Skkn vật lý thpt (1)

MỤC LỤC I Điều kiện hoàn cảnh tạo sáng kiến II Mô tả giải pháp II 1: Mô tả giải pháp trước tạo sáng kiến II.2: Mơ tả giải pháp sau có sáng kiến Các thiết bị sử dụng 2 Mục đích việc tạo thiết bị Ý tưởng giải pháp 3.1 Các nội dung kiến thức liên quan đến sản phẩm 3.2 Phác họa ý tưởng giải pháp A Khảo sát rơi tự B Khảo sát lực ma sát C Khảo sát định luật II Niuton 3.3 Lên phương án thiết kế 3.4 Xây dựng tạo nguyên mẫu giải pháp 17 3.5 Chương trình chạy phầm mềm tự động 19 3.6 Kết nối thiết bị 24 3.7 Mơ hình vật 27 III Hiệu sáng kiến đem lại 30 Hiệu mặt kinh tế 30 Hiệu mặt xã hội 31 Kết luận 33 Tài liệu tham khảo BÁO CÁO SÁNG KIẾN I Điều kiện hoàn cảnh tạo sáng kiến Hoạt động giáo dục trường học sau năm 2015 cần quán triệt tinh thần mục tiêu Nghị số 29-NQ/TW Đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo, nghĩa cần tổ chức hoạt động giáo dục theo hướng tăng cường trải nghiệm, nhằm phát huy tính sáng tạo cho học sinh, tạo môi trường khác để học sinh trải nghiệm nhiều nhất, đồng thời khởi nguồn sáng tạo, biến ý tưởng sáng tạo học sinh thành thực để em thể hết khả sáng tạo Nói tới trải nghiệm sáng tạo nói tới việc học sinh phải kinh qua thực tế, tham gia vào tiếp xúc đến vật kiện tạo giá trị vật chất tinh thần, tìm mới, cách giải khơng bị gị bó, phụ thuộc vào có Việc sử dụng TN dạy học góp phần quan vào việc hồn thiện phẩm chất lực học sinh, đưa đến phát triển tồn diện cho người học Trước hết, thí nghiệm phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng kiến thức rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo Vật lý cho học sinh Nhờ thí nghiệm học sinh hiểu sâu chất Vật lý tượng, định luật, trình nghiên cứu có khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn Học sinh linh hoạt hiệu Hiện thí nghiệm khảo sát chuyển động trường phỏ thông tường dùng thí nghiệm cơng ty cổ phần phát triển miền núi, dùng đồng hồ đo thời gian không xác Và gần thí nghiệm khơng làm được, điều dẫn đến vệc giáo viên tìm giải pháp cho thí nghiệm thực tế thông minh hiệu hơn, tai hướng dẫn học sinh thiết kế thí nghiệm đa để khảo sát chuyển động Rơi tự Khảo sát Định luật II Newton khảo sát Lực ma sát thí nghiệm chúng em tích hợp thí nghiệm Bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến để đo thời gian kết hợp với lập trình ARDUINO giao tiếp cảm biến với máy tính Kết khơng hiển thị trực tiếp hình LCD mà cịn đưa máy tính để phục vụ cho phịng học thơng minh, việc đo giá trị tính tốn trực tiếp thơng số trở nên đơn giản xác hơn, thí nghiệm sử dụng vi mạch có tích hợp phần mềm có chế tạo học đơn gản nên bền bỉ II MÔ TẢ GIẢI PHÁP KĨ THUẬT: II.1 Mô tả giải pháp trước tạo sáng kiến Hiện trường học: - Các thí nghiệm khảo sát chuyển động thường khơng làm chế tạo khơng chắn với vật rơi