Ứng dụng của phần mềm Working Model trong dạy học Vật lí phần bài tập động lực học chất điểm

rong khi đó các bài tập cụ thể mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của HS. Một dạng khác của bài tập có nội dung cụ thể là các bài toán có nội dụng kĩ thuật (kĩ thuật tổng hợp). Trong đó các điều kiện của bài toán liên quan tới kĩ thuật hiện đại, sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải… Những bài tập này có vai trò quan trọng về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS. Phát triển hứng thú của HS với Vật lí, sáng tạo kĩ thuật. Các bài tập có nội dung lịch sử thì trong điều kiện bài tập có phản ánh sự kiện lịch sử phát triển Vật lí và kĩ thuật, các thí nghiệm có tính chất lịch sử. Để phát triển và duy trì hứng thú học Vật lí, GV sử dụng các bài tập lí thú làm cho bài học sinh động. Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh. Khi lựa chọn nội dung bài tập nên chọn đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hóa hoạt động của học sinh tương ứng với năng lực và kiến thức của họ, phân chia các bài toán theo các cấp độ: Đơn giản, phức tạp, mức độ sáng tạo. Có thể quy ước mức độ phức tạp của một bài tập như sau: Các bài tập được coi là đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lí, hình thành một, hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản. Những bài tập này thường được gọi là các bài tập luyện tập, nhờ các bài tập này có thể củng cố các kiến thức đã học. Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp). Khi giải thường phải vận dụng một số định lí Vật lí, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của chương trình Vật lí, đưa ra một số kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm. Các bài toán sáng tạo gồm hai dạng: Bài toán có đặc trưng nghiên cứu (trả lời câu hỏi ‘vì sao ?’) và bài toán có đặc trưng ‘thiết kế’ trả lời cho câu hỏi (‘‘làm thế nào ?’’).[2,tr124] Theo phương pháp giải Các bài tập thường được phân thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập thí nghiệm. Phân loại này có ý nghĩa quan trọng, vì nó cho phép GV lựa chọn bài tập tương ứng với dự chuẩn bị Toán học của HS, mức độ kiến thức và sự sáng tạo của học sinh… Bài tập định tính Đặc điểm nổi bật của bài tập định tính là chỗ trong các điều kiện của bài toán đều nhấn mạnh bản chất Vật lí của hiện tượng. Giải các bài tập định tính thường bằng lập luận logic trên cơ sở các định luật Vật lí. Khi giải các bài tập định tính, học sinh rèn luyện được tư duy logic, khả năng phân tích hiện tượng, trí tưởng tượng khoa học, kĩ năng vận dụng kiến thức. Vì vậy việc luyện tập tốt bắt đầu từ việc sử dụng bài tập định tính. Bài tập tính toán Các bài tập định lượng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải phải sử dụng các phương pháp Toán học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí…). Đây là dạng bài tập sử dụng rộng rãi, các bài tập này có thể giải trên lớp, trong giờ luyện tập, giao về nhà cho HS vận dụng kiến thức (sau đó có sự kiểm tra của GV). Dạng bài tập này có ưu điểm lớn là làm sâu sắc kiến thức của HS, rèn luyện cho HS vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí, đặc biệt phương pháp suy luận Toán học. Tùy theo phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số và hình học. Phương pháp số học: Phương pháp giải chủ yếu là phương pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ mà không cần thành lập phương trình để tìm ra ẩn số. Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phương trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số. Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lượng giác. Trong các phương pháp trên, phương pháp đại số là phương pháp phổ biến nhất quan trọng nhất. Vì vậy cần thường xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh. Phương pháp phân tích: Cần chia các bài toán đã cho thành các bài toán nhỏ hơn (phân tích) lời giải bắt đầu từ đại lượng phải tìm hoặc từ việc tìm kiếm các quy luật từ đó cho phép tìm lời giải trực tiếp cho bài toán, khi phân tích bài toán, HS sẽ tìm ra quy luật đại lượng phải tìm với đại lượng khác, quá trình tiếp tục cho tới khi tìm ra quy luật đại lượng phải tìm với đại lượng khác, quá trình tiếp tục cho tới khi tìm ra câu trả lời cuối cùng. Phương pháp tổng hợp: Đòi hỏi HS phải làm rõ lần lượt các mối liên hệ cho trong bài tập đó. Cho tới khi xuất hiện các phương trình cho phép liên hệ giữa các dữ liệu đó. Như vậy, ngược lại với phương pháp phân tích việc giải bài tập không xuất phát từ đại lượng phải tìm. Hai phương pháp này đề có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau. Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng nhanh chóng thường hướng tới kết quả bài toán. Tuy nhiên, HS không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt là HS yếu sẽ nắm bản chất Vật lí kém hơn. Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, HS chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa đại lượng và hiện tượng. Phương pháp tổng hợp gần với tư duy trực quan, cụ thể của HS. Căn cứ vào đối tượng HS, mục đích dạy học, GV nên sử dụng hợp lí các phương pháp này. Bài tập đồ thị Phân tích các đồ thị từ đó tìm các điều kiện để giải bài toán (rèn luyện kĩ năng đọc vẽ đồ thị). Bài tập thí nghiệm Thí nghiệm là công cụ được sử dụng để tìm các đại lượng cần cho giải bài toán, cho phép đưa ra lời giải hoặc là công cụ kiểm tra cách tính toán phù hợp ở mức độ nào với điều kiện thí nghiệm bài toán công cụ đó có thể là các thí nghiệm biểu diễn hoặc thí nghiệm thực tập của học sinh.[2,tr125] Các bước giải bài tập Vật lí Sau mỗi chương mỗi phần của chương trình Vật lí, GV cần trình bày cách giải mẫu mỗi loại bài, hình thành cho học sinh thói quen phân tích đúng bài toán, ghi chép và tính toán một cách hợp lí, rèn luyện tư duy logic. Mỗi BTVL nói chung đều nghiên cứu về một vấn đề, một tình huống cụ thể nào đó, do đó không thể nói về một phương pháp chung, vạn năng để có thể áp dụng giải quyết mọi BTVL. Có nghĩa là không thể có một bản chỉ dẫn chung nhất cho các hoạt động, các thao tác cụ thể để giải mọi BTVL. Tuy nhiên ‘‘quá trình giải một BTVL nói chung thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng Vật lí được đề cập đến và dựa trên kiến thức Vật lí toán để đưa ra những mối liên hệ có thể có của những cái đã cho và các cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có mối liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đó đi tới chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của các cái phải tìm chỉ với những cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp’’. Tiến trình các bước giải BTVL cơ bản trải qua các bước: Tìm hiểu đề bài, trình bày lời giải, kiểm tra, biện luận kết quả.[2,tr129] Tìm hiểu đề bài Cần xác định rõ các điều kiện và làm rõ ý nghĩa các thuật ngữ, các cụm từ quan trọng. Ghi vắn tắt các điều kiện, có thể sử dụng các kí hiệu, vẽ hình hoặc sơ đồ nếu cần thiết. Trên hình hoặc sơ đồ phải ghi rõ các yếu tố có liên quan đến bài tập. Nếu bài toán yêu cầu thì phải làm thí nghiệm và vẽ đồ thị để thu được dữ liệu cần thiết. Đổi đơn vị của các đại lượng đã cho về đơn vị chuẩn (hệ SI).[2,tr129] Phân tích hiện tượng Phân tích hiện tượng Vật lí xảy ra, đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm. Gợi lại trong đầu óc của HS những khái niệm, định luật có liên quan, cần thiết cho việc giải bài tập.[2,tr129] Giải bài tập Hình thành kế hoạch giải bài toán, bổ sung các điều kiện bằng các hằng số Vật lí hoặc các bảng số liệu, phân tích các đồ thị nếu có. Tìm quy luật liên hệ giữa các đại lượng phải tìm với các đại lượng đã cho viết ra các công thức tương ứng. Lập các phương trình dưới dạng tổng quát hoặc lắp ráp các thí nghiệm cần thiết cho việc giải bài toán (bài toán thí nghiệm). Giải phương trình để tìm ẩn số (hoặc phân tích các số liệu thực nghiệm).