Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng phương án dạy học của một số nội dung phần chương “dao động cơ”, “sóng cơ”, “dòng điện xoay chiều” trong chương trình Vật lý lớp 12 THPT, sử dụng phần mềm Matlab làm công cụ xử lý chính. Nhằm làm rõ một số kiến thức khó mà học sinh chưa thừa nhận. Khẳng định mối quan hệ chặt chẽ giữa Toán học và Vật lý. Mời quý thầy cô tham khảo sáng kiến “Ứng dụng Matlab trong giảng dạy Vật lý lớp 12 Trường THPT Trần Nguyên Hãn”.
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ỨNG DỤNG MATLAB TRONG GIẢNG DẠY VẬT LÝ LỚP 12 TRƯỜNG THPT TRẦN NGUYÊN HÃN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Kính thưa đồng chí giáo viên giảng dạy vật lý Mơn vật lý với cấu thành từ hai yếu tố: Lý thuyết vật lý lý thuyết toán học Mọi toán vật lý bao gồm hai khía cạnh Trong suốt q trình học tập giảng dạy vật lý đồng chí nắm bắt hầu hết lĩnh vực kiến thức vật lý cổ điện đại Các em học sinh dễ dàng chấp nhận cách giải thích theo thuyết, định luật vật lý, không dễ chấp nhận phương trình tốn cho tượng vật lý Một lỗi đau đầu cho người dạy người học tồn toán cồng kềnh phức tạp, mà kiến thức toán học sinh chưa cho phép em tự luận giải Hơn lính vực lý thuyết vật lý em khơng thể tránh khỏi cơng thức tốn học cơng kềnh như: phương trình dao động điều hịa, phương trình sóng, hay tốn giá trị cực đại cơng suất, hiệu điện đoạn mạch xoay chiều… Nếu tiếp tục sử dụng nhóm phương pháp thực nghiệm kết khơng Các em khơng thể nhìn thấy hình dạng dây truyền dao động, khơng biết lúc công suất mạch RLC cực đại… kết vật lý khó lịng em cơng nhận Hơn việc đổi phương pháp giảng dạy theo hướng sử dụng công nghệ thông tin trở thành yêu cầu thiết yếu Các phần mềm tin học đưa vào để áp dụng cách phổ biến không cho mơn vật lý mà cịn cho môn học khác Trong sáng kiến tác giả cố gắng tập trung vào việc tìm cơng cụ tốn học hiệu để giải tốn vật lý, điều quan trọng cố gắng mô hình ảnh dừng tượng vật lý, vẽ đồ thị phụ thuộc đại lượng vật lý vào đại lượng biến, qua giúp học sinh quan sát thu nhận thông tin học Phân mềm Matlab với tính phù hợp thuyết phục tác giả sử dụng để nghiên cứu Sáng kiến lấy tên là: “Ứng dụng Matlab giảng dạy vật lý lớp 12” Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương án dạy học số nội dung phần chương “dao động cơ”, “sóng cơ”, “dịng điện xoay chiều” chương trình Vật lý lớp 12 THPT, sử dụng phần mềm Matlab làm cơng cụ xử lý Nhằm làm rõ số kiến thức khó mà học sinh chưa thừa nhận Khẳng định mối quan hệ chặt chẽ toán học vật lý Nhiệm vụ nghiên cứu Với mục đích nghiên cứu sáng kiến tập trung vào nhiệm vụ tìm phương pháp phù hợp để thay đổi tình hình Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy vật lý Chọn phần mềm tốn học để mơ tả biểu diễn Khách thể đối tượng nghiên cứu a) Khách thể nghiên cứu: - Quá trình học vật lý lớp 12 học sinh nhà trường THPT - Việc giảng dạy kiến thức chương trình vật lý 12 b) Đối tượng nghiên cứu: - Phần mềm Matlab, chương nêu chương trình vật lý 12 Giả thuyết khoa học - Phương pháp trực quan thực nghiệm không thu hút học sinh, học sinh khơng