảnh đơn thuần mà qua mỗi phiên bản đó thì các hiện tượng Vật lý thể hiệnbản chất vật lý được bổ sung, chỉnh sửa, hoàn thiện tương đối đầy đủ Phiên bản

Crocodile Physics 605 được cập nhật mới nhất, với các tính năng đã được đổi

mới, bổ sung khá nhiều so với các phiên bản trước đó

Phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Physics 605 được xây dựng dựa trên khả

năng thao tác nhanh của các thế hệ máy tính cá nhân hiện nay Nó có khả năngthiết lập được hầu hết các thí nghiệm trong chương trình Vật lý phổ thông, cungcấp một số chủ đề có sẵn theo chương trình và có thể tạo ra được các chủ đề mớitheo từng nội dung thí nghiệm Khi xây dựng thí nghiệm ảo bằng phần mềm

Crocodile Physics 605 chúng ta có thể đưa vào các hình ảnh được ghi lại sẵn từ

ngoài chương trình, có thể sắp xếp các dụng cụ thí nghiệm trong một hoạt cảnhgiống như không gian của một phòng thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm ảo bằng phần mềm Crocodile Physics 605 chúng ta có

thể sử dụng chuột một cách dễ dàng để lựa chọn, di chuyển hay thay đổi các dụng

cụ thí nghiệm Mat khác cũng có thể di chuyển, copy một dụng cụ hoặc toàn bộthí nghiệm đã xây dựng ra môi trường Word hoặc Powerpont để đưa hình ảnh,kết quả thí nghiệm vào bài giảng điện tử hay giáo án điện tử

NguyÔn V¨n Phóc - 3 - Trường THPT Nghi Lộc III

II Cách sử dụng phầm mềm Crocodile Physics 605

1 Cài đặt phần mềm Crocodile Physics 605

- Chạy file CP_605.exe từ thư mục Crocodile

- Hoàn thành các bước cài đặt theo chỉ dẫn trên màn hình là bạn đã tạo được

file chạy chương trình trên Desktop là: Crocodile Physics 605

Bạn có thể Download, để cập nhật phiên bản mới nhất của phầm mềm theo

địa chỉ website: www.crocodile-clips.com

2 Chạy chương trình Crocodile Physics 605

Khi chạy chương trình bạn nháy đúp chuột vào File chạy của phần mềm

trên Desktop là Crocodile Physics 605 hoặc chạy trực tiếp một file thí nghiệm đã

được thiết lập

Khi vào chương trình lần đầu tiên bạn sẽ được yêu cầu nhập tên đăng ký và

mã số sử dụng, khi đó bạn nhập lần lượt các yêu trên:

Tên đăng ký là: WWW.SERIALNEWS.COM

Mã số sử dụng: CP000SS-605-CUTKG

Nhập xong bạn chọn Next và sau đó bạn chọn tiếp OK sẽ khởi động được

chương trình với dao diện ban dầu có dạng sau đây

NguyÔn V¨n Phóc - 4 - Trường THPT Nghi Lộc III

Khi vào chương trình từ lần thứ hai trở đi, bạn không cần phải nhập lại tênđăng ký và mã số sử dụng nữa.

3 Các menu chính của phần mềm Crocodile Physics 605

a) Các menu ngang

* Các biểu tượng làm việc với File

* Các biểu tượng làm việc với các Edit (lựa chọn nhanh)

NguyÔn V¨n Phóc - 5 - Trường THPT Nghi Lộc III

* Các biểu tượng làm việc với View – Scenes (cách thể hiện)

* Các tuỳ chọn trợ giúp

b) Các thanh công cụ chính của phần mềm

c) Contents

Contents là phần rất mới bao gồm các

ví dụ đã được thiết kế sẵn theo các chủ đề

như: mô tả chuyển động, các mạch điện, …

Với mỗi modun đã có các dụng cụ thí

NguyÔn V¨n Phóc - 6 - Trường THPT Nghi Lộc III

nghiệm phù hợp với chủ đề và bạn chỉ cần chọn bổ sung những dụng cụ thích hợp

để thực hiện thí nghiệm Tuy nhiên, đây mới chỉ là một số chủ đề cơ bản, để cóthể thiết kế được toàn bộ các thí nghiệm phục vụ cho giảng dạy và học tập thì cầnthiết phải xem các ví dụ này và sau đó bạn tự thiết kế các thí nghiệm phù hợp vớibài giảng trên lớp bằng các dụng cụ được lấy trong phần Part Library

