Xõy dựng bài thớ nghiệm thực hành vật lý ảo

9. Cấu trỳc của đề tài

2.2.2Xõy dựng bài thớ nghiệm thực hành vật lý ảo

cỏc bài động học và định luật Newton.

Bài 1: Chuyển động thẳng đều-Định luật I Newton

Bài 2 : Chuyển động thẳng biến đổi đều- Định luật II Newton Bài 3: Rơi tự do- Định luật bảo toàn cơ năng trong trƣờng trọng lực

Trong mỗi phần thớ nghiệm thực hành ảo, học sinh sẽ lần lƣợt tiến hành theo cỏc Mụ đun: Kiểm tra kiến thức lý thuyết; Thực hiện thớ nghiệm; Sử lý và ghi lại kết quả thớ nghiệm.

 Nội dung cỏc Mụđun

Mụ đun 1: Kiểm tra kiến thức lý thuyết.

Phần này gồm hệ thống cỏc cõu hỏi lý thuyết (dƣới dạng cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan) liờn quan đến đề tài thớ nghiệm thực hành. Ngƣời học cú nhiệm vụ phải trả lời từng cõu hỏi, mỏy tớnh chỉ cho phộp ngƣời học cú duy nhất một lần làm và giới hạn thời gian trả lời cho từng cõu. Ở mỗi cõu hỏi đú, ngƣời học sẽ đƣợc biết đỏp ỏn đỳng ngay sau khi họ thực hiện xong phần lựa chọn của mỡnh hoặc khi thời gian cho phộp đó hết.

Nếu trả lời đỳng trong thời gian cho phộp, ngƣời học sẽ đƣợc tớnh 0,25 điểm cho mỗi cõu. Nếu trả lời sai hoặc quỏ thời gian quy định mà ngƣời học vẫn chƣa tỡm ra cõu trả lời thỡ mỏy tớnh sẽ đƣa ra đỏp ỏn và ngƣời học sẽ khụng cú điểm ở cõu hỏi này.

Kết thỳc phần kiểm tra kiến thức lý thuyết, mỏy tớnh sẽ thụng bỏo kết quả đạt đƣợc của ngƣời học và kết quả này sẽ đƣợc giỏo viờn sử dụng để đỏnh giỏ kết quả cuối cựng của bài thực hành.

Sau khi hoàn thành phần kiểm tra kiến thức lý thuyết, ngƣời học sẽ tiếp tục chuyển sang phần 2: Thực hiện thớ nghiệm.

Mụ đun 2: Thực hiện thớ nghiệm

Trong phần này, mỏy tớnh sẽ quay lại một đoạn video (băng hỡnh) về hỡnh ảnh chuyển động thực tế của vật cần nghiờn cứu. Nhiệm vụ của ngƣời học sẽ là:

chuyển động đƣợc trong một khoảng thời gian t nào đú (hay toạ độ mà vật cú đƣợc tại thời điểm t) kể từ vị trớ chọn làm mốc.

- Từ bảng số liệu S và t, tiến hành phõn tớch xử lý cỏc số liệu để đƣa ra dự đoỏn mối quan hệ giữa cỏc đại lƣợng vật lớ trong hiện tƣợng, quỏ trỡnh đang nghiờn cứu. Cụ thể:

+ Vẽ đồ thị S = S(t) biểu diễn mối quan hệ giữa quóng đƣờng vật đi đƣợc (S) trong khoảng thời gian (t).

+ Vẽ đồ thị v = v(t) diễn tả sự biến thiờn của vận tốc (v) theo thời gian (t).

+ Lập bảng số liệu a – t .

+ Vẽ đồ thị a - t diễn tả sự phụ thuộc của gia tốc (a) theo thời gian (t). + Lập bảng số liệu S - 

- Kiểm tra dự đoỏn bằng cỏch vẽ đồ thị hàm số chuẩn và so sỏnh nú với đồ thị thực nghiệm. Đồ thị hàm chuẩn chớnh là đƣờng lý thuyết cỏc hàm số bậc nhất hay bậc hai.

- Kết luận.

