(Skkn 2023) nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển động cơ học dùng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH LĨNH VỰC: PPDH VẬT LÍ Vinh, tháng 4/2023 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH LĨNH VỰC: PPDH VẬT LÍ Người thực hiện: Phan Văn Thuận Trường THPT DTNT Nghệ An Điện thoại: 0975752288 Email: phanthuan108@gmail.com Vinh, tháng 4/2023 MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Đối tượng nghiên cứu IV Phạm vi nghiên cứu V Nhiệm vụ nghiên cứu VI Giả thuyết khoa học VII Phương pháp nghiên cứu VIII Kết nghiên cứu IX Điểm đề tài Phần NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH I Cơ sở lý luận sở thực tiễn 1.1 Cơ sở lý luận 1.1.1 Khái niệm thiết bị dạy học 1.1.2 Nội dung thiết bị dạy học 1.1.3 Vị trí thiết bị dạy học 1.1.4 Vai trò thiết bị dạy học 1.1.5 Yêu cầu thiết bị dạy học 1.2 Cơ sở thực tiễn II Thực trạng vấn đề 2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường 2.1.1 Thuận lợi 2.1.2 Khó khăn 2.2 Điều tra thực trạng đề tài nghiên cứu III Chế tạo sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí 3.1 Chế tạo thí nghiệm 3.2 Các thí nghiệm dạy học sử dụng thí nghiệm tích hợp 12 IV Kết đạt 15 Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 17 I Kết luận 17 II Kiến nghị 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 PHỤ LỤC 20 Phần MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Như biết, Bộ môn Vật lý THPT mơn khoa học thực nghiệm, việc giảng dạy Vật lý bậc THPT xây dựng theo tinh thần Các thí nghiệm dạy học Vật lý bậc THPT có nhiều thể loại: thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm minh hoạ, thí nghiệm thực hành, qua hình thành xây dựng tiếp cận nghiên cứu Vật lý mức độ phù hợp Vì vậy, Bộ giáo dục kết hợp nhà trường trang bị thí nghiệm phục vụ cho việc giảng dạy môn Vật lý Tuy nhiên, thực trạng thí nghiệm trường học xuống cấp, giảm chất lượng rõ rệt thời gian sử dụng công nghệ chế tạo lạc hậu dẫn khơng đảm bảo độ xác hiệu sử dụng Cụ thể, lớp 10 có hai thí nghiệm chuyển động thẳng: Khảo sát rơi tự do, xác định hệ số ma sát trượt giảm chất lượng rõ rệt Mặt khác, phương pháp xác định thời gian chuyển động thông qua cổng quang điện đồng hồ số tương đối phức tạp, số liệu thu thập thơ cịn việc xử lí chúng phải học sinh tự làm Với khảo sát rơi tự do, công tắc nam châm điện, chốt cắm nam châm đồng hồ số nhanh hỏng; điều chỉnh đế ba chân để giá thí nghiệm theo phương thẳng đứng khó thực hiện, dẫn đến q trình rơi khoảng cách lớn, vật không chắn tia hồng ngoại cổng quang điện nên đồng hồ xác định thời gian rơi vật Tuy nhiên, phương pháp khảo sát chuyển động rơi tự tương đối phức tạp, việc thu thập số liệu để vẽ đồ thị s(t2) v(t) lúc cho kết mong muốn Với thí nghiệm: đo hệ số ma sát trượt, hạn chế đồng hồ số gặp thêm số vấn đề mặt chất thí nghiệm dẫn đến kết khơng xác Chuyển động mẫu vật (trụ trịn) khơng phải trượt tịnh tiến mà chuyển động vừa trượt vừa quay; dẫn đến quỹ đạo vật quỹ đạo thẳng; số trường hợp trượt, vật tiếp xúc với thành giá nên xuất thêm ma sát phần mặt bên vật Mặt khác, việc đo gia tốc theo toán mặt phẳng nghiêng tương đối phức tạp, đối tượng học sinh dễ tiếp cận với toán Bên cạnh đó, nhiều nội dung kiến thức cần có thí nghiệm để minh hoạ kiểm chứng lại