d) Parts Library

Đây là thư viện các dụng cụ thí nghiệm

vật lý ảo đã được sắp xếp thành từng phần

Điện – Quang – Cơ – Sóng – Công cụ hỗ

trợ Với các dụng cụ thí nghiệm trong từng

phần này, bạn hoàn toàn có thể tự thiết kế được các thí nghiệm vật lý trongtrường phổ thông Tuy nhiên, để thí nghiệm trở nên chuyên nghiệp hơn thì phải

kết hợp sử dụng các với các công cụ hỗ trợ thí nghiệm trong foder Presentation

của phần này

NguyÔn V¨n Phóc - 7 - Trường THPT Nghi Lộc III

e) Công cụ hỗ trợ

Công cụ hỗ trợ thiết kế thí nghiệm dùng chung đã được tuyển chọn và đưavào trong thư viện các dụng cụ thí nghiệm Parts Library Presentation bao gồmcác dụng cụ hỗ trợ như thước đo, đồ thị, tranh vẽ, các nút dừng thí nghiệm haythực hiện lại thí nghiệm…giúp cho các thí nghiệm ảo được thiết lập bằng phầnmềm trở nên chuyên nghiệp hơn

NguyÔn V¨n Phóc - 8 - Trường THPT Nghi Lộc III

III Tính năng nổi trội của phần mềm Crocodile Physics 605

1 Khả năng mở rộng không gian thí nghiệm

Tính năng mới Crocodile Physics 605 so với

các phiên bản trước đó là giao diện thiết kế và thực

hiện thí nghiệm có thể chuyển ra toàn bộ màn hình

như hình bên Thêm vào đó có bổ sung phần

“Getting Start” trong folder “Contents” giúp cho

người sử dụng học một số bước cơ bản nhất để có

thể thiết kế và sử dụng phần mềm này

2 Contents

Đây là một số phần và modun xây dựng sẵn

phù hợp với các chủ đề trong chương trình giảng

dạy tại trường phổ thông Trong các chủ đề này

chúng ta có thể chạy trực tiếp hoặc thay đổi các

dụng cụ thí nghiệm, thay đổi các điều kiện, các

thông số của thí nghiệm để có thể thực hiện được các các thí nghiệm theo từngnội dung của bài học

3 Không gian sóng 2D

Các phiên bản trước của phần mềm Crocodile

Physics 605 thì trong thí nghiệm về sóng chúng ta

chỉ có thể quan sát các dải sóng được mô tả có

dạng là các đường hình sin hay cosin, nhưng trong

phiên bản này chúng ta có thể quan sát sóng ở

dạng 2D, tức là có thể quan sát được hình ảnh sự

lan truyền của sóng theo mọi hướng và thể hiện

được cả biên độ của sóng tại mọi điểm trong môi

trường Trong hình bên bạn có thể quan sát thấy

một thí nghiệm khá trực quan, giống như bạn đang

NguyÔn V¨n Phóc - 9 - Trường THPT Nghi Lộc III

quan sát hình ảnh của sóng nước theo phương thẳng đứng nhìn từ trên xuống,thấy rõ được biên độ và dạng của sóng khác nhau trên ở từng vị trí qua sát khácnhau Hình ảnh của sóng quan sát được sống động giống như thật, tao ra được sựhứng thú học tập cho học sinh.

4 Thiết lập thí nghiệm một cách dễ dàng

Dụng cụ thí nghiệm có thể lựa chọn bằng cách di chuyển chuột đến biểutượng, giữ chuột trái và di chuyển đến vị trí thích hợp rồi thả chuột Có thể dichuyển vị trí của dụng cụ, xoay chuyển dụng cụ một cách dễ dàng

Có thể thay đổi các thông số của các dụng cụ thí nghiệm bằng hai cách:

Cách 1: Bấm chuột phải chọn Properties để thay đổi các thông số.

Cách 2: Chọn Properties bên trái màn hình để thay đổi các thông số.

