Báo cáo CAD ứng dụng tin học dạy học vật lý

Ứng dụng phầm mềm mô phỏng hổ trợ dạy học Vật lý THPT CAD Thay đổi màu sắc, dáng vẻ của đối tượng: click chọn đối tượng vào menu Window / Appearance rồi chọn các thuộc tính phù hợp.. Mu

Trang 1

PHẦN A: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG INTERACTIVE PHYSICS TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

DAO ĐỘNG CON LẮC ĐƠN

Khởi động chương trình: double click vào biểu tượng Interactive Physysics

 Vẽ quả cầu: Click vào nút Circle trên

thanh công cụ, click và drag tại gốc tọa độ

( chỉnh toạ độ tại tâm quả cầu x=0, y=0;

bán kính r = 0.4) Muốn thay đổi các thuộc

tính đó ta D_click quả cầu sẽ xuất hiện

cửa sổ Properties rồi điều chỉnh cho phù

hợp

 Vẽ dây treo: Click vào nút Rope trên

thanh công cụ, drag từ tâm quả cầu lên

trên 3 hoặc 4 ô lưới

 Vẽ giá treo: click vào Rectangle trên

thanh công cụ, drag sao cho giá đối xứng

với dây treo và quả cầu Cố định giá và sợi

dây bằng biểu tượng Anchor Vào menu

Window/ Apperance/ bấm bỏ show để ẩn công cụ Anchor

 Hiển thị các đại lượng dưới dạng vật lí

 Click chọn quả cầu: vào menu Define/ vector: hiển thị vector vận tốc

(velocity), trọng lực (gravitational force), lực liên kết (contrac force), tổng hợplực (total force)

 Click chọn sợi dây: vào menu Define/ vector: hiển thị tổng hợp lực ( totalforce)

Trang 2

Ứng dụng phầm mềm mô phỏng hổ trợ dạy học Vật lý THPT CAD

 Thay đổi màu sắc, dáng vẻ của đối tượng: click chọn đối tượng vào menu

Window / Appearance rồi chọn các thuộc tính phù hợp.

d Mô Phỏng Định Lượng

 Đo quả cầu theo

thời gian x(t): vào

menu Measure/

Time

 Đo vị trí của quả cầu:

ñ Click chọn quả cầu vào menu

Measure / position/ X_Gragh.

Muốn bỏ khung thêm trục: click

chọn đồ thị rồi vào menu Window/

Appearance: bỏ khung (Frame),

thêm Axes X,Y, đổi nhãn “ vị trí

quả cầu theo phương x” ( để gõ

dấu Tiếng Việt chọn bản mã

VNI- Window Vào menu

Object/ Font/ Vni – times

ñ Thực hiện đo quả cầu theo

phương x, đo thời gian t=2T

nhấn nút Stop

ñ Double- click vào đồ thị thay đổi

thị hiển thị rõ ràng về mặt định

lượng

ñ Xác định điều kiện tạm dừng: vào

menu World/Pause Control/

New condition: Pause when t

>2T ; Loop when t > 2T

ñ Run  Resetsave

 Đo vận tốc của quả cầu theo phương x

ñ Click chọn quả cầu vào menu Measure /

velocity/ X_Gragh Muốn bỏ khung

thêm trục: click chọn đồ thị rồi vào menu

Window/Appearance: bỏ khung (Frame),

thêm Axes X,Y, đổi nhãn “ vận tốc quả

cầu theo phương x”

ñ Click Run để chạy thử sau đó

Double-click vào đồ thị để sửa khoảng biến thiên

Trang 3

 Đo động năng của quả cầu

ñ Click chọn quả cầu vào menu Measure / Kinetic Engery/Translational Muốn

bỏ khung thêm trục: click chọn đồ thị rồi vào menu Window/ Appearance: bỏkhung (Frame), thêm Axes X,Y, đổi nhãn “ động năng quả cầu”