không cung cấp đầy đủ như: chuyển động thẳng đều, định luật bảo toàn động lượng dẫn đến nộ dung giảng dạy tương đối áp đặt Ở chương trình Vật lý 12, đặc biệt chương trình vật lí lớp 11, thuộc chương trình GDTHPT 2018, chuyển động quan trọng tảng dao động điều hồ xây dựng dựa tảng tốn học mà khơng có thí nghiệm kiểm chứng minh hoạ Do đó, học sinh tiếp cận kiến thức hàn lâm, thiếu trực quan áp đặt Bên cạnh đó, theo yêu cầu chương trình GDPT 2018, Thơng tư 39, phịng thực hành vật lí THPT ngồi thí nghiệm biểu diễn phải có tối thiểu thí nghiệm thực hành Chính vậy, thí nghiệm vật lí khơng yêu cầu chất lượng mà yêu cầu số lượng phải có Hơn nữa, thời đại bùng nổ công nghệ thông tin nay, việc ứng dụng công nghệ tiên tiến vào phục vụ dạy học đòi hỏi bắt buộc ngành giáo dục nói chung với giáo viên nói riêng Giáo viên phải tiếp cận vận dụng thành thạo, nhuần nhuyễn công nghệ để phục vụ cho cơng tác giảng dạy Với thực trạng nêu trên, bối cảnh thí nghiệm cũ chủ yếu chế tạo hoạt động nguyên tắc học bộc lộ nhiều hạn chế khiếm khuyết Tôi mong muốn khắc phục cải tiến thiết bị, đưa phép đo xác hơn, tích hợp nhiều thí nghiệm với trợ giúp đắc lực máy tính Do đó, tơi chọn kết hợp với công nghệ tiên tiến nay: cảm biến, số hoá số liệu thu thập đưa vào máy tính, lập trình phần mềm để xử lý, vẽ đồ thị qua khảo sát loại chuyển động thẳng cách trực quan, xác, đảm bảo tính khoa học, tơi thực đề tài : “Nghiên cứu, chế tạo sử dụng thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển động học dùng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính” Trong phạm vi đề tài, tơi chế tạo thí nghiệm khảo sát hầu hết loại chuyển động thẳng chương trình vật lý phổ thơng như: chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, dao động điều hồ; ngồi cịn khảo sát hệ số ma sát trượt, kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng, … Nguyên lý hoạt động hoàn toàn mới, phận kết nối với máy tính, số liệu thu thập số hoá xử lý phần mềm máy tính kết quả, từ vẽ đồ thị loại chuyển động phần mềm lập trình sẵn nên cho trực tiếp kết trực quan Với đề tài này, hi vọng khắc phục tồn trước đó, bổ sung thí nghiệm cịn thiếu sót, góp phần nâng cao hiệu giảng dạy mơn Vật lý trường THPT II Mục đích nghiên cứu + Chế tạo sử dụng thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển động học sử dụng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính Từ ta dễ dàng tổ chức dạy học theo chương trình GDPT 2018 vừa đảm bảo chuyển đổi số giáo dục; + Đề xuất thí nghiệm sử dụng thí nghiệm tích hợp vào dạy học mơn Vật lí trường THPT III Đối tượng nghiên cứu + Cảm biến khoảng cách phần mềm lập trình cho mạch Arduino; + Nam châm vĩnh cửu dạng dài; + Chương trình học SGK vật lí 10 (KNTT) SGK vật lí 12 Từ phần tử tiến hành chế tạo sử dụng thí nghiệm dạy học IV Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo thí nghiệm để sử dụng vào dạy học vật lí cấp THPT V Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu sách giáo khoa vật lí 10, 12 THPT (các thí nghiệm biểu diễn thí nghiệm thực hành) sử dụng thí nghiệm q trình dạy học + Nghiên cứu, chế tạo thí nghiệm để sử dụng vào dạy học + Đề xuất phương án sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí trường phổ thơng (thí nghiệm học xây dựng kiến thức mới; thí