khai thác kết từ thí nghiệm, gây tổ chức - Các toán vật lý trở thành thiếu phương trình khơng có lời giải, hàm số khơng vẽ đồ thị khả người Cấu trúc sáng kiến Sáng kiến viết theo hình thức sách chuyên đề gồm chương, mục: Mở đầu Chương I Cơ sở lý luận thực tiễn Chương II Phần mềm Matlab Chương III Ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy vật lý lớp 12 Và cuối mục tổng kết, kiến nghị CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Nhu cầu định hướng đổi phương pháp dạy học Luật giáo dục nước Cộng hoà Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam qui định: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư sáng tạo người học; bồi dưỡng lực tự học, niềm say mê học tập ý chí vươn lên” (Luật giáo dục 1998, chương I, điều 4) Nghị Trung ương khoá VIII khẳng định: “Phải đổi phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học Từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến phương tiện đại vào trình dạy học, đảm bảo điều kiện thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, sinh viên đại học” Những qui định phản ánh nhu cầu đổi phương pháp giáo dục nhằm đào tạo người có đủ trình độ kĩ tham gia q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Từ làm nảy sinh thúc đẩy vận động đổi phương pháp dạy học tất cấp học với tư tưởng chủ đạo phát biểu nhiều hình thức khác như: “lấy người học làm trung tâm”, “phát huy tính tích cực", “tích cực hóa hoạt động học tập", “hoạt động hóa người học”… Như vậy, phương pháp dạy học cần hướng vào việc tổ chức cho người học, học tập hoạt động hoạt động tự giác, tích cực sáng tạo, thực độc lập giao lưu Định hướng gọi tắt “học tập hoạt động hoạt động" hay gọn “hoạt động hoá người học” Định hướng đổi cụ thể hoá qua ý tưởng sau: a) Xác lập vị trí chủ thể người học, bảo đảm tính tự giác, tích cực, chủ động sáng tạo hoạt động học tập thực độc lập giao lưu b) Tri thức cài đặt tình có dụng ý sư phạm c) Dạy cách học dạy tự học thơng qua tồn q trình dạy học d) Tự tạo khai thác phương tiện dạy học để tiếp nối gia tăng sức mạnh người e) Tạo niềm lạc quan học tập dựa lao động thành thân người học f) Xác định vai trò người thầy với tư cách người thiết kế, uỷ thác, điều khiển thể chế hoá Cụ thể là: - Thiết kế: lập kế hoạch, chuẩn bị trình dạy học mặt mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện hình thức tổ chức - Uỷ thác: biến ý đồ thầy thành nhiệm vụ học tập tự nguyện tự giác trị, chuyển giao cho trị khơng phải tri thức có sẵn mà tình để trị hoạt động thích nghi - Điều khiển: kể điều khiển tâm lý, bao gồm động viên, hướng dẫn, trợ giúp đánh giá - Thể chế hoá: xác nhận kiến thức phát hiện, đồng hoá kiến thức riêng lẻ mang màu sắc cá thể, phụ thuộc hoàn cảnh chương trình mức độ yêu cầu, cách thức diễn đạt định vị tri thức hệ thống tri thức có, hướng dẫn vận dụng ghi nhớ giải phóng khỏi trí nhớ khơng cần thiết 1.2 Vai trị cơng nghệ thơng tin dạy học Công nghệ thông tin truyền thơng làm phần việc thầy giáo Có khi, cơng nghệ thực chức tốt thầy giáo, ví dụ hình ảnh đồ họa mà cơng nghệ thơng tin cung cấp xác nhiều, đẹp nhiều sinh