ñ Click Run để chạy thử sau đó Double- click vào đồ thị để sửa khoảng biếnthiên

Vào file/ save: để lưu lại

CON LẮC LÒ XO

Khởi động chương trình: double click vào biểu tượng Interactive Physysics.

d Mô Phỏng Định Tính

 Hiện thị thước, lưới, trục : Vào Menu View/ Workspace check vào Ruler,

Gird Line, XY Axes

 Vẽ quả cầu: Click vào

nút Circle trên thanh

công cụ, click và drag

vào thanh công cụ click

chọn biểu tượng Slot joint, drag chuột vẽ sau đó click vào ngay tâm quả cầu

vào Window/ Apperance

bỏ chọn Show để ẩn.

 Vẽ lò xo nằm ngang: trên

thanh công cụ click chọn

biểu tượng Spring, drag

lò xo một đầu gắn với quả

cầu một đầu gắng với giá

treo

 Vẽ giá treo( gồm giá đứng

và giá ngang): vào thanh công cụ click chọn biểu tượng Rectangle Cố định giá và sợi dây bằng biểu tượng Anchor Vào menu Window/ Apperance/ bấm bỏ show để ẩn

công cụ Anchor Muốn hiện thị các thuộc tính thì double- click vào đối tượng

 Chạy thử: kéo vị trí căn bằng 1đv Để ddđh ta phải giảm độ cứng lò xo Bằng cáchdouble-click vào lo xo chọn kx, k= 5N/m

Trang 4

force).

 Click chọn sợi dây: vào menu Define/ vector: hiển thị tổng hợp lực ( total force).

 Chạy thử: nếu nhìn thấy dao động chưa đẹp thì thay đổi độ dài của các vector: click

chọn đối tượng vào menu Define/ vector/Lenghts.

 Thay đổi màu sắc, dáng vẻ của đối tượng: click chọn đối tượng vào menu Window / Appearance rồi chọn các thuộc tính phù hợp.

 Đo quả cầu theo thời gian x(t): vào menu Measure/ Time

 Đo vị trí của quả cầu:

ñ Click chọn quả cầu vào menu Measure /

chọn đồ thị rồi vào menu Window/ Appearance: bỏ khung (Frame), thêm

Axes X,Y, đổi nhãn “ vị trí quả cầu theo phương x” ( để gõ dấu Tiếng Việt

chọn bản mã VNI- Window Vào menu Object/ Font/ Vni – times

ñ Thực hiện đo quả cầu theo phương x, đo thời gian t=2T click nút Run đợichạy hơn 2T rồi nhấn nút Stop

ñ Double- click vào đồ thị thay đổi

khoảng biến thiên trên các trục để

đồ thị hiển thị rõ ràng về mặt định

lượng

ñ Xác định điều kiện tạm dừng: vào

menu World/Pause Control/ New

condition: Pause when t >2T ;

Loop when t > 2T

ñ Run  Resetsave

 Đo vận tốc của quả cầu theo

phương x

ñ Click chọn quả cầu vào menu

Measure / velocity/ X_Gragh.

Muốn bỏ khung thêm trục: click

chọn đồ thị rồi vào menu

Window/ Appearance: bỏ khung

(Frame), thêm Axes X,Y, đổi nhãn

“ vận tốc quả cầu theo phương x”

ñ Click Run để chạy thử sau đó

Double- click vào đồ thị để sửa

khoảng biến thiên

 Đo động năng của quả cầu

Trang 5

ñ Click chọn quả cầu vào menu Measure / Kinetic Engery/Translational Muốn bỏ khung thêm trục: click chọn đồ thị rồi vào menu Window/

Appearance: bỏ khung (Frame), thêm Axes X,Y, đổi nhãn “ động năng quả

check vào Ruler,

Gird Line, XY Axes.