nghiệm học tập vật lí (bài tập thí nghiệm vật lí); thí nghiệm tiết thực hành VI Giả thuyết khoa học Có thể cần thiết phải sử dụng thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển động học sử dụng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính dạy học vật lí Từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học giáo dục kĩ thuật tổng hợp dạy học vật lí VII Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: + Cơ sở lý thuyết đề tài; + Xây dựng phương án dạy học Nghiên cứu thực nghiệm: + Nghiên cứu thiết bị điện tử liên quan đến thí nghiệm gồm mạch Arduino cảm biến khoảng cách; + Thiết kế chế tạo sở thiết bị có; + Tiến hành sử dụng thí nghiệm để thử nghiệm chức năng, hoạt động thí nghiệm; VIII Kết nghiên cứu + Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành cơng thí nghiệm tích hợp dùng để khảo sát chuyển động học sử dụng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính: Bộ thí nghiệm tiến hành nhiều thí nghiệm, độ nhạy (100 ms) độ dịch chuyển có độ xác cao (1 mm) + Đề xuất thí nghiệm sử dụng thí nghiệm tích hợp vào dạy học vật lí IX Điểm đề tài - Cách loại bỏ ma sát đệm từ trường ưu điểm vượt trội thí nghiệm Trước đây, người ta thường dùng đệm khí, với nhiều thiết bị, máy móc kèm Bằng cách dùng nam châm dài gắn vào máng trượt vật để tạo lực từ, qua nâng vật lên khỏi máng cách làm đơn giản vô hiệu để loại bỏ ma sát vật máng Do thực loạt thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều, kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng, khảo sát dao động điều hồ lắc lị xo - Sử dụng kĩ thuật đo khoảng cách tới đối tượng xung laze (Lidar) kết nối với máy tính điểm khác biệt thí nghiệm Máy đo phát xung laze nhận tín hiệu phản xạ khoảng thời gian ngắn nên tốc độ đo thời điểm xem tốc độ tức thời Mặt khác, khoảng cách, tốc độ vẽ đồ thị máy tính xử lí tự động, người sử dụng việc thu nhận đối chiếu kết với lý thuyết để kết luận tính chất chuyển động - Bộ thí nghiệm tích hợp nhiều thí nghiệm nhỏ, phục vụ nghiên cứu chuyển động thẳng chương trình Vật lý phổ thơng hành mà nhà trường khơng có: khảo sát chuyển động thẳng đều, khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều, kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng, khảo sát dao động điều hồ lắc lị xo Đây thí nghiệm cần thiết thiếu kho thiết bị dạy học trường THPT Trong đó, mong chờ thí nghiệm khảo sát dao động điều hồ lắc lị xo Bởi nội dung tảng chương trình vật lý 12, nhiên từ trước đến nghiên cứu thông qua phương trình vi phân cấp hai mà chưa có thí nghiệm trực quan để học sinh dễ tiếp cận Khi sử dụng thí nghiệm toạ độ vật máy đo xác định theo thời gian thực, từ ta vẽ đồ thị dao động điều hồ thực nghiệm để kiểm chứng phương trình lí thuyết dao động điều hồ Bên cạnh đó, thơng qua việc khảo sát chuyển động thẳng chậm dần cho ta cách làm khác, đơn giản học sinh dễ tiếp cận với cơng cụ tốn học đơn giản để xác định hệ số ma sát trượt – điều mà thí nghiệm cấp gần chưa làm TT NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG PHÁP ĐO CŨ CẢI TIẾN Đo khoảng cách Đo xung phát cổng quang laze điện đo thời gian Loại bỏ ma sát đồng hồ đo đệm từ với thời gian số Nam châm Đo độ dịch chuyển xung laze từ tính vận tốc trước sau va chạm Thí nghiệm kiểm chứng định luật Chưa có