động nhiều so với hình vẽ bảng thầy giáo, máy chấm nhanh nhiều khách quan so với giáo viên Tuy nhiên, trường hợp dùng công nghệ thông tin truyền thông thay thầy giáo tối ưu Vì vậy, người ta khơng đặt vấn đề thủ tiêu tồn vai trị người thầy q trình dạy học Cơng nghệ thơng tin đóng vai trị học sinh Trong trường hợp này, học sinh làm chức người dạy, máy tính điện tử - thành phần chủ chốt cơng nghệ thơng tin truyền thơng – đóng vai trị người học, tức học sinh lập trình cho máy tính giải nhiệm vụ, máy tính tạo hội để học sinh học tập thông qua việc dạy Công nghệ thông tin truyền thông làm chức phương tiện dạy học Với tính chất phương tiện dạy học, yếu tố sau công nghệ thông tin truyền thông thường sử dụng khai thác: - Hệ soạn thảo văn (chẳng hạn WinWord) - Hệ quản trị liệu (ví dụ Access) - Bảng tính điện tử (chẳng hạn Excel) - Phần mềm trình diễn (ví dụ PowerPoint) - Phần mềm lập trình, vẽ hình (ví dụ Matlab, mathematica, Graph,Cabri ) Các yếu tố vốn không liên hệ trực tiếp với việc dạy học Chúng dạng ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông đời sống nói chung người ta khai thác ứng dụng đưa vào phục vụ giáo dục 1.3 Áp dụng công nghệ thông tin truyền thông đổi phương pháp dạy học - Công nghệ thông tin truyền thông tạo môi trường dạy học - Công nghệ thông tin truyền thơng góp phần đổi việc dạy học - Cơng nghệ thơng tin truyền thơng tạo mơ hình dạy học Trên trình bày việc đổi phương pháp giảng dạy, cần thiết ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy mơn học nói chung mơn vật lý nói riêng CHƯƠNG II PHẦN MỀM MATLAB 2.1 Khái quát phần mềm Matlab Phần mềm Matlab nhà vật lý sử dụng công cụ tiện ích cho khảo sát, xử lý số liệu vật lý Matlab làm việc với số, vectơ với ma trận (mảng) Phần mềm cho phép lập trình, vẽ đồ thị tính tốn trực tiếp máy vi tính; đồng thời cho phép người sử dụng lấy số liệu trực tiếp từ đồ thị vẽ câu lệnh ginput Từ cho phép người sử dụng giải tốn hàm, vẽ đồ thị đường phụ thuộc, đường cong đặc trưng máy tính 2.2 Các chức phần mềm Matlab 2.2.0 Các kí hiệu tốn học mang tính riêng biệt Matlab Trước vào thiêt lập phép toán Matlab ta phải lưu ý số kí hiệu tốn học riêng dùng cho Matlab sau: Kí hiệu phép tốn Ý nghĩa thay kí hiệu + Phép cộng Phép trừ * Phép nhân / Phép chia ^ Phép lũy thừa sqrt Khai bậc log Logarit số tự nhiên e sin Lấy sin cos Lấy côsin tan Lấy tan exp Hàm e mũ Nem N.10m Khi sử dụng kí hiệu tốn học cho số ngun ta viết bình thường phần mềm tính tốn khác Với biến dạng mảng, ma trận dạng thập phân thêm “.” trước phép nhân, chia, lũy thừa Matlab thấy phép tính áp dụng cho dạng ma trận dạng thập phân Đối với phép tính sqrt, log, sin, cos, tan, exp cần phải để đối tượng vào dấu ngoặc “( )” 2.2.1 Matlab phần mềm tính tốn siêu hạng Matlab cho ta cơng cụ để tính tốn xác tới 10-6 Với cách đặt phép tính hồn tồn theo phép tính hệ thập phân thơng thường, Matlab cho phép trực tiếp sử dụng hàm sin, cos, hàm số mũ Phép tính dựng trước, Matlab tự động tính tốn cho kết sau từ ans Với hệ thống kí tự kí hiệu riêng matlab cho phép viết tường phép tính Ví dụ 2.2.1.1: h=4.*3.