 Vẽ quả cầu: Click vào nút Circle trên thanh công cụ, click và drag tại

gốc tọa độ ( chỉnh toạ độ tại tâm quả cầu x=0, y=0; bán kính r = 0.4)

Copy ra thành 3 quả cầu( x=± 0.6, y=0) đối với 2 quả cầu 2 bên

 Vẽ dây treo: click vào nút Rope trên thanh công cụ, drag từ tâm quả

cầu lên trên 3 hoặc 4 ô lưới Các dây song song và cùng chiều dài

 Vẽ giá treo: click vào Rectangle trên thanh công cụ , drag sao cho sợi

dây và quả cầu cân đối với giá.Cố định giá và sợi dây bằng biểu tượng

Anchor Vào menu Window/ Apperance/ bấm bỏ show để ẩn công cụ Anchor.

Muốn hiện thị các thuộc tính thì double- click vào đối tượng

 Khai báo hệ số ma sát và hệ số đàn hồi:

bao khối cả 3 quả cầu double- click vào

đối tượng: Static Frictor= 0, Kinetic

Frictor= 0, Elactic = 1 sau đó nhấn enter

 Hiển thị các vector đặc trưng:

 Bao hết cả 3 quả cầu: vào menu Define/

vector: hiển thị vector vận tốc( velocity),

trọng lực (gravitational force), lực liên kết (

Trang 6

 Chạy thử: nếu chiều dài của các vector không phù hợp ta điều chỉnh bằng cách: click

chọn đối tượng vào menu Define/ vector/Lenghts

 Thay đổi màu sắc, dáng vẻ của đối tượng: click chọn đối tượng vào menu Window / Appearance rồi chọn các thuộc tính phù hợp.

 Đo quả cầu theo thời gian x(t): vào menu Measure/ Time

 Đo thế năng của bi hồng ( bên trái):

ñ Click chọn quả cầu vào menu Measure/ Kinetic/ Translational.

ñ Click mũi tên trên đồ thị để nó chuyển sang dang XY

ñ Click vào đồ thị vào menu Window/ Appearance: bỏ

khung, thêm trục, đổi nhãn

ñ Tiếp tục cho chạy mô phỏng lại để xác định

thời gian 2T Vào menu World/Pause

Control để điều chỉnh con lắc chỉ dao động

trong thời gian 2T

ñ Cho chạy mô phỏng rồi bấm Reset để ngừng

mô phỏng Thay đổi khoảng chia trên đồ thị

bằng cách double- click vào đồ thị

ñ Khi thế năng bi bên trái cực đại thì bi phải

bằng 0

 Đo thế năng của bi xám (bên phải): tương tự

ñ Ẩn tên vào menu Window/ Appearance/ bỏ

chọn show.

ñ  Cho 2 trục thế năng trùng nhau, biểu

diển thế năng của 2 quả cầu trên một trục tọa

độ

HAI ĐIỆN TÍCH

Trang 7

d Mô phỏng định tính

 Vào menu View/Workspace, Click

chuột chọn Rulers (thước), Grid

lines (lưới), X,Y Axes (trục tọa độ).

 Vẽ điện tích âm: dùng công cụ

Circlevẽ quả cầu đặt tại tọa độ

(0,3) Vào Window/Appearance

(Ctrl+J) đổi màu điện tích vừa vẽ

thành màu xám

 Vẽ 2 điện tích dương:

 Copy điện tích vừa vẽ thành hai

điện tích rồi lần lượt đặt chúng ở

tọa độ (2,0) và (-2,0) Vào

Window/Appearance (Ctrl+J)

đổi màu điện tích vừa vẽ thành

màu đỏ (Red).

 Bao trọn cả hai điện tích trên rồi

D_Click để thay đổi giá trị điện

tích trong của sổ Properties (ta chọn charge = -1) lúc này ta được hai điện tích

dương

 Dùng công cụ giữ vật cố định Anchor vẽ neo để giữ hai điện tích dương

cố định, ẩn công cụ vừa vẽ bằng cách vào Window/Appearance (Ctrl+J), chọn

màu đỏ Click Run cho hệ chạy thử

 Để hệ dao động điều hòa ta phải:

ñ Khai báo trường tĩnh điện bằng cách: chọn

 Hiển thị các đại lượng dưới dạng vector:

ñ Click chọn điện tích âm vào menu

Trang 8

ñ Click chọn hai điện tích dương vào menu Define/Vectors/(Electrostatics Force: lực tĩnh điện, Total Force: lực tổng hợp).