bảo tồn động lượng thông qua va chạm mềm KẾT QUẢ Độ xác cao Tự động cho đồ thị chuyển động hình máy tính Vẽ đồ thị độ dịch chuyển-thời gian từ suy vận tốc trước sau va chạm với độ xác cao Thí nghiệm khảo Chưa có sát dao động điều hịa lắc lị xo Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi xác định hệ số ma sát Đo li độ tự động xung phát laze Vẽ đồ thị li độ vận tốc máy tính Đo khoảng cách Vẽ đồ thị quãng xung phát đường, vận tốc, Laze rút hệ số ma sát máy tính theo cơng thức lập trình sẵn Ngồi ra, thí nghiệm trước dùng hai cổng quang điện để xác định vận tốc vật, phép đo cịn mang tính thủ cơng, thí nghiệm cần có đệm khơng khí nên rườm rà, khó thực tiết dạy Nhưng với cảm biến đo khoảng cách kết nối với máy tính, thí nghiệm thay đổi cách thức thu thập xử lý số liệu Qua sử dụng thấy số liệu thu thập tự động xác, cho thấy cho thí nghiệm cải tiến có nhiều ưu điểm vượt trội so với thí nghiệm truyền thống trước Do đó, đề tài hoàn toàn mới, giá thành rẻ, dễ chế tạo sử dụng linh hoạt dạy học vật lí Phần NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH I Cơ sở lý luận sở thực tiễn 1.1 Cơ sở lý luận 1.1.1 Khái niệm thiết bị dạy học Thiết bị dạy học tất phương tiện vật chất huy động vào việc giảng dạy, học tập hoạt động mang tính giáo dục khác để đạt mục đích giáo dục 1.1.2 Nội dung thiết bị dạy học Thiết bị dạy học bao gồm thiết bị dùng chung, thiết bị trực quan, thiết bị thực nghiệm môn, thiết bị nghe nhìn phương tiện kỹ thuật phục vụ cho việc dạy học Thiết bị dạy học sản xuất, cung cấp hàng loạt, đồng theo tiêu chuẩn kỹ thuật xác định quốc tế nước thiết bị dạy học quy Ngồi cịn có thiết bị dạy học khơng quy giáo viên học sinh tự làm sưu tầm, tận dụng góp phần khơng nhỏ việc dạy học 1.1.3 Vị trí thiết bị dạy học Quá trình dạy học, giáo dục cấu thành nhiều thành tố có liên quan chặt chẽ tương tác với Các thành tố cấu thành trình dạy học là: Mục tiêu - Nội dung Phương pháp - Giáo viên - Học sinh - Thiết bị giáo dục Các yếu tố giúp thực trình dạy học mối quan hệ chúng Mối quan hệ thành tố cấu thành trình dạy học thiết bị dạy học thành tố khơng tách rời Theo sơ đồ, cặp thành tố có quan hệ tương hỗ hai chiều Việc điều khiển tối ưu mối quan hệ thành tố coi nghệ thuật mặt sư phạm thiết bị có mặt q trình nêu có vai trị thành tố khác khơng thể thiếu thành tố Như vậy, thiết bị phận cấu thành khơng thể thiếu q trình giáo dục, dạy học 1.1.4 Vai trò thiết bị dạy học Thiết bị dạy học có vai trị quan trọng trình dạy học, phận nội dung phương pháp dạy học Đảm bảo tính trực quan dạy học, đảm bảo chất lượng kiến thức, thể tường minh phương pháp làm việc, giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, cho phép đa dạng hố loại hình dạy học Phương tiện kỹ thuật dạy học có khả sư phạm to lớn: tăng tốc độ truyền tải mà không làm giảm lượng thông tin, tạo điều kiện sâu vào chất vật tượng, tiết kiệm thời gian, tạo hứng thú lôi người học, cho phép cải tiến hình thức lao động sư phạm, tạo điều kiện cho học sinh thực hành rèn luyện kỹ năng, tạo tình sư phạm “vùng hợp tác” giáo viên học sinh 1.1.5 Yêu cầu thiết bị dạy học Thiết bị dạy học phải đảm bảo yêu cầu: tính khoa học (mức độ chuẩn xác việc phản ánh thực), tính sư phạm (sự phù hợp với yêu cầu mặt sư phạm độ rõ, kích thước, màu sắc, dễ sử dụng, phù hợp tâm lý học sinh), tính kinh tế (giá thành tương xứng với hiệu giáo dục đào tạo) 1.2 Cơ sở thực tiễn Cơ sở lý luận cho ta hiểu đầy đủ khái niệm, nội dung, vị trí, vai trị, yêu cầu, cách quản lý công tác tự làm, sử dụng bảo quản thiết bị dạy học Thế nhưng, thực tế nhà trường nay, thiết bị dạy học cịn thiếu số lượng, khơng đảm bảo chất lượng, không đồng cấu, số thiết bị cũ, hỏng, nguồn kinh phí nhà nước cấp, mua sắm thiết bị hạn hẹp Bên cạnh đó, việc quản lý sử dụng thiết bị dạy học có nhà trường bất cập; nhận thức cán bộ, giáo viên, vai trò ý nghĩa thiết bị dạy học giáo dục hạn chế; kỹ sử dụng, sửa chữa, bảo quản thiết bị yếu; việc tổ chức dạy học thực hành hình thức, chiếu lệ, cịn số trường THPT nằm tình trạng kể Những khó khăn bất cập mâu thuẫn với yêu cầu việc đổi phương pháp dạy học, với nguyện vọng giáo viên giảng dạy, với thiết bị dạy học phù hợp để nâng cao chất lượng giảng, với nguyện vọng nhu cầu học sinh mong muốn nắm bắt kiến thức cách trực quan sinh động rèn luyện kỹ thực hành Đây sở thực tiễn, nguyên nhân để tơi tìm biện pháp nhằm quản lý hiệu việc tự làm, sử dụng thiết bị dạy học đáp ứng mục tiêu, chương trình giáo dục II Thực trạng vấn đề 2.1 Đặc điểm tình hình nhà trường 2.1.1 Thuận lợi Hiện trường thường xuyên nhận quan tâm đạo sở, ngành, cấp quyền địa phương Hầu nhà trường có đủ phịng học, bàn ghế để học ca trang bị số đồ dùng, thiết bị phục vụ giảng dạy Đa số đội ngũ giáo viên nhiệt tình, động, 100% giáo viên tham gia tập huấn chuyên đề sinh hoạt chun mơn thường xun, bước đầu có kinh nghiệm Một số giáo viên có ý thức tự làm đồ dùng dạy học, biết cách sử dụng bảo quản đồ dùng dạy học 2.1.2 Khó khăn Thiết bị dạy học nhà trường trang bị chưa đồng Một số thiết bị cấp từ năm trước chất lượng, số nhà trường thiếu phòng học chuyên dụng nên thiết bị dạy học xếp chưa khoa học, việc sử dụng chưa phát huy hết hiệu thiết bị dạy học Nguồn kinh phí dành cho mua sắm, bổ sung thiết bị dạy học hạn hẹp Đội ngũ giáo viên trẻ, thiếu kinh nghiệm công tác Một số giáo viên chưa có ý thức làm đồ dùng, chưa biết sử dụng bảo quản đồ dùng Điều kiện kinh tế nhân dân số địa phương cịn nhiều khó khăn nên việc huy động nguồn lực từ xã hội hóa cịn hạn chế 2.2 Điều tra thực trạng đề tài nghiên cứu Qua khảo sát thực tế giáo viên giảng dạy mơn Vật lí (phiếu kháo sát phần Phụ lục) thấy việc sử dụng thiết bị dạy vào dạy học quan trọng (tỷ lệ chọn 98,7%) học sinh hứng thú với tiết học có sử dụng thiết bị dạy học (tỷ lệ chọn đáp án (97,6%) Tuy nhiên trang thiết bị dạy học trang bị trường THPT khảo sát thiếu (87,6%), phần lại đảm tối thiểu cho dạy học theo quy định Chính lí việc sử dụng thiết bị dạy học thỉnh thoảng, trang thiết bị có chất lượng xuống cấp nhanh hoạt động kém, dẫn đến không đủ thời gian để thực tiết học Bên cạnh việc tập huấn sử dụng thiết bị dạy học nhà trường thực hiện, dẫn đến thiết bị hỏng nên việc sửa chữa tự làm thiết bị bổ sung chưa kịp thời Điều dẫn đến khả tự làm thiết bị dạy học giáo viên khơng tốt, có 83,6 % thấy cần thiết phải phát triển phong trào tự làm thiết bị dạy học nhà trường Việc tự làm thiết bị dạy học không nâng cao chun mơn, tay nghề mà cịn bổ sung lượng thiết bị dạy học thiếu chưa kịp đầu tư nhà trường Cũng qua khảo sát 100% giáo viên hỏi chưa