[2,tr129] Biện luận Phân tích lời giải hoặc đáp số (biện luận) đánh giá ảnh hưởng của các số gần đúng trong điều kiện bài toán. Thảo luận, tìm kiếm cách giải khác, lựa chọn cách giải hợp lí…[2,tr130] Đó là các bước tổng quát để giải các bài tập Vật lí, tuy nhiên tùy từng bài cụ thể, một số bước có thể bỏ qua. Sơ đồ chung để giải các bài tập Vật lí Theo tác giả Trương Hùng Phác với đề tài ‘‘Định hướng tìm tòi giải quyết vấn đề khi dạy bài tập định lượng chương các định luật bảo toàn Vật lí 10- cơ bản nhằm phát huy tính tích cực của học sinh miền núi’’ Theo chúng tôi, chúng tôi chỉnh sửa. Các bước giải bài tập Vật lí trên có thể tóm tắt bằng sơ đồ: Thảo luận tìm cách giải khác hay hơn Phân tích lời giải, đáp số Biện luận Giải bài tập Giải phương trình đã lập từ đó tìm ẩn số Viết phương trình liên hệ giữa đại lượng cần tìm và đại lượng đã cho Phân tích hiện tượng Tìm hiểu đầu bài Vẽ hình, sơ đồ của bài toán Đổi đơn vị các đại lượng Đưa ra các quy tắc, định luật có liên quan Phân tích dựa trên hình vẽ Lập luận, xác lập các biểu thức có liên quan Đọc kĩ đầu bài, tóm tắt sơ lược Biểu diễn các đại lượng bằng các kí hiệu Vật lí Bài tập phần động lực học chất điểm Các dạng bài tập động lực học chất điểm Dựa theo cơ sở lý thuyết về BTVL, sách ‘‘Giải toán Vật Lí 10 tập một’’ Nhà xuất bản Giáo dục của tác giả Bùi Quang Hân chủ biên, ‘‘Phân loại và phương pháp giải bài tập Vật lí 10’’ Nhà xuất bản trẻ của tác giả Lê Văn Thông. Phương pháp động lực học Là phương pháp áp dụng ba đinh luật Newton, các tính chất của lực để giải bài tập Loại 1: Tìm gia tốc của vật khi cho biết lực Phương pháp giải: Chọn hệ quy chiếu (thường chọn trục Ox trùng với chiều chuyển đông). Xác định các lực tác dụng lên vật, rồi tìm hợp lực. Áp dụng định luật II Newton Áp dụng công thức đại số:,, để tìm các yếu tố động học. Loại 2:Tìm lực khi biết gia tốc Phương pháp giải: Chọn hệ quy chiếu thích hợp. Dựa vào các phương trình động học tìm gia tốc a. Áp dụng định luật II Newton tìm lực: Xác định các lực tác dụng lên vật, rồi dựa vào xác định lực cần tìm. Các lực cơ học Tính toán liên quan đến các lực cơ học. Chuyển động dưới tác dụng của các lực cơ học. Loại 3:Lực hấp dẫn, trọng lực Phương pháp: Thường sử dụng công thức Gia tốc rơi tự do ở  mặt đất: Gia tốc rơi tự do ở độ cao h so với mặt đất: Loại 4:Lực đàn hồi Phương pháp: Chọn hệ quy chiếu và phân tích các lực tác dụng lên vật. Viết phương trình định luật II Newton và chiếu lên trục tọa độ để lập phương trình đại số chứa ẩn bài toán. Định luật Húc: Loại 5:Lực ma sát Phương pháp: Xác định các lực tác dụng vào vật. Chọn hệ quy chiếu thường là trục Ox trùng với phương chuyển động, trục Oy vuông góc với phương chuyển động. Viết phương trình định luật II Newton. Chiếu phương trình định luật II Newton lên các trục tọa độ đã chọn. Loại 6:Vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng Phương pháp: Chọn hệ trục tọa độ Oxy thường chọn trục Ox trùng với phương chuyển động, trục Oy vuông góc với phương chuyển động. Xét các lực tác dụng lên vật. Áp dụng định luật II Newton cho vật: (1) Chiếu phương trình (1) lên các trục Ox, Oy. Chú ý chiều lực ma sát. Loại 7:Chuyển đông của hệ vật Phương pháp: Chọn hệ quy chiếu phù hợp. Phân tích các lực tác dụng lên các vật trong hệ. Áp dụng định luật II Newton cho từng vật. Chuyển phương trình vecto thành đại số bằng cách chiếu vecto lên các trục tọa độ. Khi các cật trong hệ chuyển động với cùng một gia tốc thì gia tốc đó được gọi là gia tốc của hệ: Từ các phương trình đại số kết hợp với chuyển động đã cho tìm ẩn bài toán. Nếu đề bài không cần biết nội lực (lực căng dây,…) thì ta giải một phương trình cho các vật trong hệ. Nếu đề bài cần tính nội lực  ta viết phương trình định luật II Newton cho từng vật. Loại 8: Chuyển động của vật bị ném Phương pháp: Chọn hệ trục tọa độ Oxy có gốc tại O (O có thể là điểm ném, hoặc hình chiếu của điểm ném vật lên mặt đất). Trục Ox có phương nằm ngang, trục Oy có phương thẳng đứng. Phân tích các lực tác dụng lên vật khi chuyển động. Viết định luật II Newton cho vật và chiếu lên từng trục tọa độ. Viết phương trình chuyển động trên mỗi trục tọa độ đã chọn. Vẽ đồ thị, có thể giải bài toán theo đồ thị. Loại 9: Chuyển động tròn và lực hướng tâm Phương pháp: Xác định các lực tác dụng lên vật. Viết phương trình định luật II Newton cho vật. (2) Chiếu phương trình (1) lên trục hướng tâm: : Hợp lực các thành phần theo trục hướng tâm. : Gia tốc hướng tâm có độ lớn với  lần lượt là tốc độ góc và chu kì chuyển động. : khối lượng của vật. Có thể chiếu phương trình (2) lên phương vuông góc với trục hướng tâm để lập thêm phương trình cần thiết khi giải toán. Loại 10: Chuyển động trong hệ quy chiếu phi quán tính Phương pháp: Chọn hệ quy chiếu phi quán tính. Hệ quy chiếu phi quán tính chuyển động với gia tốc đối với hệ quy chiếu quán tính. Xác định các lực tác dụng lên vật. Áp dụng định luật II Newton trong hệ quy chiếu phi quán tính. (3) Trong đó : Tổng các lực tương tác. : Lực quán tính. : Khối lượng của vật. Chiếu phương trình (3) lên các trục tọa độ để chuyển (3) thành các phương trình đại số từ đó tìm kết quả. Nếu vật đứng yên trong hệ quy chiếu phi quán tính thì. Chú ý: Lực quán tính chỉ tồn tại trong hệ quy chiếu phi quán tính, lực quán tính không có phản lực. Nhận xét về bài tập Vật lí phần động lực học chất điểm Đa số các bài tập động lực học chất điểm đều liên quan rất nhiều đến động học chất điểm và phân tích lực. Mà đây lại là bước đầu tiên để giải bài tập, vì vậy biết được quỹ đạo chuyển động của vật và phân tích được các lực tác dụng nên vật sẽ giúp HS giải tốt được bài tập. Nhận thấy được bước phân tích quỹ đạo chuyển động và phân tích lực rất quan trọng nhưng hiện nay đa số HS gặp khó khăn trong bước này Để giải quyết khó khăn này, hiện nay giáo viên có thể áp dụng một số phương tiện dạy học như thí nghiệm thực, thí nghiệm mô phỏng, hướng dẫn trong sách giáo khoa, hay hình ảnh, ví dụ từ trong đời sống,… Nhận thấy được khi dùng thí nghiệm thực, hướng dẫn trong sách giáo khoa, hình ảnh, ví dụ từ trong đời sống,… Không khả thi vì điều kiện thí nghiệm không đủ để làm các minh họa, hình ảnh không đa dạng, không sinh động, ví dụ trong đời sống không đủ để giải thích. Vì vậy không dùng được trong nhiều trường hợp khi hướng dẫn HS giải bài tập. Ứng dụng công nghệ thông tin đang tạo bước phát triển mạnh trong dạy học, hiện nay có nhiều phần mềm được viết ra nhằm giải quyết khó khăn của HS và giúp HS nâng cao kiến thức hơn. Ví dụ phần mềm Working Model, Solid work, Virtual Physics, Crocodile Physic… Mỗi phần mềm có ưu điểm và phạm vi ứng dụng khác nhau, ứng dụng hợp lí của các phần mềm thí nghiệm ảo sẽ giúp ích cho HS và cho giáo viên trong quá trình học tập lĩnh hội kiến thức. Working Model là một phần mềm thí nghiệm ảo, khả năng mô phỏng chuyển động, phân tích lực, đưa ra các thông số chuyển động, thông số hay có trong các câu hỏi của đề bài động lực học chất điểm là rất mạnh mẽ. Vì vậy khi chọn phần mềm Working Model ứng dụng vào dạy học Vật lí phần động lực học chất điểm một cách có chọn lọc, hợp lí sẽ giúp HS giải quyết một số khó khăn lớn khi giải bài tập phần động lực học chất điểm và giúp HS ghi nhớ lâu hơn về các bài tập do có sự ghi nhớ hình ảnh của HS. Hay phần mềm có thể đưa ra các thông số của chuyển động về vận tốc, gia tốc, lực… Từ đó có thể kiểm chứng kết quả bài tập mà HS đã làm. Và đặc biệt hơn phần mềm còn đưa ra các đồ thị, từ đó GV và HS có nhận xét tổng quát hơn, có kiến thức mới về bài tập mà khi không ứng dụng phần mềm, thì trong cách giải bài tập thông thường không đưa ra được. Phần mềm Working Model Giới thiệu chung về phần mềm Working Model 6.0 Mô phỏng ngày càng được ứng dụng nhiều trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu và học tập vì: Hệ thống máy tính mang lại sự an toàn và hiệu quả cao hơn so với thực nghiệm. Nắm bắt khái niệm chung, chủ động và linh hoạt khi áp dụng vào thực tế làm việc. Dự đoán và phân tích các hiện tượng xảy ra trong khi làm việc. Điều kiện thí nghiệm thực tế còn ít, khả năng ứng dụng chưa