^7-7e-5+exp(2) ans = 8.7554e+003 tương đương với việc thực phép tính: h=4.37 -7.10-5 +e2 kết cho ta h=8,755.103 Ví dụ 2.2.1.2: Tính tốn với hàm số có sẵn sin(pi) ans = 1.2246e-16 Ví dụ 2.2.1.3: Bằng việc sử dụng hàm ln tính hàm số logarit số ln Matlab viết thành log25=log(5)./log(2) log = ln log(5)./log(2) ans = 2.3219 Matlab khơng tính tốn với số mà cịn tính tốn với mảng, ma trận Ví dụ 2.2.1.4: Khai báo mảng phần tử, tính chiều dài mảng, thực phép cộng với hai phần tử mảng » z=[3 6] z= » length(z) ans = » z(2)+z(1) ans = » z(3)+z(1) ans = Ví dụ 2.2.1.5: Khai báo ma trận vuông phần tử, thực phép toán cộng ma trận, nhân ma trận với số, ma trận với ma trận tính tổ hợp tuyến tính ma trận với số » z=[3 4; 6]; » u=[2 8; 5]; » 3.*z ans = 12 15 18 » z.*u ans = 32 30 30 » 3.*z+2.*u ans = 13 28 27 28 2.2.2 Matlab phần mềm lập trình Bằng chức Function lấy menu file, chọn new chọn Mfile, Matlab cho phép người sử dụng lập trình theo ý đồ Trong trình thiết lập hàm số đồng chí em lưu ý: Phải thiết lập đâu đại lượng biến, đâu đại lượng hàm, phải rõ mối quan hệ toán học hàm biến Trước sử dụng hàm số, lập hàm cửa sổ đồng chí em phải cho khoảng biến thiên, khai báo biến, gọi hàm cách viết tên hàm với biến số dấu ngoặc đơn “( )” Ví dụ 2.2.2.1: function [mean,stdev] = stat(x) n = length(x); y=x.^n; plot(x,y); z=ginput(1); mean=z(1) stdev=z(2) Với cách lập trình hàm số có tên stat biến số x – nhận giá trị nào, cho phép người lập trình thiết lập quan hệ hàm số y với biến số x, vẽ mối quan hệ y theo x, xuất số phức z có tọa độ mean stdev Khi muốn sử dụng hàm lập, người sử dụng cần cho giá trị biến x gọi tên hàm » x=[1 7]; » stat(x) mean =5.8525 stdev =2.4737e+005 ans =5.8525 2.2.3 Matlab “nhà” khảo sát hàm số Matlab cho phép người sử dụng lập hàm số cửa sổ chính, với biến số dạng số, dạng mảng, hay khoảng giá trị Ví dụ 2.2.3.1: Lập hàm số y=4x+5x +6.e x lưu ý máy tính tính tốn hữu hạn phép toán, khoảng xác định hữu hạn hàm số, trước khai báo dạng hàm người sử dụng phải khai bao khoảng biến thiên biến, hàm Bài toán thiết lập sau: » x=0:.001:15; » y=4.*x+5.*x.^2+6.*exp(x); Như ta thiết lập hàm số y=4x+5x +6.e x khảo sát hàm khoảng từ đến 15, khảo sát hàm số sẵn có Matlab Với câu lệnh plot, plot3D, mesh, meshgrid, ginput Matlab có đủ hàm khảo sát cần thiết để xây dựng đồ thị hàm đơn biến, đa biến Matlab cho phép người sử dụng lập trình, định dạng hàm số khơng nằm thư mục hàm có sẵn, tức số lượng hàm số có vơ hạn Ví dụ 2.2.3.2: Khảo sát hàm đa thức đơn biến tìm giá trị cực trị plot(t,a,'+-'); Nhập số liệu kết Kết hình: số: » k=100; » m=0.1; » A=4; » fi=pi./6; » t=0:.002:1; » lydo2(k,m,A,fi,t) ans = 0.2235 1.2164 Nội dung kiến thức Khảo sát vật dao động điều hịa có tần số f, vận tốc ban đầu v0, ly độ ban đầu x0 Lập trình Matlab function daodong=lydo3(f,x0,v0,t); w=2.*pi.*f A=sqrt(v0.^2/w.^2+v0.^2) fi=asin(-v0./(A.*w)) ω=2πf x=A.*cos(w.*t+fi); v figure(1) A= 02 +x 20 ; ω plot(t,x,'*-'); v sinφ=; ginput(1) Aω v v=-A.*w.*sin(w.*t+fi); φ=arcsin(); Aω figure(2) x=A.cos(ωt+φ); plot(t,v,'-o'); v=-Aω.sin(ωt+φ); a=-(A.*w.^2).*cos(w.