có thí nghiệm dùng để khảo sát chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi cách xác định vận tốc nhiều vị trí tiến triển theo thời gian, thí nghiệm khảo sát định luật bảo tồn động lượng thí nghiệm xác định li độ chuyển động vật để khảo sát dao động điều hoà dao động tắt dần Như vậy, chế tạo thí nghiệm tích hợp để tiến hành tất thí nghiệm cần thiết cho việc dạy học mơn Vật lí Hình 2.1 Kết khảo sát thực trạng thí nghiệm khảo sát chuyển động tính khả thi đề tài III Chế tạo sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí 3.1 Chế tạo thí nghiệm Bộ thí nghiệm chế tạo với phận sau: a Vật chuyển động: Khối trụ hình chữ nhật gỗ có gắn loại nam châm để tạo lực từ nâng vật lên chuyển động b Máng từ: dành cho thí nghiệm: khảo sát chuyển động thẳng đều, khảo sát dao động điều hoà, kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng Máng từ máng trượt thông thường để vật chuyển động Đặc biệt máng gắn loại nam châm nhằm tạo đệm từ trường để loại bỏ ma sát vật máng cách tạo lực nâng giúp vật chuyển động mà không tiếp xúc với máng Cách làm đơn giản lại lại tạo hiệu nhiều so với đệm khơng khí thí nghiệm truyền thống Đây điểm bật thí nghiệm Trong trường hợp thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi xác định hệ số ma sát trượt, nam châm tháo để vật tiếp xúc trực tiếp với máng trình chuyển động Để vật chuyển động khơng ma sát cân máng từ ta chế tạo khối chuyển động vật Hình 2.2 Khi lực nâng nam châm bên gắn vào vật cân với trọng lực vật, đồng thời lực giúp cho vật chuyển động không bị lệch khỏi máng Hình 2.2 Ảnh vẽ mơ tả vật chuyển động máng từ (trên) nam châm dài (dưới trái) giải thích nguyên lí cân vật chuyển động (dưới phải) c Cảm biến đo khoảng cách: Cảm biến thiết bị loại VL53L0X phát xung laze truyền từ máy đến vật, sau phản xạ với vật truyền trở lại máy Máy kết nối với máy tính Dữ liệu thời gian từ lúc phát đến lúc nhận máy tính xử lí thơng qua phần mềm tơi lập trình sẵn, từ xác định khoảng cách từ vật đến máy tính tốc độ tức thời thời điểm Qua có thơng tin vị trí tốc độ vật thời điểm khác Phần mền máy tính vẽ đồ thị toạ độ - thời gian (x,t) đồ thị tốc độ - thời gian (v,t), đặc điểm chuyển động thị rõ ràng, dễ hiểu hình máy tính Hình 2.3 Cảm biến khoảng cách VL53L0X hộp chứa mạch điện Arduino d Mạch aruino Uno: Mạch dùng để kết nối cảm biến khoảng cách máy tính Từ thu thập liệu từ cảm biến chuyển vào máy tính để xử lí Hình 2.4 Bo mạch Arduino Uno thí ngiệm tích hợp dùng để khảo sát chuyển động e Phần mềm xử lí: Phần mềm xử lí thí nghiệm làm hai nhiệm vụ chính: + Đọc liệu từ cảm biến khoảng cách VL53L0X thơng qua mạch điện Arduino tích hợp vào đo Tốc độ đọc cảm biến nhanh 0,1 s, độ phân giải mm, với thí nghiệm chuyển động chương trình dạy học phép đo xác Code lập trình Arduino Uno để giao tiếp thu thập liệu cảm biến VL53L0X phần mềm Arduino sau: 10 #include "Adafruit_VL53L0X.h" //goi thu vien cua cam bien khoang cach Adafruit_VL53L0X lox = Adafruit_VL53L0X(); //gan dau vao cho cam bien void setup() { Serial.begin(115200); //lua chon cong de lay du lieu if (!lox.begin()) { Serial.println(F("Failed to boot VL53L0X")); // while(1); } } void loop() { VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure; //yeu cau cam bien thuc hien int i; for (i = 1;i