GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG TRÌNH CROCODILE

Giới Thiệu Giáo trình Crocodile Physics.PDF 1/. Đây là chương trình “Hướng dẫn sử dụng Crocodile Physics”,

I GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG TRÌNH CROCODILE

Chương trình phần mềm Crocodile Physics 605 của Crocodile clips Ltd , không cần phải cài đặt trên máy , có thể chép vào ổ đĩa USB mang lên lớp để sử dụng Dung lượng của phần mềm này khoảng 63.6MB ( file nén WinRAR khoảng 24.8MB) Chương trình gồm các phần : cơ học , điện học , quang hình học , sóng

Electronics: Các dụng cụ thí nghiệm điện, điện tử Optics: Các dụng cụ thí nghiệm quang học

Motion & Forces: Các dụng cụ thí nghiệm cơ học Wave: Các dụng cụ thí nghiệm Sóng âm, sóng cơ, sóng điện từ

Presentation: Các thiết bị trình diễn, hiển thị

Kho thiết bị điện :

Kho thiết bị quang học

Chứa các nguồn Các khoá, công tắc Các thiết bị nhận tín hiệu Các thiết bị thụ động (điện trở, tụ, cuộn cảm) Các dụng cụ bán dẫn rời (Diode, Transistor, Thyristor…) Các Mạch tích hợp

Các máy phát tín hiệu (Máy phát hình sin, máy phát răng cưa,…) Các loại đèn

Vôn kế và ampe kế Các thiết bị với hình ảnh thật Các thiết bị số, logic

Buồng tối để thực hiện thí nghiệm Chứa các vật thật, màn hứng ảnh, mắt,…

Nguồn sáng (đèn pin,…) Thấu kính

Các gương Các bản trong suốt (lăng kính, bản mỏng,…) Các vật chắn sáng

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

Kho thiết bị cơ học

Xe Thanh không khối lượng

Lò xo không khối lượng

Mô hình sự truyền sóng trong không gian

Mô hình sóng truyền qua các môi trường vật chất khác nhau

Mô hình sự phản xạ sóng

Mô hình sự tổng hợp hai sóng

Mô hình truyền sóng có một biên bị giới hạn

Mô hình sóng truyền cưỡng bức trên dây có 2 đầu bị buộc Không gian thí nghiệm sóng điện từ (ánh sáng, sóng vô tuyến,…) Không gian thí nghiệm sóng âm

Không gian thí nghiệm sóng cơ trên nước Các nguồn phát sóng

Các vật phản xạ Các vật cản, các môi trường truyền sóng Các vật cản có khe hở

Thiết bị thu sóng

Kho thiết bị hiển thị

Mục Properties: Thiết lập thuộc tính của đối tượng, các thông số của dụng cụ

4 Các thao tác chung cơ bản trong chương trình:

Chọn đối tượng:

Click mouse vào đối tượng hoặc drag mouse chọn một vùng trên màn hình, các đối tượng có một phần trong khung chọn sẽ được chọn

Đưa dụng cụ thí nghiệm vào khung làm việc:

Click chọn đối tượng trong kho rồi kéo thả vào khung làm việc

Thay đổi kích thước đối tượng:

ü Chọn đối tượng, xuất hiện các núm xung quanh đối tượng

ü Dùng mouse kéo để thay đổi kích thước đối tượng tại các núm này

Ta cũng có thể thay đổi kích thước bằng cách thiết lập thuộc tính của nó trong mục Properties (sẽ nói sau)

Di chuyển đối tượng:

Click mouse vào đối tượng rồi kéo đến vị trí mới

Xoay đối tượng:

ü Chọn đối tượng

Thước đo Công cụ vẽ đồ thị Hộp nhập các đoạn văn bản ngắn Hộp nhập văn bản dài

Thể hiện hình ảnh được chèn Trình diễn một loạt các hình ảnh Nút nhấn

Hộp thay đổi thuộc tính kiểu số các đối tượng Hộp kiểm thay đổi thuộc tính các đối tượng Hộp lựa chọn thuộc tính các đối tượng Hộp thay đổi thuộc tính text các đối tượng Nút Play/Pause