rễ làm bẹp giá đỡ, đồng hồ đo thời gian đồng hồ số khơng xác, thường số nhảy loạn khó đo - Các thí nghiệm Đức Hàn quốc đắt cài đặt phúc tạp, có cho phép đồ thị chưa phù hợp với chương trình SGK hành II.2 Mô tả giải pháp sau tạo sáng kiến Các thiết bị sử dụng: Đế inoc, Trụ hợp kim, viên bi kim loại, Các kit ARDUINO bao gồm Kit Arduino Mega 2560 Cảm biến laser ánh sáng đỏ nhìn thấy cho X0, X1 X2 Cảm biến ánh sáng, Màn hiển thị LED – LCD2004, Vỉ giao tiếp I2C, Nguồn 220V AC / 12V DC, Vỉ chuyển nguồn từ 12V DC xuống 7V DC, Vỉ chuyển đổi 12V DC xuống 5V DC dòng 1A, Role 5V DC, Nam châm điện 12-24VDC, Bộ mã hóa Encorder 334 xung, Hộp điều khiển Mục đích việc tạo thiết bị: - Đo thông số trực tiếp dựa vào cảm biến sau kết gửi hình LCD máy tính, mà sản phẩm trước phải sử dụng đồng hồ đo dẫn đến nhiều sai số - Kết nối với máy tính để gửi thơng số đến tồn lớp học sử dụng phịng học thơng minh - Tích hợp nhiều thí nghiệm thí nghiệm - Bộ thí nghiệm có kết cấu vững bền bỉ, phù hợp điều kiện kinh tế chế tạo rộng rãi - Sử dụng tiện lợi cho kết xác Ý tưởng giải pháp: Căn vào điều kiện thực tế, hướng dẫn học sinh thiết kế thí nghiệm tích hợp nhiều thí nghiệm thí nghiệm dựa vào việc quy đo quãng đường thời gian, hệ thống cảm biến phần mềm ARDUINO, kết hợp hình LCD kết nối máy tính 3.1 CÁC NỘI DUNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN ĐẾN SẢN PHẨM Khoa học (Science): - Vật lý: + Các kiến thức chuyển động thẳng đều, biếnđổi rơi tự + Các kiến thức Định luật Niuton, lực ma sát - học: Tin vi điều khiển arduino cần lập trình qua ngôn ngữ Đây phận quan trọng nhất, đầu não thu nhận tín hiệu xử lí để điều khiển phận khác Công nghệ (Technology): Lắp ráp khung máy hàn mạch điện tử, trang trí Kĩ thuật (Engineering): Quy trình thiết kế kĩ thuật – vẽ kĩ thuật Tốn học (Math): Tính tốn thơng số thí nghiệm 3.2 PHÁC HỌA Ý TƯỞNG GIẢI PHÁP Cơ sở lý thuyết A KHẢO SÁT RƠI TỰ DO Và mục đích thí nghiệm đo gia tốc trọng trường g nơi xác định Cơ sở lý thuyết thí nghiệm dựa vào tính chất chuyển động rơi 2.h h = g.t  g = 2 t Vậy để đo gia tốc g chúng em đo quãng đường thời gian rơi Tiến hành thí nghiệm a Kết Lần đo Thời gian rơi t (s) S(m) ti ti2 gi = 2.si ti2 S1 S2 B KHẢO SÁT LỰC MA SÁT Phần I Khảo sát định lượng: Đo hệ số ma sát trượt so sánh với giá trị SGK Cơ sỏ lý thuyết Áp dụng định luật II Niutown ta có Với đối trọng M P − T = M a → M g − M a = T T − Fms = m.a → .m.g = T − m.a →  = Với vật trượt m = T − m.a m.g Mg − ma mg Vậy việc đo quãng đường thời gian, chúng tính gia tốc tính hệ số ma sát Lần đo M Thời gian s chuyển động t S(m) (s) S1 S2 t a= 2.s t2 = Mg − ma mg Phần II Khảo sát mối quan hệ lực ma sát vào áp lực N vật Cơ sở lý thuyết Fms = µ.N Lực ma sát tỷ lệ thuận với áp lực N vật lên mặt phẳng T − Fms = m.a → Fms = Mg − ma * Khảo sát phụ thuộc hệ số ma sát vào áp lực N Lần đo a= Vật s t 2.s t2 Fms =Mg-ma Fms N khối lượng S(m) m 100g S1 200g S2 Lần lượt thay đổi khối lượng vật TRƯỢT thu nhận xét Lực ma sát tỷ lệ với áp lực Phần III Khảo sát định tính Mục đích thí nghiệm - Khảo sát phụ thuộc hệ số ma sát trượt vào + Tình trạng vật liệu + Bản chất vật liệu + Tốc độ vật + Diện tích tiếp xúc - Đo hệ số ma sát trượt vật liệu Khi em đưa thí nghiệm sang trạng thái nằm ngang để điều chỉnh phương ngang chúng em gắn sẵn livo thí nghiệm Cơ sỏ lý thuyết Áp dụng định luật II Niutown ta có Với đối trọng M P − T = M a → M g − M a = T Với T − Fms = m.a → .m.g = T − m.a →  = Tiến hành thí nghiệm vật T − m.a Mg − mg = m.g mg trượt m a Kết * Khảo sát phụ thuộc hệ số ma sát vào Diện tích tiếp xúc Lần đo Diện Thời tích chuyển động t tiếp S(m) xúc S1 Mặt S2 t a= 2.s t2 = Mg − ma mg (s) Mặt gian s Thay đổi diện tích tiếp xúc thu  nên kết luận  không phụ thuộc diện tích tiếp xúc * Khảo sát phụ thuộc hệ số ma sát vào tốc độ Lần đo a= Vật Thời khối chuyển động t lượng S(m) m S1 200g S2 t = Mg − ma mg (s) 100g gian s 2.s t2 Lần lượt thay đổi khối lượng vật( gia trọng) thu vận tốc khác thu  nên kết luận  khơng phụ thuộc diện tích tiếp xúc * Khảo sát phụ thuộc hệ số ma sát vào chất tình trạng vật liệu Lần đo Vật a= Thời gian s t 2.s t2 = Mg − ma mg trượt chuyển động t S(m) (s) Nhôm S1 Gỗ S2 Lần lượt thay đổi khối lượng vật( gia trọng) thu vận tốc khác thu  khác nha nên kết luận  phụ thuộc vào chất vật liệu C KHẢO SÁT ĐỊNH LUẬT II NIUTON Mục đích: Khảo sát thực nghiệm phụ thuộc gia tốc a vào khối lượng lực tác dụng lên vật Cơ sở lý thuyết Gia tốc vật tỷ lệ với hợp lực tác dụng lên vật tỷ lệ nghịch với khối lượng Thiết bị thí nghiệm Cấu trúc mơ hình • Phần khí Cảm biến gốc X0 Vật chuyển động M CB X1 CB X2 Rịng rọc + Cảm biến góc quay T Giá trượt T Đối trọng P mm Tiến thành thí nghiệm: Sự phụ thuộc gia tốc vào khối lượng( thay đổi khối lượng xe lăn) Lần đo s t a= Khối 2s t2 lượng m 2m Giữ nguyên khối lượng gia trọng( F = T không đổi) thay đổi khối lượng m vật chuyển động m; 2m; 3m đo giá trị quãng đường thời gian tương ứng Kết luận gia tốc a tỷ lệ nghịch với khối lượng m Sự phụ thuộc gia tốc vào lực( Thay đổi khối lượng gia trọng nhằm mục đích thay đổi lực kéo) Lần đo s t Khối a= 2s t2 lượng M 2M Khi thay đổi M trọng lực thay đổi nên lực kéo thay đổi Từ s t tính gia tốc a, nhận xét a tăng theo tỷ lệ lực F nên : kết luận a tỷ lệ với F 3.3 LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Cấu trúc mơ hình Mơ hình thí nghiệm gồm: Gồm phần - Phần cấu trúc khí - Phần linh kiện kit Arduino - Phần viết CODE điều khiển dựa code Arduino PHẦN CƠ KHÍ: Phần khí mơ tả hình Nam châm điện hút bi sắt Cảm biến gốc X0 Trụ đứng cao 1M Cảm biến tức thời X1 Cảm biến