*t+fi); a=-ω2 A.cos(ωt+φ); figure(3) plot(t,a,'+-'); Nhập số liệu kết Kết hình: số: » f=5; » x0=0.04; » v0=0.3; » t=0:.002:1; » lydo3(f,x0,v0,t) w = 31.4159 A = 0.3002 fi = -0.0318 ans = 0.2419 0.0725 Nội dung kiến thức Khảo sát dao động lắc lò xo có độ cứng k, có khối lượng m, vận tốc ban đầu v0, ly độ ban đầu x0 ω= k ; m v2 A= 02 +x 02 ; ω v sinφ=; Aω v φ=arcsin(); Aω x=A.cos(ωt+φ); v=-Aω.sin(ωt+φ); a=-ω2 A.cos(ωt+φ); Lập trình Matlab function daodong=lydo4(k,m,x0,v0,t); w=sqrt(k./m) A=sqrt(v0.^2/w.^2+x0.^2) fi=asin(-v0./(A.*w)) x=A.*cos(w.*t+fi); figure(1) plot(t,x,'*-'); xlabel('thoigian(s)') ylabel('lydo(m)'); ginput(1) v=-A.*w.*sin(w.*t+fi); figure(2) plot(t,v,'-o'); xlabel('thoigian(s)') ylabel('vantoc(m/s)'); a=-(A.*w.^2).*cos(w.*t+fi); figure(3) plot(t,a,'+-'); xlabel('thoigian (s)') ylabel('giatoc (m2/s)'); Nhập số liệu kết Kết hình ( lấy đồ thị x-t để minh họa) số: » k=100; » m=0.25; » x0=0.03; » v0=0.4; » t=0:.002:1; » lydo4(k,m,x0,v0,t) w = 20 A = 0.0361 fi = -0.0500 ans = 0.5369 -0.1228 Nội dung kiến thức Bài toán dao động tắt dần Phương trình: x=e-btcos(wt+j); Lập trình Matlab function daodong=lydo5(b,w,fi,t); A=exp(-b.*t); x=A.*cos(w.*t+fi); figure(1) plot(t,x,'*-'); ginput(1) v=-A.*w.*sin(w.*t+fi); figure(2) plot(t,v,'-o'); a=-(A.*w.^2).*cos(w.*t+fi); figure(3) plot(t,a,'+-'); figure(4) plot(t,x,v,a); Nhập số liệu kết Kết hình: số: » b=1.5; » w=5.*pi; » fi=0; » t=0:.002:2; » lydo5(b,w,fi,t) ans = 0.3548 2.3684 Nội dung kiến thức Tổng hợp hai dao động phương tần số Lập trình Matlab function tonghop=lydo6(w,A1,A2,fi1,fi2,t); x1=A1.*cos(w.*t+fi1); x2=A2.*cos(w.*t+fi2); x1 =A1.cos(ωt+φ1 ) x=x1+x2; x =A cos(ωt+φ ) figure(1) plot(t,x,'*-') ylabel('lydotonghop(cm)') xlabel('thoigian(s)') x10=A1.*cos(fi1); x20=A2.*cos(fi2); x0=x10+x20; A=max(x) fi0=acos(x0./max(x)) Nhập số liệu kết Kết hình: số: » w=5.*pi; » A1=3; » A2=4; » fi1=0; » fi2=pi./2; » t=0:.002:2; » lydo6(w,A1,A2,fi1,fi2,t) A = 4.9994 fi0 = 0.9272 » grid on Nội dung kiến thức Tổng hợp hai dao động có phương dao động vng góc Lập trình Matlab function tonghop=lydo7(w1,w2,A1,A2,fi1,fi2,t); x=A1.*cos(w1.*t+fi1); y=A2.*cos(w2.*t+fi2); x=A1.cos(ω1t+φ1 ) figure(1) y=A cos(ω2 t+φ ) plot(x,y) ylabel('tung do(cm)') xlabel('hoanh do(s)') Nhập số liệu kết Kết hình: số: » w1=4.*pi; » w2=2.*pi; » A1=3; » A2=4; » fi1=pi./6; » fi2=pi./2; » t=0:.00005:6; » lydo7(w1,w2,A1,A2,fi1, fi2,t) Trên phần lập trình áp dụng cho phần kiến thức chương “Dao động học” Tiếp theo sử dụng Matlab để áp dụng cho phần nội dung chương “Sóng học” 3.2 Vận dụng Matlab vào giảng dạy chương “Sóng học”,và kiến thức phần trộn sóng điện từ Như đồng chí biết sóng học dao động lan truyền môi trường vật chất Tại thời điểm t=t0 định phần tử vật chất xếp theo dạng hình sin khơng gian Vậy khảo sát hình dạng, li độ bước song phần mềm Matlab Nội dung kiến thức Lập trình Matlab Khảo sát li độ, bước sóng function songco=song(A,w,x,L,t); Tính vận tốc truyền sóng u=A.*cos(w.*t+2.*pi.*x./L); x figure(1) u M =A.cos(ω1t-2π ) λ plot(x,u,'*-'); M=ginput(1);x1=M(1); N=ginput(1);x2=N(1); L=x2-x1 v=L.