Sau khi hoàn thành thực hiện thớ nghiệm, học sinh sẽ tiếp tục chuyển sang phần phần 3: Sử dụng thớ nghiệm trong dạy học Vật lý (cho một bài học cụ thể).

Mụ đun 3: Thớ nghiệm trong dạy một bài cụ thể.

Đõy là phần đặc biệt quan trọng của một bài thớ nghiệm thực hành Vật lý. Trong phần này học sinh sẽ lần lƣợt trả lời cỏc cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan về kiến thức cần cho bài thớ nghiệm Vật lý. Cỏc cõu hỏi cũng bị giới hạn thời gian trả lời, tựy từng cõu hỏi mà cú thời gian trả lời khỏc nhau. Ở mỗi cõu hỏi, học sinh sẽ đƣợc biết đỏp ỏn đỳng ngay sau khi thực hiện xong phần lựa chọn của mỡnh hoặc khi thời gian cho phộp đó hết. Mỏy tớnh chỉ cho phộp học sinh cú duy nhất một lần làm và giới hạn thời gian trả lời cho từng cõu.

vẫn chƣa tỡm ra cõu trả lời thỡ mỏy tớnh sẽ đƣa ra đỏp ỏn và học sinh sẽ khụng cú điểm ở cõu hỏi này.

Phần đỏnh giỏ đƣợc giỏo viờn thực hiện dựa vào kết quả của 3 Mụđun trờn, vỡ vậy sau khi hoàn thành từng Mụđun thớ nghiệm, học sinh phải làm động tỏc ghi lại tất cả cỏc kết quả mà mỡnh đó đạt đƣợc.

 Sử dụng phần mềm ứng dụng Flash để xõy dựng cỏc Mụđun

- Xõy dựng cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan.

Để xõy dựng cỏc cõu hỏi trắc nghiệm khỏch quan chỳng tụi đó sử dụng chức năng Multiple Choice và chức năng Drag and Drop trong Library- Learning Interaction. Mỗi cõu hỏi tƣơng ứng với một đối tƣợng Mutipli Choice hoặc Drag and Drop trong thƣ viện Library.

Ngoài việc sử dụng những chức năng trờn, trong phần này chỳng tụi cũn sử dụng một số cõu lệnh:

+ Khống chế thời gian trả lời cho từng cõu. timing=false; function unpause() { unpauseTime = Math.floor(getTimer()/1000); timing = true; } function pause() { timing = false; } _root.onEnterFrame = function() { if (timing) { milli=delay-Math.floor(getTimer()/1000)+unpauseTime; if (milli==0) {

+ Hiện đỏp ỏn khi thời gian trả lời đó hết. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

_root.cau.Template_ControlButton.enabled=true;

lời đó hết. _root.cau.Checkbox1.enabled=false; _root.cau.Checkbox2.enabled=false; _root.cau.Checkbox3.enabled=false; và: _root.cau.Drag1.enabled=false; _root.cau.Drag 2.enabled=false; _root.cau.Drag 3.enabled=false; ...

- Xõy dựng phần thực hiện thớ nghiệm

Để xõy dựng phần thực hiện thớ nghiệm chỳng tụi đó tiến hành theo cỏc bƣớc sau:

- Quay video hỡnh ảnh chuyển động của một vật và lƣu ở dạng tớn hiệu số.

- Tạo một file Flash mới.

- Import video vào thƣ viện Library.

- Cắt đoạn phim (movi) đú ra làm cỏc khung hỡnh (frame) kế tiếp nhau trờn bảng tiến trỡnh (Time line), mỗi khung hỡnh cỏch nhau cựng một khoảng thời gian xỏc định nào đú (phần này phụ thuộc vào tốc độ hỡnh/s mà mỏy quay đó thực hiện đƣợc).

- Mở hộp điều khiển Action > chọn Frame đầu > chọn lệch Stop(); làm tƣơng tự với Frame cuối. Thao tỏc này cú tỏc dụng dừng đoạn phim để tƣơng tỏc với cỏc đối tƣợng.