Nút reload, tải lại mô hình trang thái ban đầu Nút tạo khung chứa các dụng cụ

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

Thay đổi thuộc tính đối tượng:

Đối với một đối tượng, có những thuộc tính thay đổi được và không thay đổi được Ta vào Properties để tiến hành thay đổi

Cho dừng thời gian lại:

Chức năng này sẽ làm cho đồng hồ của máy dừng lại và thí nghiệm sẽ không thực hiện nữa mà vào trạng thái chờ Các hiện tượng vật lý dừng lại (pause)

Click vào nút trên thanh công cụ

Cho thời gian chạy tiếp tục lại:

Chức năng này sẽ làm cho đồng hồ của máy tiếp tục chạy sau khi đã dừng

và thí nghiệm sẽ tiếp tục thực hiện

Click vào nút trên thanh công cụ

Sửa chữa một thiết bị bị hỏng do hoạt động quá định mức:

Khi một thiết bị hoạt động vượt định mức (cường độ dòng điện, công suất, ) thiết bị đó sẽ bị hỏng Ta cần phải thay nó là điều đương nhiên Để tránh phải lắp lại mô hình thí nghiệm, chương trình cho phép ta sửa nhanh thiết bị đó:

ü Cho dừng thời gian lại

ü Khi thiết bị bị hỏng, xuất hiện nút bên cạnh thiết bị Di chuyển mouse lên nút , một bảng thông tin về nguyên nhân gây hỏng thiết bị hiện ra

ü Click vào nút Thiết bị đã được sửa và sẽ sẵn sàng hoạt động như bình thường

ü Xử lý các vấn đề gây ra sự hư hỏng

ü Cho thời gian hoạt động lại

Nối các đối tượng với nhau bằng dây dẫn trong thí nghiệm điện:

Hiệu điện thế đang là 20V Giá trị lớn nhất được phép là 15V

ü Di chuyển mouse lên đối tượng, các cực đối tượng sẽ xuất hiện các núm nối dây hình vuông

ü Click lên núm cần nối rồi di chuyển mouse đến cực của đối tượng kia và Click mouse vào núm nối dây của đối tượng đó

Chú ý: Khi Click vào vị trí trống thì dây sẽ được bẻ cong chỗ đó

Cấp cho vật một vận tốc (Hoặc một lực)

ü Đưa mouse vào vật, xuất hiện núm tròn màu bạc, dùng mouse kéo núm này, khi

đó, ta đã cấp cho vật một vận tốc (hoặc lực tùy ta chọn) được biểu diễn bằng véctơ mà ta thấy

Theo mặc định, véctơ ta cấp cho vật là vận tốc, muốn véctơ đó là lực thì làm sao?

Vào Properties của vật đó, chọn thẻ

General, trong mục Control, chọn Force

(thay vì lúc trước là Velocity

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

5 Các bước cơ bản để tạo một thí nghiệm

Thiết lập một thí nghiệm như thế nào là còn tùy thuộc vào từng thí nghiệm tuy nhiên có thể thực hiện theo sơ đồ chung sau (Sau khi đã xác định kịch bản sư phạm của th1i nghiệm):

ü Phác thảo sơ đồ thí nghiệm trước bằng giấy

ü Tạo một không gian làm việc riêng cho thí nghiệm (đối với các thí nghiệm quang, sóng, cơ)

ü Đưa các thiết bị cần sử dụng từ kho vào không gian làm việc

ü Xắp xếp, lắp ráp các thiết bị theo sơ đồ thích hợp

ü Thiết lập các thuộc tính cần thiết cho từng đối tượng

ü Kiểm tra lại sơ đồ, tiến hành thí nghiệm, quan sát, đo đạc

II ỨNG DỤNG THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM

1 Các thí nghiệm về Cơ học

1.1 Khảo sát chuyển động thẳng đều

a) Mục tiêu

- Quan sát nhận biết chuyển động thẳng đều

- Biết cách thu thập thông tin từ đồ thị tọa độ - thời gian như : xác định vị trí và thời điểm xuất phát , thời gian chuyển động