Trong mạch điện có thể nối dây bằng cách rê chuột,

khi di chuyển dụng cụ thí nghiệm thì dây nối được tự

động thay đổi theo vị trí các thiết bị bị như hình bên

lực tác dụng trong quá trình chuyển động, có thể thiết

đặt vận tốc, gia tốc…theo phương, chiều và độ lớn tuỳ

ý; có thể thay đổi trường lực, điều chỉnh giá trị tuỳ ý

của gia tốc trọng trường hoặc chọn trường phi trọng

lượng

Trong các thí nghiệm về quan hình đường truyền

của các tia sáng được thiết kế một cách chính xác, đặc

biệt trong thí nghiệm về sự tán sắc của ánh sáng có thể

thấy rõ được vị trí của từng màu đơn sắc; có thể di

NguyÔn V¨n Phóc - 10 - Trường THPT Nghi Lộc

III

chuyển hoặc xoay chuyển nguồn sáng hoặc dụng cụ thí nghiệm, thay đổi các màusắc khác nhau của ánh sáng hoặc thay đổi giá trị cụ thể của bước sóng.

Trong thí nghiệm về sóng có thể thay đổi

môi trường truyền sóng như môi trường truyền

sóng ánh sáng (không khí hoặc chân không),

môi trường truyền sóng âm (nước hoặc không khí), môi trường nước Có thể quansát được sự lan truyền của sóng, hình ảnh giao thoa sóng thể hiện sõ được rất rõ

cả về biên độ của sóng và pha Nguồn sóng có thể chọn nguồn cố định hoặcnguồn sóng chuyển động

Như hình bên ta có thể thấy hình ảnh dụng cụ

thí nghiệm ảo này rất gần với vật thật Đây có thể

xem là một bước đột phá rất quan trọng góp phần

đưa các thí nghiệm trực quan hơn, giúp cho học

sinh dễ dàng liên hệ với thực tế và nhớ bài tốt hơn

Không gian làm thí nghiệm có thể tạo ngữ

cảnh vào và ra logic của bạn trên một ảnh nền, sắp

xếp các dụng cụ thí nghiệm ở các vị trí thích hợp

tương ứng, như phong cảnh bên trong một phòng

thí nghiệm thực tế

5 Đồ thị của thí nghiệm

Đồ thị của kết quả của thí nghiệm là phần nổi

bật nhất của phần mềm Đồ thị đã biểu diễn chính xác

các số liệu thí nghiệm (có thể kiểm chứng lại kết quả

theo tính toán lý thuyết là gống nhau)

Đồ thị có thể thuỳ chọn theo các dạng khác nhau và có thể thay đổi dễ dàngcác thang chia của các trục của thị, thay đổi được các thông số của của các trục đồthị

NguyÔn V¨n Phóc - 11 - Trường THPT Nghi Lộc

III

Trên một đồ thị có thể biểu diễu nhiều đường với các màu sắc khác nhau

để có thể so sánh được sự thay đổi của các thông số đó

IV Thiết kế thí nghiệm vật lý ảo với phần mềm Crocodile Physics

605

Để thiết lập một thí nghiệm vật lý ảo băng phần mềm Crocodile Physics

605 chúng ta có thể tiến hành thao tác theo trình tự chung gồm 5 bước cơ bản sau

đây:

Bước 1: Khởi động phầm mềm

Khởi động máy xong, bạn nháy đúp chuột biểu tượng của file Crocodile Physics 605 trên Desktop.

Bước 2: Lưa chọn dụng cụ thí nghiệm

a) Phần chuyển động: Di chuyển chuột chọn chọn Part Library, trong menu của

Part Library bạn chọn Motion &Forces và di chuyển con trỏ xuống để chọn tiếp Motion.