cao. Working Model được dùng để mô phỏng phân tích các kết cấu tĩnh hoặc có thể phân tích động lực học cho các hệ thống cơ học. Trong dạy học Vật lí sự hỗ trợ của phần mềm là rất cần thiết, các thí nghiệm cơ học tĩnh hoặc động được thiết kế dễ dàng. Trong các quá trình cơ học biến đổi nhanh Working Model còn cho phép ta xem ảnh hoạt nghiệm của chúng, chính điều này cho ta quan sát một cách trực quan quỹ đạo chuyển động của vật. Tất cả các chuyển động được tạo ra trong môi trường Working Model đều được dựa trên các nguyên lí động lực học cơ bản như phương trình định luật II Newton, các phương trình động học… Vì vậy có thể ứng dụng trong giảng dạy đại học, mô phỏng hay kiểm chứng các hiện tượng vật lí, cơ học cho học sinh, sinh viên. Cách cài đặt phần mềm Phiên bản Working Model 2D 6.0 có thể tải tại địa chỉ sau: Bước 1: Vào thư mục chứa Working Model (Nếu là file nén Working Model.rar thì giải nén trước). Nháy đúp chuột vào wmdemo.exe Bước 2: Thông báo tên Welcom, nhấp Next để tiếp tục. Bước 3: Hộp thoại Registration hỏi thông báo nhập thông tin người sử dụng và mã số cài đặt. Nhập thông tin và nhập số Serial: H840I12635, chọn Next. 1 2 Bước 4: chọn Yes để khẳng định thông tin đã đăng kí. Bước 5: Cửa sổ Choose Folder cho phép ta thay đổi địa chỉ cài đặt, địa chỉ mặc định là C:\Program File\Working Model. Nếu không cần thay đổi chọn OK. Bước 6: Chọn Yes đợi mấy phút máy tính sẽ bắt đầu cài đặt phần mềm rồi chọn finish. Quá trình cài đặt đã xong phần mềm Working Model hiện ngay trên màn hình. Môi trường làm việc của Working Model Khởi động phần mềm bằng cách nháy đúp chuột vào biểu tượng Working Model ở màn hình nền Desktop. Khi khởi động Working Model lên ta thấy có giao diện bao gồm thanh tiêu đề (Title bar), thanh thực đơn (Menu bar), hệ thống toolbar (gồm Standard toolbar, Edit toolbar, Run control toolbar, Body toolbar, Join/Split toolbar, Point toolbar, Construction toolbar, Join toolbar, …). Vị trí làm thí nghiệm Băng điều khiển ghi ảnh Thanh tọa độ Vẽ mô hình, rãnh trượt, kết cấu Hướng dẫn sử dụng phần mềm Working Model 6.0 File New: Tạo một mô hình mới. Open: Mở mô hình đã có sẵn. Close: Đóng mô hình đang mô phỏng. Save: Lưu nội dung đang mô phỏng. Save as: Lưu lại với tên khác. Print: In bài mô phỏng. Import: Nhập vào các hình ảnh DXF (phần mềm AutoCAD có thể xuất được file ảnh DXF) Export: Xuất bản mô phỏng ra các định dạng khác nhau. Exit: Thoát khỏi môi trường làm việc. Edit Undo: Quay lại Cut: Lệnh cắt các phần theo ý muốn. Copy: Sao chép. Paste: Dán. Delete: Xóa. Select all: Chọn tất cả các đối tượng. Duplicate: Tạo bản sao vật thể đã chọn (gần giống copy). Reshape: Tinh chỉnh các đa giác và hình đã thể hiện. Player mode: Ẩn các biểu tượng. World Gravity: Trọng lực. Planetary: Lực hấp dẫn. Vertical: Trọng lực. None: không có. Air resistance: Lực cản của gió. None: Không có. Low speed: Lực cản thấp. High speed: Lực cản mạnh. Electrostatic: Điện trường. Force field: Trường lực. Run: Chạy mô phỏng. Reset: Bắt đầu lại. Start here: Bắt đầu tại đây. Skip frame: Ghi lại ảnh vào bộ nhớ. Tracking: Hiện số ảnh trong khoảng thời gian ghi ở bộ nhớ lên màn hình. AutoEraser track: Tự động xóa ảnh. Erase Track: Xoá các ảnh vừa thực thi. Retain meter values: Giữ kết quả đo được. Erase meter values: Xóa kết quả đo. Accuracy: Thiết lập độ chính xác.[1] Có 3 chế độ để thiết lập chạy chương trình đó là Fast (nhanh), Accurate (chính xác) và Custom (cài đặt theo ý người mô phỏng). Và ở đây có hai bước cài đặt khi giải và tính toán kết quả tính toán: Animation Step: Cài đặt thời gian cho một bước mô phỏng, có nghĩa là ta cài đặt bao nhiêu thời gian cho một bước mô phỏng. Integrator Error: Lỗi khi lấy tích phân. Working Model đưa ra hai phương pháp để tính toán đó là: Euler: Đây là phương pháp tính toán và lấy tích phân, phương pháp mang tính ước lương và không chính xác nhưng mang lại kết quả tính toán nhanh. Kutta-Merson: Là phương pháp tính toán chính xác và gần với