- Chọn biểu tƣợng nỳt bấm, chọn sự kiện và thực hiện cỏc cõu lệnh cho cỏc nỳt bấm trong phần mềm.

+ Nỳt : Đặt lệnh cho vị trớ liền kề trƣớc đú của vật. + Nỳt : Đặt lệnh cho dừng chuyển động.

+ Nỳt : Đặt lệnh cho “vật” chuyển động.

+ Nỳt : Hiện thƣớc đo khi làm thớ nghiệm.

+ Nỳt :

+ Nỳt : Vẽ đồ thị thớ nghiệm. + Nỳt : Vẽ đồ thị theo lý thuyết. + Nỳt : Trở lại video của thớ nghiệm. + Nỳt : Ghi dữ liệu đó làm thớ nghiệm. + Nỳt : Lấy dữ liệu trƣớc.

+ Nỳt : Tiếp tục làm thớ nghiệm. + Nỳt : Quay lại thớ nghiệm. + Nỳt : Thoỏt chƣơng trỡnh.

+ Cỏc lựa chọnđỏp ỏn của cỏc cõu hỏi lý thuyết ở dạng đỏnh dấu X vào ụ trống cú sẵn.

* Cỏc thiết bị cần dựng là :

Bài 1: Chuyển động thẳng đều- Định luật I Newton - Bi sắt 50 g. - 01 mỏng CT10-2 và 01 đồng hồ hiện số MC- 964. - 02 cổng quang điện. - 01 nam chõm điện. - Thƣớc thẳng dài 1m (vạch rừ cỏc độ chia hàng chục cm). Trờn Hỡnh 2.1 đƣa ra Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm và quay video chuyển động

Bài 2 : Chuyển động thẳng biến đổi đều- Định luật II Newton - Bi sắt 50 g. - 01 Mỏng CT10-2 và 01 đồng hồ hiện số MC- 964. - 02 Cổng quang điện. - 01 Nam chõm điện. - Thƣớc thẳng dài 1m (Vạch rừ cỏc độ chia hàng chục cm). Trờn Hỡnh 2.2 đƣa ra Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm và quay video chuyển động biến đổi đều- Định luật II Newton.

Bài 3: Rơi tự do- Định luật bảo toàn cơ năng trong trƣờng trọng lực

Theo tài liệu giỏo khoa vật lớ 10, để khảo sỏt chuyển động rơi tự do của vật trong trƣờng trọng lực cú thể sử dụng bộ thớ nghiệm với mỏng CT10-1 và đồng hồ hiện số MC-964 (cỏc thiết bị này nằng trong danh mục thiết bị thớ nghiệm vật lớ của Bộ Giỏo dục và Đào tạo đƣa ra).

- Vật nặng hỡnh trụ cú đƣờng kớnh 10mm cao 30 mm, nặng 18 gram. - 01 Mỏng CT10-1 và 01 đồng hồ hiện số MC- 964.

- 01 Cổng quang điện. - 01 Nam chõm điện.

- Thƣớc thẳng dài 1m (Vạch rừ cỏc độ chia hàng chục cm)

Trờn hỡnh 2.3 Sơ đồ bố trớ thớ nghiệm và quay video khảo sỏt cơ năng trong trường trọng lực.

* Tiến hành thớ nghiệm và quay video :

- Cố định vị trớ nam chõm điện, cỏc cổng quang, cỏc chõn đế,... - Đặt đồng hồ ở chế độ A<-> B, thang đo 9,999 s.

- Nhấn nỳt Reset đƣa đồng hồ về 0,000, nhấn nỳt cụng tắc nam chõm để vật chuyển động, đọc giỏ trị thời gian trờn đồng hồ.

- Lặp lại thớ nghiệm với vị trớ, khoảng cỏch cổng quang thay đổi 30cm, 35cm, 40cm,... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

+ Lập trỡnh thớ nghiệm

- Cỏc đoạn video sau khi đƣợc số húa thành cỏc file trờn mỏy tớnh và đƣợc import vào phần mềm Flash cần đƣợc sắp xếp tuần tự theo cỏc phƣơng ỏn đó tiến hành.