- Kiểm chứng lại lý thuyết

b) Xây dựng mô hình thí nghiệm

- Vào Contents chọn Describing Motion/Acceteration , ta được mô hình như hình H.1

H.1

- Chọn một ôtô rồi drag mouse đưa xuống mặt đường

- Tạo liên kết từ ô tô đến hai hộp biến kiểu số bằng cách chọn dấu của hộp biến

số , giữ phiếm mouse kéo đến ô tô để tạo đường liên kết

- Định thuộc tính cho hai hộp biến kiểu số : một hộp là vận tốc (Velocity(x)) và một hộp là tọa độ (Displacement(x)) , bằng cách click vào chữ Property thì hiện ra một bảng ghi nhiều đại lượng dùng để gán cho thuộc tính cần , ta chọn Velocity(x) cho hộp vận tốc theo phương x ; Displacement(x) cho tọa độ x

+ Vận tốc được xác định bởi :

+ Tọa độ x được xác định bởi :

Trục tọa độ là 2 đường vuông góc mờ màu

xám (như thí nghiệm trên) Muốn tạo nó ta

thực hiện như sau :

Right click vào khung làm việc, chọn Scene

Properties Trong mục Properties, chọn

Motion trong hộp Text Chọn mục Visual

setting Thiết kế các ô check như hình vẽ, trục

tọa độ sẽ hiện ra ngay

Muốn di chuyển trục chỉ cần click mouse

vào nó rồi kéo đi thôi Còn rất nhiều thuộc tính

khác nữa các bạn tự khám phá

c) Xây dựng đồ thị tọa độ - thời gian

Đồ thị tọa độ - thời gian có một trục là tọa độ x (Displacement (x)), một trục là thời gian (Simulation Time) được tham chiếu tới xe để đo tọa độ (Displacement (x)) và từ đó tự vẽ đồ thị (x, t)

d) Tiến hành thí nghiệm

- Chọn vận tốc ban đầu , ví dụ : 10km.h-1 , tọa độ ban đầu x0 = 0 m

- Nhấn nút để play Nhấn nút để pause , ta có đồ thị tọa độ - thời gian là

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

- Nhấn nút để load file trở lại trạng thái ban đầu

- Điều chỉnh tọa độ ban đầu x0 ¹ 0 và thực hiện trở lại tương tự như trên , được đồ thị như hình H.2

- Thay đổi điều kiện ban đầu và làm lại thí nghiệm

e) Kết quả:

Học sinh quan sát được hiện tượng và các dạng đồ thị của chuyển động thẳng đều, từ đó so sánh với lý thuyết

Học sinh tính được vận tốc xe từ đồ thị, so sánh với kết quả thực tế thí nghiệm

để kiểm nghiệm công thức sgk:

0tan x x

a) Mục tiêu

- Học sinh quan sát , nhận biết chuyển động thẳng nhanh dần đều và chuyển động thẳng chậm dần đều

- Nhận biết và phân biệt được dạng đồ thị vận tốc - thời gian , tọa độ - thời gian giữa hai chuyển động thẳng nhanh dần đều và chậm dần đều

- Kiểm chứng lại rằng trong chuyển động thẳng biến đổi đều , gia tốc không đổi

b) Mô hình thí nghiệm

Bài này có hai mô hình thí nghiệm cho chuyển động thẳng nhanh dần đều

và chuyển động thẳng chậm dần đều Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian v(t) và đồ thị tọa độ - thời gian x(t) cho mỗi dạng chuyển động