thực tế. Còn các lựa chọn khác như Assembly error, overlap error, significant digits ta lựa chọn Auto. Pause control: thiết lập chế độ dừng chạy mô hình. Để thiết lập chế độ khi nào mô hình dừng hoạt động ta có 2 phương pháp điều khiển là: Frame () > 10: khi đó thanh Scrool Bar sẽ chạy đến giá trị là 11 tự động mô hình sẽ không chạy nữa và dừng lại, tổng vết mà mô hình để lại là 11. Time > 1.0: nghĩa là mô hình sẽ dừng lại khi Run sau 1.0 ( s ). Preference: Các tùy chọn khác. View Workspce: Thiết lập màn hình làm việc: Hiện trục tọa độ, hiện thước, hiện lưới tọa độ, hiện nút công cụ. System Center of Mass: Hiện gốc tọa độ. Numbers and units: (units) chọn đơn vị chuẩn và (numbers) làm tròn sau dấu phẩy. View size: Hiển thị tỉ lệ thực so với màn hình. Background Color: Hiển thị màu của màn hình nền. New reference Frame: Tạo các nút mới hiển thị mô phỏng mới theo trục tọa độ gắn với vật nào đó, tức là chọn hệ quy chiếu gắn với vật nào đó. (Để quan sát theo các hệ quy chiếu khác nhau hoặc hiển thị mô phỏng với các cách khác nhau). Delete Reference Frame: Xóa các nút hiển thị các hệ quy chiếu gắn với vật khác Object Join: Liên kết các phần tử lại với nhau Split: Tách liên kết các phần tử. Font: Dùng để viết text. Vary the Sound: Thay đổi âm thanh. Vary the Feel: Thay đổi cảm nhận âm thanh Convert objects: chuyển các vật thể thành đá giác, đoạn thẳng hay thành các rãnh trượt. Define Vectors: Hiển thị các vecto trên vật: vận tốc, gia tốc, lực, vị trí, sức gió, trường hấp dẫn, trường tĩnh điện… No Vectors: Xóa bỏ hiển thị vecto. Vectors Display: Xác lập màu, độ dài, độ đậm nhạt, vị trí điểm đặt, hiện giá trị của vecto. Vectors Lengths: Xác lập chiều dài cho vectors. New button: Đưa ra màn hình một nút có thể truy xuất nhanh khi ta nháy chuột vào thanh đó. New control: Nút điều khiển mà người dùng muốn điều khiển, mỗi một chi tiết khác nhau sẽ có những phương pháp điều khiển khác nhau. Đây là nút hiển thị các thanh điều khiển một giá trị nào đó của vật như vận tốc, gia tốc, khối lượng, momen, điện tích, chất liệu… Measure Thanh công cụ này dùng để đánh giá phân tích các kết quả của mô hình mà ta mô phỏng, trong thanh công cụ này ta có thể biết được vị trí, vận tốc, lực… của các phần tử trong mô phỏng mà ta đang làm. Position, veclocity, Acceleleration, P-V-A: Hiện đồ thị tọa độ, vận tốc, gia tốc, P-V-A. Center of Mass Position: Hiện đồ thị vị trí khối tâm. Center of Mass Velocity: Hiện đồ thị vận tốc khối tâm. Center of Mass Acceleleration: Hiện đồ thị gia tốc khối tâm. Momentum: Hiện đồ thị momen quay. Total Force: Hiện giá trị lực. Hear the collision: Nghe thấy va chạm. Hear the motion: Nghe thấy sự chuyển động. Feel the collision: Cảm nhận sự va chạm. Feel the motion: Cảm nhận sự chuyển động. Kinetic Energy: Hiện năng lượng của chuyển động. Script Đây là một trong những phần mềm mã mở, ta có thể lập trình và thiết lập các chế độ làm việc và điều khiển của mô hình thông qua ngôn ngữ lập trình. Window Properties: ở đây ta có thể hiển thị và thay đổi các đặc tính của phần tử. Mỗi một chi tiết khác nhau thì có một Properties khác nhau, dùng để định dạng chi tiết đó. Ví dụ như Properties của Rectangle như sau: x, y, : xác định vị trí của vật đó trong hệ tọa độ. : Vận tốc của vật trong hệ tọa độ. Material: Là loại vật liệu (thứ tự từ trên xuống: Tùy chỉnh, tiêu chuẩn, thép, băng, gỗ, nhựa, đất, caosu, đá). Mass: Khối lượng của vật. Stat.fric: Là hệ số ma sát nghỉ. Kin.fric: Là hệ số ma sát động. Elastic: Hệ số đàn hồi. Charge: Điện tích. Density: Là mật độ khối lượng trên một đơn vị diện tích. Planar, sphere, shell, 3D: Hình dạng của vật là phẳng, cầu, tấm hay… Appearance: Cách thể hiện các phần tử. Show name: Hiện tên. Show center of mass: Hiện vị trí trọng tâm. Show charge: Hiện dấu điện tích của vật (âm, dương). Track center of mass: Cho thấy hình ảnh trọng tâm khi chuyển động. Track connect: Nối hình ảnh các vị trí trọng tâm khi chuyển động. Geometry: Chỉnh vị trí