ñ Thay đổi dộ dài vector vào Define/Vectors Lengths.

ñ Thay đổi hình dạng bên ngoài: chọn đối tượng muốn thay đổi vào

Window/Appearance(Ctrl+J).

d Mô phỏng định lượng

 Xác định thời gian mô phỏng: Measure/Time

 Đo vị trí điện tích:

ñ Click chọn điện tích âm: vào

Measure/Position/Y Graph, Click

Run: chạy thử

 Vận tốc quả cầu:

ñ Click chọn điện tích âm, vào

menu Measure/Velocity/Y

Graph, Click Run: chạy thử

Đo động năng của điện tích:

ñ Click chọn điện

tích âm: vào menu

Measure/Kinetic

Trang 9

Energy/Translational, Click Run: chạy thử.

 Sau khi hiển thị các đại lượng cần đo ta thực hiện bỏ khung (Frame) thêm trục Window/Appearance (Ctrl+J) và đặt tên cho đồ thị (chọn bộ gõ Tiếng Việt, chọn

bảng mã VNI Window hoặc TCVN3(ABC) kiểu gõ VNI Time).

 Xác định thời gian tạm dừng ứng vài chu kỳ, nhưng ta thường chọn hai chu kỳ (2T),phải mô phỏng chậm để thời gian chính xác hơn

 Vào menu World/Pause Control, xuất hiện cửa sổ Pause Control sau đó click New Condition/Pause When: tạm dừng, Reset When: lặp lại, Loop When: lặp lại mô

phỏng

Trang 10

PHẦN B: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MAPLE TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

I GIẢI PHƯƠNG TRÌNH VÀ HỆ PHƯƠNG TRÌNH

Trang 11

vars: (tùy chọn) là ẩn hay tập các ẩn

options: là các tùy chọn nhằm xử lý các nghiệm

Trang 12

 Kết quả:

* Đối với hệ phương trình ta cũng áp dụng tương tự

II P HÉP TÍNH ĐẠO HÀM- GIỚI HẠN:

Maple cung cấp thủ tục diff để tính đạo hàm của biểu thức theo các biến và toán tử D đểtính đạo hàm của một hàm

1 Đạo hàm của biểu thức theo biến:

• Cú pháp: diff(expr,x1,x2,…,xn) : Tính đạo hàm của expr theo các biến x1, x2,

…,xn

• Ví dụ 1: Tính đạo hàm hàm số:

Lệnh:

Trang 13

Rút gọn:

Trang 14

Trang 15

Ví dụ 2: Tính đạo hàm hàm số:

Lệnh:

Trang 16

Trang 18

Trang 20

D(y) là đạo hàm bậc nhất của hàm y

D (D)(y)(x) là dạo hàm bậc hai cảu y theo x

D@@k là D kết hợp với chính nó k lần

Trang 21

• Muốn gải phương trình vi phân ta dùng cú pháp :

dsolve({deq,x(t0)=x0},x(t)) ;

Trong đó : dep là phương trình vi phân,

x(t) là nghiệm

x(t0)=x0 là điều kiện ban đầu.

• Ví dụ : Giải phương trình vi phân sau :

Trang 22

Trang 24

b) Hàm trong tọa độ cầu :

• Cú pháp:

• Ví dụ: vẽ đò thị của hàm :

Lệnh:

Trang 25

VI VI ỨNG DỤNG TRONG GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VẬT LÍ

 Bài số 1:

Một viên bi được nén lên theo phương thẳng đứng với vận tốc v0 Tìm vận tốc và phươngtrình chuyển động của viên bi ở thời gian t Biết lực cản của không khí lên viên bi tỉ lệ vớivận tốc của nó Cho biết khối lượng viên bi m=5g, gia tốc trọng trường g=9,8m/s2, hệ số

ma sát r=2g/s, vân tốc và vị trí của bi lúc t=0 lần lượt là v0=9,8m/s2, y0=0

Bài giải

Theo ĐL III Newton, phương

trình chuyển động của bi có

dạng:

Trang 26

>

 Giải phương trình ,ta được

vận tốc của viên bi tại thời

điểm t:

>

Trang 27

>

 Giải phương trình sau đây ta được phương trình chuyển động y(t).