Mỗi mô hình tạo 3 hộp biến kiểu số : vận tốc , lực tác dụng , gia tốc và hai

đồ thị vận tốc – thời gian v(t) , tọa độ - thời gian x(t) Như hình H.3 và H.4

H.3

c) Xây dựng đồ thị vận tốc- thời gian v(t) ; tọa độ - thời gian x(t)

Các bước tương tự như phần chuyển động thẳng đều , chỉ có chú ý rằng

muốn vẽ đồ thị vận tốc – thời gian v(t) thì trục tung (y) của Graph là velocity (x)

(vận tốc theo phương x) , còn muốn vẽ đồ thị tọa độ - thời gian x(t) thì trục tung

(y) của Graph là Displacement (x) (tọa độ theo phương x)

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

H.4

d) Tiến hành thí nghiệm

v Chuyển động thẳng nhanh dần đều :

- Chọn vận tốc ban đầu , ví dụ : v0 = 0 Km.h-1 trong hộp velocity(x) ; Lực bằng 20N trong hộp Driving force(x) Nhấn nút play để chạy , rồi nhấn nút pause

- Thay đổi dữ liệu , ghi lại các kết quả của vận tốc , gia tốc (Acceeleration(x))

- Nhận biết rõ những đặc điểm của cặp “ lực và phản lực” Phân biệt cặp lực này với cặp lực cân bằng

b) Định luật I Newton :

Trong Contents chọn mục Force and Acceleration Load file Newton’s first law và thiết kế lại theo mô hình ở hình H.5 Trong đó có hai hộp biến kiểu số : một hộp chỉ tốc độ , một hộp chỉ lực tác dụng lên máy bay

- Chiếc máy bay không chịu tác dụng của lực nào , lúc đầu nó đứng yên mãi

- Khi kích hoạt nút , tức cung cấp cho máy bay vận tốc thì máy bay chuyển động thẳng đều Học sinh có thể thấy được sau khi kích hoạt vận tốc của máy bay không thay đổi

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

H.6

c) Định luật II Newton :

Trong Contents chọn mục Force and Acceleration Load file Newton’s second law và thiết kế lại theo mô hình ở hình H.7 Trong đó có hai hộp biến kiểu số : một hộp chỉ lực tác dụng lên máy bay (Driving force(x)) ; một hộp chỉ gia tốc chuyển động (Acceleration(x))

- Chọn chọn khối lượng cho máy bay trong hộp mass , lực tác dụng trong hộp Driving force(x)

- Khi kích hoạt nút , rồi nhấn nút để dừng ở vị trí thích hợp Ghi lại giá trị lực , khối lượng và gia tốc

- Giữ nguyên giá trị của lực , thay đổi khối lượng , rồi thực hiện lại như trên Học sinh thấy được gia tốc của máy bay tỉ lệ nghịch với khối lượng của máy bay

- Giữ nguyên giá trị của khối lượng , thay đổi độ lớn của lực , rồi thực hiện lại như trên Học sinh thấy được gia tốc của máy bay tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên máy bay

H.7

d) Định luật III Newton

Trong Contents chọn mục Force and Acceleration Load file Newton’s second law và thiết kế lại theo mô hình ở hình H.8 hoặc tạo Scene khác theo hình H.9

* Trong mô hình H.8 có hai hộp biến kiểu số : mỗi hộp chỉ lực tác dụng lên mỗi xe (Driving force(x)) ; Chọn giá trị của lực trong hai hộp số đối nhau Học sinh thấy được lực tương tác giữa hai xe là 2 lực trực đối

* Trong mô hình H.9 : có 4 hộp biến kiểu số , trong đó 2 hộp chỉ khối lượng của mỗi quả cầu , 2 hộp chỉ vận tốc mỗi quả cầu

- Chọn giá trị khối lượng của mỗi quả cầu ( m1 , m2) và vận tốc ban đầu của mỗi quả cầu (v1 , v2)

- Nhấn nút để play cho hai quả cầu va chạm nhau Nhấn nút để pause , ghi lại vận tốc của mỗi quả cầu sau va chạm ( v’1 , v’2)