của vật, kích thước của vật bằng số nhập vào. Các bước khi thiết lập mô phỏng Vẽ mô phỏng 1.Vẽ hình tròn 2.Vẽ hình vuông 3.Vẽ hình đa giác 4.Vẽ vật thể dạng cong 5.Vẽ hình chữ nhật 6.Mỏ neo cố định vật thể 7.Nối vật thể lại với nhau 8.Tách vật thể ra khỏi nhau 9.Tạo một trục quay 10.Tạo 1 trục cứng 11.Rãnh trượt ngang 12.Rãnh trượt dọc 13.Rãnh trượt cong 14.Rãnh trượt kín 15.Tạo 1 chốt quay 16.Tạo chốt gắn cứng 17.Tạo rãnh trượt ngang, dọc quay được quanh rãnh 18.Tạo rãnh trượt ngang, dọc và không quay được 19.Tạo rãnh trượt cong 20.Tạo rãnh trượt kín 21.Hộp số 22.Tạo lò xo 23.Tạo momen quay 24.Thêm lực tác dụng 25.Động cơ 25.Ngăn 2 vật tới gần nhau 26.Dây thừng, ròng rọc 27.Thanh thẳng cứng Nút 9 đến 14: Tạo một rãnh trượt, một trục quay. Khi giữ “Shift” và chọn các rãnh trượt hoặc các trục quay đã tạo trên màn hình mô phỏng ta có thể nối hoặc tách chúng lại với nhau bằng nút 7,8. Nút 15 khác nút 9 ở điểm: Nút 15 khi dùng sẽ cố định nó vào vật thể bên dưới nó, chỉ có thể quay được nhưng không di chuyển vị trí so với vật bên dưới và không cần dùng nút 7,8 để nối và cắt. Muốn dùng công cụ có tác dụng làm vật chỉ quay quanh trục phải dùng nút 15, không thể dùng nút 9 được. Nút 9 thì không cố định vào vật thể khác, muốn gắn lại thì bắt buộc dùng nút 7,8 khi muốn gắn 2 vật thể lại với nhau nên dùng nút 9 đến 14 hơn vì dễ kết nối vật thể. Vẽ vật thể có cấu trúc phức tạp: Dùng Auto Cad vẽ các vật thể Vẽ và lưu dưới dạng *.dxf. Vào phần mềm Working Model để import file *.dxf. Nhập vào hình ảnh: Working Model cho phép nhập các hình ảnh vào từ bộ nhớ clipboad. Từ phần mềm vẽ paint chọn copy hình ảnh. Trong Working Model chọn edit chọn paste. Để hình ảnh có thể chuyển động như vật thể cần gắn ảnh vào vật thể (khi va chạm sẽ là va chạm với vật thể), vì vậy nếu vẽ vật thể giống ảnh khi gắn lại sẽ có chuyển động chính xác hơn. Trong Working Model dùng các công cụ vẽ vẽ một vật nào đó, giữ phím Shift nháy chuột chọn hình ảnh và vật thể, chọn Object chọn Attach Picture. Thiết lập các thông số Khi đã vẽ được mô hình mô tả bài tập thì phải chỉnh các thông số của các hình, các nút sao cho đúng với đề bài đưa ra. Bằng cách nháy đúp chuột vào hình hoặc nút đó sẽ hiện ra bảng thông tin để chỉnh sửa thông số. Hoặc chọn các hình, các nút rồi kích chuột vào Window chọn Properties. Kích chuột vào Window chọn Appearance để chỉnh tên, màu, hiện trọng tâm… Kích chuột vào Window chọn Geometry để chỉnh hình, vị trí. Working Model cho phép thiết lập các thông số dạng các hàm. Dùng các hàm toán học để thiết lập. Ví dụ if, then, else, or, and… Thiết lập hiển thị Khi thiết kế một giáo án để hướng dẫn cho HS giải bài tập cần phải dùng đến nhiều cách hiển thị hình vẽ trên cùng một bài mô phỏng hay muốn mở rộng bài tập. Ví dụ muốn cho HS quan sát những hệ quy chiếu khác nhau trên cùng một mô phỏng. Kích chuột vào View chọn New Reference Frame. Muốn mở các mô phỏng khác từ màn hình Working Model kích vào Define chọn New Button chọn tiếp Menu Button chọn Open. Hiển thị các vecto chọn Define chọn tiếp Vectors. Chọn Vectors lengths để chỉnh độ dài vecto sao cho phù hợp. Tạo các nút tắt để dễ dàng dùng các lệnh: Chọn New Button. Chọn Measure để hiển thị các tọa độ, giá trị đo được từ mô phỏng, đây chính là kết quả bài tập cần tìm. Mở rộng việt hóa phần mềm Lý do Khi làm quen với phần mềm gặp nhiều khó khăn vì bất đồng ngôn ngữ, nên khả năng hiểu nhanh, rõ phần mềm là hạn chế. Tôi quyết định Việt hóa phần mềm Working Model, nghĩa là sẽ thay ngôn ngữ tiếng anh bằng tiếng Việt. Điều này giúp cho khả năng làm việc với phần mềm Working Model được tốt hơn, giảm được nhiều thời gian tìm hiểu cách sử dụng phần mềm. Vì vậy có thể tiếp xúc và sử dụng phần mềm thông thạo trong thời gian ngắn và đạt hiệu quả tốt nhất. Kết quả Đây là một số hình ảnh của phần mềm khi đã Việt hóa. Ưu điểm Đã Việt hóa khoảng 75% ngôn ngữ. Những chỗ quan trọng đã Việt hóa được. Khả năng tiếp xúc với phần mềm nhanh hơn hẳn và có hiệu