*w./(2.*pi); Nhập số liệu kết số: Kết hình: » A=5; » w=4.*pi; » x=0:.002:3; » L=0.6; » t=2; » song1(A,w,x,L,t) N = 0.7327 0.1462 L = 0.5945 v =1.1889 Nội dung kiến thức Lập trình Matlab Mặt dao động Sóng có vận function songco=song2(A,w,x,y,v,t); tốc v, tần số f, thời điểm t u=A.*cos(w.*(t+sqrt(x.^2+y.^2)./v)); u M =A.cos(ω1t-2π x + y2 ) λ figure(1) meshc(x,y,u); figure(2) meshz(x,y,u); figure(2) meshc(x,y,u); Nhập số liệu kết số: » A=2; » w=5.*pi; »[x,y]=meshgrid(-2:.01:2); » v=0.8; » t=2; » song2(A,w,x,y,v,t) Kết hình: Nội dung kiến thức 10 Giao thoa sóng, vẽ hình đồ họa để chứng minh tập hợp điểm dao động cực đại điểm dao động cực tiểu nằm xen kẽ tạo thành đường hyperbol Lập trình Matlab function songco=song3(A,w,x1,y1,x2,y2,x,y,L,t); d1=sqrt((x+x1).^2+(y+y1).^2); d2=sqrt((x+x2).^2+(y+y2).^2); cofi=cos(w.*t-pi.*(d1+d2)./L); Am=2.*A.*cos(pi.*(d1-d2)./L); um=Am.*cofi; figure(1) meshc(x,y,um); figure(2) meshz(x,y,um); Kết hình: Nhập số liệu kết số: » A=2; » w=5.*pi; » x1=-4; » x2=4; » y1=0; » y2=0; » [x,y]=meshgrid(-5:.05:5); » L=0.8; » t=2; » song3(A,w,x1,y1,x2,y2,x,y,L ,t) Nội dung kiến thức 11 Giao thoa sóng dây (sóng dừng) x tọa độ điểm dao động dây, x1, x2 tọa độ hai đầu dây (x1≤x≤x2) thỏa mãn x2λ hai đầu cố định λ x2-x1= n Xác định x1= n hình dạng dây thời điểm t Nhập số liệu kết số: » A=4; » w=4.*pi; » v=2; » x1=1; » x2=3; » x=1:.001:3; » t=2; » song5(A,w,v,x1,x2,x,t); Lập trình Matlab function songco=song5(A,w,v,x1,x2,x,t); d1=x-x1; d2=x2-x; dfi1=-w.*d1./v; dfi2=-w.*(x2-x1)./v-pi-w.*d2./v; u1m=A.*cos(w.*t+dfi1); u2m=A.*cos(w.*t+dfi2); um=u1m+u2m; figure(1) plot(x,um,'.-'); Kết hình: Nội dung kiến thức 12 Bài tốn sóng vơ tuyến Ghép sóng vào sóng cao tần Nhập số liệu kết số: » w1=50.*pi; » w2=10.^6.*pi; » A1=2; » A2=4; » t=0:.0001:2; » song4(w1,w2,A1,A2,t) » w2=100.*pi; » song4(w1,w2,A1,A2,t) » w2=100.*pi; » w1=5.*pi; » song4(w1,w2,A1,A2,t) » w1=2.*pi; » song4(w1,w2,A1,A2,t) Lập trình Matlab function songvotuyen=song4(w1,w2,A1,A2,t); x1=A1.*cos(w1.*t); x2=A2.*cos(w2.*t); x=x1.*x2; figure(1) plot(t,x) ylabel('lydotonghop(cm)') xlabel('thoigian(s)') Kết hình: 3.3 Vận dụng Matlab giảng dạy chương “Dòng điện xoay chiều” Ở chương III, kiến thức không nhiều, tập trung kiến thức vào mạch RLC mắc nối tiếp Bài tốn cơng suất tiêu thụ điện năng, giá trị hiệu dụng giải sau: Nội dung kiến thức 13 Bài toán công suất: i = I0cosωt ; u=U0cos(ωt+j ) ; pt=u.i; Lập trình Matlab function giatri=hieudung(U0,I0,w,fi,delt,t) %neu P=Ps thi ket luan duoc van de kha dung% i=I0.*cos(w.*t); Tính cơng suất tích u=U0.*cos(w.*t+fi); pt=i.*u; phân P=w./(2.*pi) *sum(delt.*pt) Với độ P=w./(2.*pi).*sum(delt.*pt) xác cao từ kết luận với kết Ps=U0.*I0.cos(fi)./2 phép tính Ps=U0.*I0./2 Nhập số liệu kết Kết luận: Như việc sử dụng hàm gần đúng, số: với độ chia nhỏ xác 5.10-6, matlab tính cho » U0=220; giá trị công suất thực mạch điện Sai số » I0=2; 0,005% - sai số nhỏ Như kết luận T » w=100.