- Tạo biểu tƣợng nỳt bấm với hỡnh ảnh cổng quang, nỳt chạy video (hỡnh bàn tay).

* Lập trỡnh cho nỳt bấm cổng quang qua mỗi lần nhấn sẽ nhảy đến đoạn video cần thiết. (trờn khung hỡnh cần nhảy đến này đƣợc đặt lệnh stop() ;).

Vớ dụ : on (release) {

gotoAndStop(26); }

(26 là chỉ số của khung hỡnh bắt đầu của đoạn video quay thớ nghiệm cổng quang ở vị trớ 40 cm).

* Lập trỡnh nỳt chạy video (hỡnh bàn tay). Để tạo cho đoạn video tƣơng tỏc thật hơn, chỳng tụi sử dụng biểu tƣợng hỡnh bàn tay cho nỳt bấm này và lập trỡnh nhƣ sau :

on (release) { gotoAndPlay(27); }

(vỡ khung hỡnh 26 bị đặt lệnh stop() ; nờn nỳt này cú chức năng làm đầu đọc nhảy qua cõu lệnh stop() và chạy đoạn video đó quay).

* Lập trỡnh kẻ bảng số liệu và xử lớ số liệu.

Để tạo bảng số liệu, chỳng tụi xử dụng chức năng DataGrid trong Component của Flash và đặt mó lệnh nhận cỏc thụng số trong một khung hỡnh :

myDP=new Array({tt:"1",y1:"",t:""}, {tt:"2",y1:"",t:""}

,{tt:"3",y1:"",t:""}, {tt:"4",y1:"",t:""}, {tt:"5",y1:"",t:""}, {tt:"6",y1:"",t:""});

datagrid.dataProvider = myDP;

myDP_t = new Array({y2:"",wt:"",wd:"",w:""}, {y2:"",wt:"",wd:"",w:""}, {y2:"",wt:"",wd:"",w:""}, {y2:"",wt:"",wd:"",w:""}, {y2:"",wt:"",wd:"",w:""}, {y2:"",wt:"",wd:"",w:""});

datagrid_t.dataProvider = myDP_t;

Với cỏc số liệu nhập vào mảng myDP_t cú thể tiến hành tớnh toỏn cỏc giỏ trị thế năng, động năng và cơ năng bằng nỳt bấm tớnh cơ năng, cỏc cõu

lệnh nhƣ sau : on (press) {

var recData = new Array(); var w_the = new Array(); var w_dong = new Array(); var sy=0;

var l=0.03;

var vt = new Array(); if (pp=2){ for( j=0; j<7; j++ ) { sy=sy+Number(myDP[j].y1)}; thenang= ((sy)*0.2*9.8/100); giamthe=0; for (i=0;i<7;i++) { giamthe=giamthe+((Number(myDP[i].y1))*9.8*0.2/100); w_the[i]= (thenang-giamthe); };

for(i=0; i<7; i++ ) { sy=sy-Number(myDP[i-1].y1);

vantocy=(Number(myDP[i].y1)*25)/100; vt[i]=vantocy; }

for(i=0; i<6; i++ ) { vantoc=(vt[i+1]+vt[i])/2; w_dong[i]= (0.2*(vantoc*vantoc))/2;

recData[i]={t:(i+1)*0.04,wt:w_the[i],wd:w_dong[i],w:w_the[i]+w_dong [i]};

datagrid_t.dataProvider = recData; }; };

if (pp=1){ for(i=0; i<6; i++ ) { vantoc=l/Number(myDP[i].t); w_dong[i]= (0.0184*(vantoc*vantoc))/2;

w_the[i]= 0.0184*9.8*Number(myDP[i].y1);

recData[i]={y2:myDP[i].y1,wt:w_the[i],wd:w_dong[i],w:w_the[i]+w_d ong[i]}; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Với cỏc dữ liệu đƣợc tớnh trờn mảng recData, cú thể vẽ đồ thị thực nghiệm nhƣ sau : this.createEmptyMovieClip("box", 1); with (box) { for (k=0;k<6;k++) { x=int(recData[k].y2*270*2); y=470 - int(recData[k].wt*500*3); lineStyle(1, 0xCCCCCC); beginFill(0x4827CF); moveTo(x,y); lineTo(x+10, y); lineTo(x+10, y+10); lineTo(x+0, y+10); lineTo(x+0, y+0); endFill(); }

