a) Đối tượng HS
HS khối 11 theo quy ước của hệ thống giáo dục bang Nebraska, Mĩ. HS được tổ chức làm việc theo nhóm 3 người.
Trước khi tham gia hoạt động, HS đã có kiến thức về các yếu tố của một dao động điều hòa, biết công thức tổng quát của hàm số biểu thị li độ và vận tốc theo thời gian cũng như đã được giới thiệu công thức tính chu kì của chuyển động con lắc đơn, có thể chỉ ra các ví dụ thực tế của dao động điều hòa và giải thích cách các kĩ sư sử dụng dao động điều hòa trong một số trường hợp như xây dựng cầu đường, sản xuất điện từ năng lượng mặt trời và năng lượng sóng biển.
b) Mục đích của hoạt động
HS nghiên cứu chuyển động của một con lắc đơn giản thông qua quan sát trực tiếp và thu thập dữ liệu bằng các thiết bị Android. Đầu tiên, các nhóm tạo ra các con lắc treo trên trần lớp học, sử dụng điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng Android làm vật nặng, tận dụng gia tốc kế tích hợp trong điện thoại để đo sự thay đổi gia tốc theo thời gian. Với các thiết bị Android được tải với ứng dụng AccelDataCapture, các nhóm thay đổi các yếu tố biên độ, khối lượng, chiều dài dây để xem điều gì xảy ra, bằng cách quan sát trực quan và thông qua các biểu đồ do ứng dụng tạo ra, HS nhận ra mối liên hệ giữa chu kì chuyển động của con lắc và biên độ, chiều dài và khối lượng của vật nặng, từ đó hiểu hơn về công thức tính chu kì của chuyển động con lắc đơn.
46
Hình 2.1. Sản phẩm HS theo hai kĩ thuật treo vật nặng khác nhau b) Vật dụng được phát cho mỗi nhóm
Vật dụng để xây dựng con lắc đơn và gắn lên trần nhà, chẳng hạn như dây treo, băng keo, dây thun, bìa các tông, kẹp bướm, …
Thước thẳng để đo chiều dài dây treo.
Thước đo góc để đo biên độ góc của con lắc.
Thiết bị Android có cài phần mềm AccelDataCapture dùng để làm vật nặng.
Các quả nặng để điều chỉnh khối lượng vật nặng cho con lắc.
d) Các yếu tố S, T, E, M được nhắm đến trong tình huống
Bảng 2.2. Các yếu tố S, T, E, M trong tình huống “Android Pendulums” S (Khoa học) Vật Lý:
• Khái niệm về con lắc đơn và con lắc vật lý.
• Các yếu tố ảnh hưởng đến chu kì của con lắc đơn.
T (Công nghệ) Sử dụng điện thoại di động với phần mềm AccelDataCapture có
công dụng như một gia tốc kế tích hợp vào vật nặng để khảo sát hàm số biểu diễn gia tốc của con lắc theo thời gian.
E (Kĩ thuật) • Cách treo điện thoại di động lên trần nhà sao cho sợi dây không làm cản dao động.
• Cách thay đổi biên độ góc, chiều dài dây và khối lượng vật nặng.
47
d) Diễn tiến hoạt động
- GV nhắc lại các khái niệm HS đã học trong bài học liên quan bằng cách hỏi họ một vài câu hỏi.
- Giới thiệu hoạt động, gợi động cơ.
- Cung cấp tổng quan về hoạt động: Để điều tra cách con lắc di chuyển và lực thay đổi trên con lắc bằng cách sử dụng gia tốc kế trong thiết bị Android.
- Chia lớp thành các nhóm nhỏ. Phát các vật dụng để làm con lắc, thiết bị Android và phiếu thu thập dữ liệu có nội dung như sau:
Yếu tố của con lắc đã được thay đổi
Chuyển động của con lắc thay đổi như thế nào?
Đồ thị trong phần mềm thay đổi như thế nào? - Đưa ra một số gợi ý về cách tạo ra con lắc và hướng dẫn cách sử dụng phần mềm AccelDataCapture. Các nhóm thực hiện tạo ra con lắc.
- Thử nghiệm lần 1: Thay đổi chiều dài 4 lần trong khoảng từ 0,2m đến 1m, giữ nguyên khối lượng vật nặng và biên độ góc, quan sát sự thay đổi đồ thị trong phần mềm và rút ra sự thay đổi của chu kì chuyển động.
- Thử nghiệm lần 2: Tăng khối lượng vật nặng lên gấp đôi, giữ nguyên chiều dài dây và biên độ góc, quan sát đồ thị trong phần mềm và rút ra chu kì chuyển động không thay đổi khi khối lượng vật nặng thay đổi.
- Thử nghiệm lần 3: Thay đổi biên độ góc 4 lần trong khoảng từ 00 đến 200, giữ nguyên chiều dài dây và khối lượng vật nặng, quan sát đồ thị trong phần mềm và rút ra chu kì chuyển động không thay đổi khi khối lượng vật nặng thay đổi.
- Đúc kết các thí nghiệm, kết luận chu kì dao động của con lắc đơn không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng và biên độ góc.