- Thay đổi các giá trị khối lượng , vân tốc trước va chạm và thực hiện lại như trên Kết quả cho thấy :

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

H.8

H.9

1.4 Bảo toàn động lượng

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

Thiết lập hệ số đàn hồi là 1 cho 2 vật va chạm tuyệt đối đàn hồi, va chạm mềm thì cả 2 vật có hệ số là 0

Play rồi Pause kịp lúc (trước khi các vật chạm vào thành) Ghi lại các

Chú ý :

Khối lượng của vật (Mass)

Độ cao (Displacement(y))

Thế năng trọng trường

(Gravitational potential energy)

Động năng (Kinetic energy)

c) Tiến hành thí nghiệm

Ø Nhấn nút để play và dừng ở vị trí bất kỳ

Ø Quan sát , nhận xét đồ thị

Ø Thực hiện nhiều lần , ghi lại kết quả

Ø Yêu cầu học sinh nhận xét kết quả

1.6 Bảo toàn cơ năng trong chuyển động của vật gắn vào lò xo

a) Mục tiêu

- Cho học sinh thấy rõ dạng đồ thị động năng và thế năng đàn hồi theo thời gian của một vật gắn vào một lò xo Nhận xét về sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng

- Kiểm chứng sự bảo toàn cơ năng trong suốt quá trình chuyển động của vật của vật

c) Mô hình thí nghiệm

Mô hình này ta tự thiết kế , thực hiện như sau :

- Chọn File New Vào kho chứa thiết bị , kéo rê các dụng cụ vào khung làm việc gồm : mặt phẳng đỡ (ground) ; lò xo (Spring) quay lại cho nằm ngang ; hòn bi (ball)

- Tạo hai đồ thị :

v Đồ thị động năng – thời gian tham chiếu đến hòn bi

v Đồ thị thế năng – thời gian tham chiếu đến lò xo

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

- Tạo 5 hộp biến số như sau :

Hệ số đàn hồi (Spring constant)

Khối lượng (Mass)

Hoành độ (Displacement(x))

Thế năng đàn hồi (Elastic potential

energy

Động năng (Kinetic energy)

(Hộp 1 và 4 tham chiếu đến lò xo ; Hộp 2 , 3 , 5 tham chiếu đến hòn bi)

H.12

c) Thực hiện thí nghiệm :

Ø Nhấn nút để play và dừng bất kỳ

Ø Quan sát , nhận xét đồ thị

Ø Thực hiện nhiều lần và ghi lại kết quả

Ø Yêu cầu học sinh nhận xét kết quả

d) Kết quả

- Học sinh biết được đồ thị thế năng và động năng theo thời gian khác với trường hợp vật thả rơi tự do

- Kiểm chứng kết quả cũng đúng như trường hợp vật rơi tự do

1.7 Khảo sát dao động điều hòa

a) Mục tiêu

- Minh họa cho dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Giúp học sinh thấy được dạng chuyển động này ; đặc điểm của lực gây nên dao động điều hòa

- Hiểu rõ dạng đồ thị của li độ , vận tốc , gia tốc theo thời gian Minh họa cho các phương trình li độ , vận tốc , gia tốc của vật dao động điều hòa

{ Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605

Con lắc đơn :

Tự thiết kế mô hình như các mô hình trên Vào mục Parts Library :

- Chọn grounds để làm nền

- Nút được chọn ở trạng thái pause khi thiết kế mô hình

- Đưa dây treo vào không gian làm việc và quả cầu vào để tạo thành con lắc đơn Rồi kéo quả cầu để dây treo lệch một góc nhỏ

- Tạo 3 đồ thị như trường hợp con lắc lò xo

1.8 Giao thoa sóng trên mặt nước

a) Mục tiêu

- Tạo hình ảnh trực quan về hiện tượng giao thoa trên mặt nước , minh họa cho thí nghiệm trình bày trong sách giáo khoa

b) Mô hình thí nghiệm