Trong Motion bạn có thể lựa chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về

chuyển động trong bảng dưới đây Trong các dụng cụ này, bạn chọn dụng cụ nàothì di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm-giữ chuột trái và dichuyển đến vị trí cần đặt rồi thả chuột

Space Trường không trọng lượng

Mặt tiếp xúc không đàn hồi

Wooden ground Mặt tiếp xúc bằng gỗ Metal ground Mặt tiếp xúc bằng kim loại Rubber ground Mặt tiếp xúc bằng cao su Glass ground Mặt tiếp xúc bằng thuỷ tinh Ice ground Mặt tiếp xúc là mặt băng Concrete ground Mặt tiếp xúc bằng bê tông

Slopes

(Mặt phẳng nghiêng)

Ideal elastic slope Mặt phẳng nghiêng hoàn toàn đàn hồi

Ideal inelastic slope Mặt phẳng nghiêng không đàn hồi Wooden slope Mặt phẳng nghiêng bằng gỗ Metal slope Mặt phẳng nghiêng bằng kim loại Rubber slope Mặt phẳng nghiêng bằng cao su

NguyÔn V¨n Phóc - 12 - Trường THPT Nghi Lộc

III

Glass slope Mặt phẳng nghiêng bằng thuỷ tinh Ice ground Mặt phẳng nghiêng là mặt băng Concrete ground Mặt phẳng nghiêng bằng bê tông

Balls

(Quả câu)

Ideal elastic ball Quả cầu hoàn toàn đàn hồi Ideal inelastic ball Quả cầu xúc không đàn hồi

Cricket ball Quả bóng Criket

Tennis ball Quả bóng Tennis Billiard ball Quả bóng Bida Wooden ball Quả cầu bằng gỗ Rubber ball Quả cầu bằng cao su Metal ball Quả cầu bằng kim loại Concrete ball Quả cầu bằng bê tông Glass ball Quả cầu bằng thuỷ tinh

Blocks

(Vật nặng)

Ideal elastic block Khối hộp chữ nhật hoàn toàn đàn

hồi Ideal inelastic block Khối hộp chữ nhật không đàn hồi

Wooden block Khối hộp chữ nhật bằng gỗ Metal block Khối hộp chữ nhật bằng kim loại Rubber block Khối hộp chữ nhật bằng cao su Glass block Khối hộp chữ nhật bằng thuỷ tinh Ice block Khối hộp chữ nhật băng

Concrete block Khối hộp chữ nhật bằng bê tông

Trong Waves bạn có thể lựa chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về

sóng trong bảng dưới đây Các dụng cụ này nếu bạn chọn dụng cụ nào thì chỉ cần

di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bầm-giữ chuột trái và di chuyểnđến vị trí cần đặt rồi thả chuột

1D Wave propagation space Sự truyền sóng trong môi

trường Wave penetration space Sự truyền sóng qua hai môitrường

NguyÔn V¨n Phóc - 13 - Trường THPT Nghi Lộc

III

sóng phản xạ đầu cố định Wave plucking space Sự truyền sóng trên dây căn

Elictromagnetic wave space Môi trường truyền sóngSound wave space Môi trường truyền sóng âm Water wave space Môi trường truyền sóng nước

Sources

Nguồn sóng

Point source Nguồn điểm Line source Nguồn có dạng là đoạn thẳng

Moving point source Nguồn điểm có thể chuyển độngReflectors

Mặt phản xạ Plane reflector Mặt phản xạ phẳng

Obstacles

Vùng cản trở sóng

Block Dạng hình chữ nhật Sloped

block

Dạng hình thang

Trialgle Dạng hình tam giác Circle Dạng hình tròn Slits

Đo lường Detector Vị trí đặt thiết bị đo

Bước 3: Di chuyển, lắp ghép, thiết đặt thông số và xoá dụng cụ thí nghiệm

Sau khi đã lựa chọn được các dụng cụ bạn có thể di chuyển, lắp ghép, thayđổi thông số, hoặc xoá các dụng cụ theo phương pháp sau:

Khi cần di chuyển dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đến dụng cụbấm-giữchuột trái và di chuyển đến vị trí cần chuyển đến rồi thả chuột

Khi cần kết nối các dụng cụ bạn cần di chuyển các các dụng cụ để cácđiểm nối lại trùng nhau (điểm nối của các vật ở tâm)

Khi cần thiết lập các thông số của dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đếndụng cụ, bấm chuột phải và chọn Properties thì trong menu dọc Properties sẽ hiện

ra các tuỳ chọn về các thông số dụng cụ để bạn thay đổi

Khi cần xoá dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đến dụng cụ bấm chuột trái

rồi bấm Delete hoặc bấm chuột phải và di chuyển chọn Delete trong menu Nếu

NguyÔn V¨n Phóc - 14 - Trường THPT Nghi Lộc

III