>

Trang 28

hai trường hợp có và không có sức cản không khí.Phương trình chuyển động của bi khikhông có sức cản không khí: y(t)=-4.9t2+9.8t

 Bài số 2:

Xét chất rắn gồm 1 quả cầu nhỏ bằng một sợi dây tại thời điểm cố định được nhúng trongchất lỏng Con lắc dao động chịu tác dụng của trọng lực và lực cản của chất lỏng ngượcchiều chuyển động Tìm biên độ dao động và vẽ đồ thị của nó biết rằng ban đầu lúc t=0dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc

Trang 29

theo t có dạng:

>

- Với k là hằng số ma sát giữa chất lỏng và quả cầu

• Nếu không có ma sát :k=0, phương trình có dạng:

>

- Giải phương trình lúc t=0, , ta được :

>

Trang 30

- Vẽ đồ thị với góc ban đầu hợp với phương đứng

>

Trang 31

>

• Nếu có ma sát ứng với k=0,1 , phương trình có dạng:

>

- Ngiệm có dạng tổng quát:

Trang 32

Trang 33

 Bài số 3:

Tính điện thông qua một đĩa tròn (S) bán kính bán kính a, do 1 điện tích điểm q>0 nằmtrên trục của đĩa và cách tâm đĩa 1 đoạn b Suy ra điện thông qua mặt phẳng rộng vô hạn

Bài giải

- Điện trường tại điểm M trên đĩa: với

- Diện tích dS bao quanh M:

- Góc xác định bởi:

Trang 34

- Điện thông qua diện tích dS:

- Điện thông qua đĩatròn (S):

Trang 35

>

Trang 36

PHẦN C: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ

CON LẮC THẲNG ĐỨNG

d Chuẩn bị: vào File/New để mở trang làm việc mới.

 Cho hiển thị lưới: vào Menu View/ Master Gird

R-Click/Scene Properties/ chọn Motion trong Select

Cho hiển thị gốc tọa độ.( Visual Setting/ check vào Orgin)

d Bắt đầu mô phỏng:

 Trong thư viện chứa các dụng cụ Part Library/ Click chọn Motion and

Forces/ Click chọn Motion/ chọn Ball( vẽ quả cầu) tại gốc tọa độ và

Spring (vẽ lò xo) thẳng đứng

 Để quan sát chuyển động ta

điều chỉnh vận tốc quả cầu

theo phương đứng (phương y) bằng cách Click chọn quả cầu và điều

chỉnh Để quan sát rõ ta giảm tốc độ thời gian

 Trình diễn kết quả mô phỏng (Presentation)

 Điều khiểnchạy hay tạm dừng (Pause)

 Điều khiểnchạy lại (Reload)

 Đo lường (vậntốc, gia tốc, năng lượng, ) (Number)

 Hiển thị đồ thị(vị trí, vận tốc,gia tốc, ) (Graph)

Trang 37

CON LẮC LÒ XO NẰM NGANG

d Chuẩn bị: vào File/New để mở trang làm việc mới.

 Cho hiển thị lưới: vào Menu View/ Master Gird

R-Click/Scene Properties/ chọn Motion trong Select

Cho hiển thị gốc tọa độ.( Visual Setting/ check vào Orgin)

d Bắt đầu mô phỏng:

 Trong thư viện chứa các dụng cụ Part Library/ Click chọn

Motion and Forces/ Click chọn Motion/

 Chọn Ball( vẽ quả cầu) tại gốc tọa độ

 Dùng Rod để định hướng lò xo theo phương ngang

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	2,55 MB