// --- duong dong nang mau do RED --- for (k=0;k<6;k++) { x2=int(recData[k].y2*270*2); y2=470 - int(recData[k].wd*500*3); lineStyle(1, 0xCCCCCC); beginFill(0xFF0000); moveTo(x2,y2); lineTo(x2+10, y2); lineTo(x2+10, y2+10); lineTo(x2+0, y2+10); lineTo(x2+0, y2+0); endFill();

} //---duong co nang --- for (k=0;k<6;k++) { x2=int(recData[k].y2*270*2); y2=470 - int(recData[k].w*500*3); lineStyle(1, 0xCCCCCC); beginFill(0xff9933); moveTo(x2,y2); lineTo(x2+10, y2); lineTo(x2+10, y2+10); lineTo(x2+0, y2+10); lineTo(x2+0, y2+0); endFill(); } }

Đƣờng đồ thị lớ thuyết dựa trờn tƣơng tỏc với cỏc nỳt chọn dữ liệu cho cỏc hệ số (NumericStepper) bằng cỏc hàm :

form = new Object(); line1 = new Object(); Drawline=false; hs_a.addEventListener("change", form); hs_b.addEventListener("change", form); hs_c.addEventListener("change", form); form.change = function(eventObj) { clear();

if (Drawline == true) { clear(); with (_root.line1) {

a=hs_a.value/10; b=hs_b.value/10; moveTo(85, 475- b*270*3.6); lineTo(475,475-(a*3.6*475+b*270*3.6));} tb2a="Hàm số cú dạng:" tb2= "y= "+String(a)+"x"+"+"+string(b); }

if (Drawcicle == true) { clear(); with (_root.line1) { lineStyle(2, 0xff00ff, 100); a=hs_a.value/10; b=hs_b.value/10; c=hs_c.value/10; moveTo(84, 470-c*270*10); for (i=0;i<400;i++) { x = i; if ((470-int(a*((x/260)*(x/260))*270+b*(x/260)*270+c*270))>94) {lineTo(84+x, 470- int(a*((x/260)*(x/260))*270+b*(x/260)*270+c*270)); } tb2a="Hàm số cú dạng:" ; tb2= "y= "+String(a)+"x*x"+"+"+string(b)+"*x"+"+"+string(c);}}} ; c) Sử dụng phần mềm

Khi tiến hành thớ nghiệm với phần mềm, cú thể tƣơng tỏc với cỏc đối tƣợng nhƣ thớ nghiệm thật nhƣ:

- Đặt cổng quang bằng cỏch nhấn vào cổng quang.

- Thả rơi vật bằng cỏch nhấn biểu tƣợng bàn tay để nhấn cụng tỏc chõm điện, vật chuyển động rơi tự so và thời gian chuyển động qua cổng quang điện hiển thị trờn đồng hồ một cỏch ngẫu nhiờn trong khoảng giỏ trị sai số cho phộp, mỗi lần thực hiện sẽ cú kết quả khỏc nhau. Đũi hỏi thu thập số liệu, xỏc

định sai số. Cỏc kết quả này đƣợc nghiờn cứu từ thớ nghiệm thật, vỡ vậy nú cú thể đƣợc sử dụng để hành thớ nghiệm thật.

+ Hƣớng dẫn sử dụng :

Chạy tập tin đó đúng gúi ở dạng đuụi *.swf trờn nền Flahs MX học sinh sẽ phải trả lời cỏc cõu hỏi của bài thớ nghiệm cú tớnh điểm. Kết thỳc trả lời cõu hỏi học sinh làm thớ nghiệm qua cỏc thao tỏc nỳt bấm nhƣ để chạy, dừng, tua đi, tua lại, hiện thƣớc, di chuyển cổng quang, bấm nam chõm, thay đổi chế độ đồng hồ AB và A+B,...

Bài 1: Chuyển động thẳng đều-Định luật I Newton.