*pi; P= ò u.idt= U I0 cosφ T » fi=0.56; Do viết giá trị hiệu dụng là: » delt=0.000005; U I » t=0:.000005:0.02; U= ; I= Þ P=U.I.cosφ 2 » hieudung(U0,I0,w,fi,delt,t) P = 186.4893 Ps = 186.3961 Chúng ta thường xuyên cho em tìm giá trị biến số R, L, C để có giá trị cực đại đại lượng P, I, U cho đoạn mạch Nhưng quên chưa đại lượng có cực trị cực đại đại lượng Bằng Matlab khẳng định tồn giá trị cực trị giá trị lớn đại lượng khảo sát Lưu ý với đại lượng biến thiên R hay L kết cho đồ thị tương tự nên sáng kiến tác giả không làm đủ trường hợp mà giải với trường hợp điện dung tụ điện C biến thiên giá trị đại lượng L, R U khơng đổi Bài tốn giải sau: Nội dung kiến thức 14 Lập trình Matlab Giá trị cực đại Vẽ đồ thị cống suất phu thuộc vao điện dung C tụ điện, từ dùng hàm ginput để tìm giá trị cực đại, điện dung C làm cho công suất đạt cực đại Chương trình bên trái lập cho cơng suất tồn mạch Kết C=po(1) (mF) function giatri=cucdai(R,L,C,U) ZL=100.*pi.*L; ZC=1e6./(100.*pi.*C); Z=sqrt(R.^2+(ZL-ZC).^2); cofi=R./Z; I=U./Z; P=U.*I.*cofi; plot(C,P,'linewidth',2); xlabel('dien dung (10.^-6F)') ylabel('congsuat(W)') po=ginput(1) Pmax=po(2) C=po(1) Nhập số liệu kết Kết hình: số: » L=3./(2.*pi); » R=100; » U=220; » C=0.1:.02:100; » cucdai(R,L,C,U) po = 21.1982 482.4561 Pmax = 482.4561 Ct = 21.1982 Ngồi sử dụng Matlab để giải tập cực trị mạch điện xoay chiều R, L, C Giả sử có mạch điện hình phía đây, ta giữ cho L R đại lượng không đổi, với tần số f=50Hz, điện dung C tụ đại lượng thay đổi được, ta tìm giá trị cực đại PBM, UBM, I, UAN,… Nội dung kiến thức 15 Bài 1: Cho mạch điện hình vẽ R, L khơng đổi , C thay đổi Biết U khơng đổi Tần số góc w=100pi, tìm C để cơng suất PBM có giá trị lớn Lập trình Matlab function hieudienthe=cucdai1(R,L,C,U); % Dung de xac dinh cuc dai cong suat doan mach% ZL=100.*pi.*L; ZC=1e6./(100.*pi.*C); Z=sqrt(R.^2+(ZL-ZC).^2); I=U./Z; ZMB=sqrt(R.^2+ZC.^2); UMB=I.*ZMB; cofiBM=(R./ZMB); PMB=I.*UMB.*cofiBM; plot(C,PMB); n=ginput(1) Pmax=n(2) Ct=n(1) Nhập số liệu kết Kết hình: Công suất đoạn MB phụ thuộc vào điện số: dung C » R=100; » L=1./pi; » U=220; » C=1:0.02:200; » cucdai1(R,L,C,U) po= 32.2581 482.4561 Pmax= 482.4561 C = 32.2581 Nội dung kiến thức 16 Bài 2: Cho mạch điện hình vẽ R, L khơng đổi , C thay đổi Biết U khơng Tần số góc w=100pi, tìm C để hiệu điện UBM có giá trị lớn Lập trình Matlab function hieudienthe=cucdai2(R,L,C,U); % Dung de xac dinh cuc dai hieu dien the doan mach% ZL=100.*pi.*L; ZC=1e6./(100.*pi.*C); Z=sqrt(R.^2+(ZL-ZC).^2); I=U./Z; ZMB=sqrt(R.^2+ZC.^2); UMB=I.*ZMB; plot(C,UMB); n=ginput(1) Umax=n(2) Ct=n(1) Nhập số liệu kết Kết hình: Hiệu điện đoạn MB phụ thuộc vào số: C » R=100; » L=1./pi; » U=220; » C=1:0.02:200; » cucdai2(R,L,C,U) Umax = 354.7368 Ct = 20.2765 Nội dung kiến thức 17 Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ R, L khơng đổi , C thay đổi Biết U Tần số góc w=100pi, tìm C để cường độ dịng điện hiệu dụng I có giá trị lớn Lập trình Matlab function hieudienthe=cucdai3(R,L,C,U); % Dung de xac dinh cuc dai cua cuong dong dien xoay chieu doan mach% ZL=100.*pi.*L; ZC=1e6./(100.*pi.*C); Z=sqrt(R.^2+(ZL-ZC).