tức thời X2 Chân đế PHẦN ĐIỆN Các kit ARDUINO bao gồm bảng bên Chức phận - Trụ đứng chân đế: Để đặt viên bi tròn đường kính 5mm, khối lượng m (gram) - Nam châm điện: để giữ bi - Cảm biến tia laze X0 xác nhận gốc viên bi - Cảm biến laze X0 X1 xác nhận thời điểm viên bi rơi • Phần điện tử 19 Lắp đặt thử 3.5 Chương trình chạy phầm mềm tự động #include #include #include "Adafruit_Keypad.h" #include "Wire.h" #include "LiquidCrystal_I2C.h" #define KEYPAD_PID3844 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); #include "math.h" #define R1 #define R2 #define R3 #define R4 #define C1 #define C2 #define C3 #define C4 #define encodPinA1 18 // Quadrature encoder A pin #define encodPinB1 19 // Quadrature encoder B pin volatile double encoderPos = 0; // leave this import after the above configuration #include "keypad_config.h" double T1, T2; 20 int hut = 13; int start_button = 1; int reset_button = 0; int CB1 = 10; int CB2 = 11; int CB3 = 12; int MODE = 0, stt1 = 0, stt2 = 0; long timer_NK; String L1_str = ""; String L2_str = ""; String T1_str = ""; String T2_str = ""; String g1_str = ""; String g2_str = ""; String v1_str = ""; String v2_str = ""; String s1_str = ""; String s2_str = ""; String uart = ""; double L1=0,L2=0; double v1=0,v2=0; double s1=0,s2=0; Adafruit_Keypad customKeypad = Adafruit_Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS); int v[25]; int i_v; int b_v; void start() { if(!digitalRead(start_button)) 21 { delay(20); if(!digitalRead(start_button)) {lcd.clear(); L1_str = ""; L2_str = ""; T1_str = ""; T2_str = ""; g1_str = ""; g2_str = ""; v1_str = ""; v2_str = ""; s1_str = ""; s2_str = ""; L1=0; L2=0; MODE=1; v1 = 0; v2 = 0; T1 = 0; T2 = 0; s1 = 0; s2 = 0; uart = ""; encoderPos = 0;} while(!digitalRead(start_button)); } } void reset() { if(!digitalRead(reset_button)) { 22 delay(20); if(!digitalRead(reset_button)) {lcd.init(); L1_str = ""; L2_str = ""; T1_str = ""; T2_str = ""; g1_str = ""; g2_str = ""; v1_str = ""; v2_str = ""; s1_str = ""; s2_str = ""; L1=0; L2=0; MODE=0; v1 = 0; v2 = 0; T1 = 0; T2 = 0; s1 = 0; s2 = 0; uart = ""; encoderPos = 0;} while(!digitalRead(reset_button)); } } void encoder() { // pulse and direction, direct port reading to save cycles if(digitalRead(encodPinB1)==HIGH) {encoderPos ; } if(digitalRead(encodPinB1)==LOW) {encoderPos ++; } } 23 void setup() { Serial.begin(9600); customKeypad.begin(); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(hut,OUTPUT); pinMode(CB1,INPUT); pinMode(CB2,INPUT); pinMode(CB3,INPUT); pinMode(start_button,INPUT); pinMode(reset_button,INPUT); digitalWrite(hut,0); Serial.begin(9600); attachInterrupt(4, encoder, FALLING); cli(); // tắt ngắt toàn cụ TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TIMSK1 = 0; TCCR1B |= (1