Ở hỡnh 6 khi làm thớ nghiệm với cỏc vị trớ cổng quang khỏc nhau với quóng đƣờng chuyển động khỏc nhau của vật học sinh thu đƣợc kết quả từ đồng hồ đo ghi vào bảng kết quả ở cỏc cột thời gian. Sau khi ghi số liệu về thời gian xong nhấn nỳt “Ghi dữ liệu”, tiếp theo nhấn nỳt “ Tớnh cỏc ĐLDS” để mỏy tớnh thực hiện lấy kết quả từ cỏc ụ ghi số liệu và tớnh vận tốc. Ta cú kết quả nhƣ hỡnh 2.4 Sơ đồ thớ nghiệm và số liệu thu được khi tiến hành thớ nghiệm về chuyển động thẳng đều..

Hỡnh 2.4.

Sau khi thực hiện xong việc tớnh vận tốc nhấn tiếp nỳt “ Vẽ ĐTTN” phần mềm lập trỡnh sẵn cho việc vẽ đồ thị thực nghiệm. Tiếp theo nhấn vào nỳt “ Vẽ ĐTLT” và chọn biểu tƣợng đƣờng cong hoặc đƣờng thẳng tuỳ thuộc vào hàm đồ thị vẽ là bậc nhất hay bậc hai. Thay đổi cỏc hệ số a, b,c để mỏy tớnh vẽ đồ thị theo lý thuyết giỳp ta so sỏnh với đồ thị thực nghiệm. Nếu sai lệch nhiều khi so khớp nhấn vào “Trở lại Video TN” để làm lại thớ nghiệm, ghi lại kết quả,...Kết quả đạt yờu cầu thỡ nhấn “Tiếp tục” để sang phần bỏo cỏo và in kết quả. Cú thể nhấn “ Lấy DL trƣớc” để lấy dữ liệu đó ghi trƣớc đú. Kết quả nhƣ hỡnh 2.5 dƣới đõy là So sỏnh giữa kết quả thực nghiệm và giỏ trị lý thuyết của chuyển động thẳng đều.

Hỡnh 2.5:

Bài 2 : Chuyển động thẳng biến đổi đều- Định luật II Newton

Làm thớ nghiệm với cỏc vị trớ cổng quang khỏc nhau với quóng đƣờng chuyển động khỏc nhau của vật học sinh thu đƣợc kết quả từ đồng hồ đo ghi vào bảng kết quả ở cỏc cột thời gian. Sau khi ghi số liệu về thời gian xong nhấn nỳt “Ghi dữ liệu”, tiếp theo nhấn nỳt “ Tớnh cỏc ĐLDS” để mỏy tớnh thực hiện lấy kết quả từ cỏc ụ ghi số liệu và tớnh vận tốc, gia tốc. Ta cú kết quả nhƣ hỡnh 2.6 Sơ đồ thớ nghiệm và số liệu thu được khi tiến hành thớ nghiệm về chuyển động thẳng biến đổi đều.

Hỡnh 2.6

Sau khi thực hiện xong việc tớnh vận tốc nhấn tiếp nỳt “ Vẽ ĐTTN” phần mềm lập trỡnh sẵn cho việc vẽ đồ thị thực nghiệm. Tiếp theo nhấn vào nỳt “ Vẽ ĐTLT” và chọn biểu tƣợng đƣờng cong hoặc đƣờng thẳng tuỳ thuộc vào hàm đồ thị vẽ là bậc nhất hay bậc hai. Thay đổi cỏc hệ số a, b,c để mỏy tớnh vẽ đồ thị theo lý thuyết giỳp ta so sỏnh với đồ thị thực nghiệm. Nếu sai lệch nhiều khi so khớp nhấn vào “Trở lại Video TN” để làm lại thớ nghiệm, ghi lại kết quả,...Kết quả đạt yờu cầu thỡ nhấn “Tiếp tục” để sang phần bỏo cỏo và in kết quả. Cú thể nhấn “ Lấy DL trƣớc” để lấy dữ liệu đó ghi trƣớc đú. Kết quả