^2); I=U./Z; plot(C,I); n=ginput(1) Imax=n(2) Ct=n(1) Nhập số liệu kết Kết hình: số: » R=100; » L=1./pi; » U=220; » C=1:0.02:200; » cucdai3(R,L,C,U) Imax = 2.2003 Ct = 31.7972 Nội dung kiến thức 18 Lập trình Matlab Bài 4: Cho mạch điện function hieudienthe=cucdai4(R,L,C,U); hình vẽ R, L khơng đổi , % Dung de xac dinh cuc dai hieu dien the doan C thay đổi mach% Biết U không đổi Tần số % truoc lam hay nhap cac so lieu truoc% góc w=100pi, tìm C để ZL=100.*pi.*L; hiệu điện hiệu dụng ZC=1e6./(100.*pi.*C); Z=sqrt(R.^2+(ZL-ZC).^2); UAN có giá trị lớn I=U./Z; ZAN=sqrt(R.^2+ZL.^2); UAN=I.*ZAN; plot(C,UAN); n=ginput(1) Umax=n(2) Ct=n(1) Nhập số liệu kết Kết hình: Đồ thị phụ thuộc hiệu điện UAN vào số: điện dung C tụ điện » R=100; » L=1./pi; » U=220; » C=1:0.02:200; » cucdai4(R,L,C,U) Umax = 310.0877 Ct = 32.7189 Với lưu ý đại lượng khơng đổi đồng chì cho nhận giá trị cụ thể, đại lượng biến thiên biến thiên khoảng hữu hạn có cực trị đại lượng khảo sát, đồng chí em hồn tồn lập trình để giải tốn liên quan tới giá trị cực đại w, L, R biến thiên Trên lập trình áp dụng, cho kết tốt sử dụng để giảng dạy kiến thức vật lý lớp 12, chương nêu Các đồng chí em hồn tồn mua phần mềm Matlab ki ốt bán software, để tự lập trình đồ họa mơ tượng thực tế mà bắt gặp tự nhiên, học tập Tồn tơi làm muốn cho đồng chí, em học sinh tài liệu bổ ích để giải lý cách rõ ràng mà không cần dùng tời phép tính cồng kềnh với số lớn TỔNG KẾT VÀ KIẾN NGHỊ Tổng kết Qua q trình nghiên cứu thực mục đích chun đề đối chiếu với nhiệm vụ đề tài, giải vấn đề sau: 1) Tìm hiểu yêu cầu đổi giáo dục tình hình 2) Nêu phân tích vai trị cơng nghệ thơng tin dạy học 3) Nêu lợi ích cơng nghệ thơng tin với giảng dạy mơn học nói chung mơn vật lý nói riêng 4) Phân tích, làm rõ tiện ích áp dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy môn học khoa học tự nhiên 5) Ứng dụng thành công phần mềm Matlab vào giảng dạy phần kiến thức 18 nội dung kiến thức thuộc ba chương chương trình vật lý lớp 12 Kiến nghị Sau thực đề tài, thấy sử dụng Matlab giảng dạy vật lý đổi có hiệu tốt Vì đề nghị nhà trường có điều kiện, bổ xung, tu bổ cài đặt phần mềm Matlab trực tiếp lên máy tính phịng học cơng nghệ cao Tin học ứng dụng tin học giảng dạy mơn học nói chung ln đem lại hứng thú định cho người học người dạy Vì người làm chun đề, có kiến nghị tới Sở GDĐT Hải Phòng tổ chức thêm lớp tập huấn tin học cho nhóm tốn, lý, hóa Đưa thêm phần mềm Matlab, mable, mathematica, Cabri vào ứng dụng giảng dạy Cuối chúc thầy em học sinh có kết tốt với cơng cụ Matlab Hải Phịng, 06-12-2010 Ngô Quý Cẩn ... mềm Matlab ứng dụng vào việc giảng dạy chương trình vật lý lớp 12 Phần nội dung áp dụng trình bày chương III sáng kiến- “Vận dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy vật lý 12? ?? CHƯƠNG III ỨNG DỤNG... giáo viên giảng dạy vật lý Môn vật lý với cấu thành từ hai yếu tố: Lý thuyết vật lý lý thuyết toán học Mọi toán vật lý bao gồm hai khía cạnh Trong suốt q trình học tập giảng dạy vật lý đồng chí... 5) Ứng dụng thành công phần mềm Matlab vào giảng dạy phần kiến thức 18 nội dung kiến thức thuộc ba chương chương trình vật lý lớp 12 Kiến nghị Sau thực đề tài, thấy sử dụng Matlab giảng dạy vật