quả cao (đã thử nghiệm trên người khác). Hạn chế Khi Việt hóa làm một số từ ngữ diễn tả không chính xác, không đúng nghĩa gốc. Một số từ ngữ khi Việt hóa còn tối nghĩa khó hiểu. Lỗi font chữ vẫn còn nhiều, Việt hóa chưa toàn bộ. Việt hóa làm độ dài chữ tăng lên gây một số chỗ hiển thị không hết chữ. Khi Việt hóa làm phát sinh một số lỗi của phần mềm khác: Ví dụ Google chrome và fire fox. Đó là nếu dùng bản tiếng Việt của Chrome và Fire fox sẽ không hiển thị đúng tiếng Việt ở thanh công cụ. Nguyên nhân Do khi Việt hóa có dùng các phần mềm tra từ điển riêng biệt, nhiều từ ngữ chuyên ngành nên khi dịch không sát nghĩa. Và do trình độ tiếng anh chưa cao. Lỗi font nguyên nhân là do cài phần mềm ABC font. Tại sao phải cài ABC font gây lỗi? Do quá trình Việt hóa đã phát sinh vấn đề, khi Việt hóa bằng font Unicode thì không nhận đúng chữ. Nhận định chủ quan do phần mềm này không phải viết bằng font Unicode. Biện pháp: Việt hóa theo tiêu chuẩn TCVN3 do tiếng Việt Nam có nguồn gốc từ ngôn ngữ Latinh, dự đoán phần mềm Working Model cũng được viết trên nền tảng ngôn ngữ Latinh. Khi dùng ngôn ngữ Latinh Việt hóa sẽ tương thích. Để Việt hóa theo tiêu chuẩn TCVN3 thì cần font hiển thị tiếng Việt. Vì vậy tôi đã cài ABC font. Nhận định lỗi ở một số phần mềm. Do cài ABC font đã gây xung đột hệ thống với các font Unicode của các phần mềm việt khác. Điều này làm một số chữ tiếng Việt có font Unicode hiển thị không đúng. Dự tính cách khắc phục, đề xuất. Một là, tìm một phần mềm cài font tiếng Việt không gây xung khắc hệ thống với font Unicode thay cho ABC font. Hai là, tìm cách Việt hóa phần mềm bằng font Unicode. Trong hai cách đề ra thì cách đầu khả thi hơn, khả năng thành công tốt hơn vì vấn đề này được nhiều người chú ý tìm hiểu. Hoặc sau này sẽ nghiên cứu tìm hướng giải quyết hiệu quả hơn. Cách cài đặt ngôn ngữ Việt cho phần mềm. Do Win 7 khả năng hỗ trợ Unicode rất cao nên phiên bản Working Model Việt hóa chưa chạy được trên Win 7. Nên giới hạn của phiên bản Working Model Việt hóa này là chỉ dùng trên Win xp. Và chỉ dùng cho phiên bản Working Model 6.0 theo hướng dẫn cài đặt. Bước 1: Tải file viethoa.rar tại địa chỉ Bước 2: Giải nén file viethoa.rar Bước 3: Copy đè 3 file vừa giải nén được là 2DRes.dll, WMRes.dll, WM.exe vào thư mục Program tại địa chỉ cài Working Model (mặc định là c:\program files\WorkingModel\Program\) B4: Cài ABC font bằng cách chạy file Setup.exe trong thư mục ABC font vừa giải nén. B5: Khi cài xong chọn reset lại máy tính. Chương II. ỨNG DỤNG CỦA WORKING MODEL TRONG DẠY BÀI TẬP VẬT LÍ PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Đề xuất bài tập Trên cơ sở lí luận của đề tài, chúng tôi đã đề xuất một số BTVL phần động lực học chất điểm một cách có chọn lọc: Bài 1: (Giải toán Vật lí 10 tập 1-Bùi Quang Hân) Cho hệ như hình vẽ. Hệ số ma sát giữa m và M, giữa M và sàn là K. Tìm F để M chuyển động đều nếu: m đứng yên trên M. m nối với tường bằng một dây nằm ngang. M nối với M bằng một dây nằm ngang qua một ròng rọc gắn vào tường. Bài 2: Một máy bay bay theo phương ngang ở độ cao H=20Km với vận tốc v=1440km/h. Đúng lúc nó ở trên đỉnh đầu một tên lửa thì tên lửa bắn. Tính vận tốc tối thiểu V0 của đạn và góc mà vecto vận tốc V0 làm với phương ngang để có thể bắn trúng máy bay. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g=10m/s2 Bài 3: (Giải toán Vật lí 10 tập 1-Bùi Quang Hân) Cho hệ thống như hình vẽ, m1=3kg, m2=4kg. Bỏ qua khối lượng ròng rọc và dây, cho g=10m/s2 Tính gia tốc chuyển động của mỗi vật và lực căng của dây treo các vật. Bỏ qua ma sát. Bài 4: Một viên bi được ném lên với vận tốc từ độ cao H=2m với góc ném theo phương ngang. Xác định độ cao cực đại và tầm ném xa của viên bị. Xác định vận tốc tại điểm viên bi rơi chạm đất. Lấy g=10m/s2 Bài 5: (Các bài toán chọn lọc Vật lí 10-PGS.TS. Vũ Thanh Khiết) Người ta lồng một hòn bi có lỗ xuyên suốt vào và có khối lượng m vào một que sắt AB nghiêng góc so với mặt bàn nằm ngang. Lúc đầu bi đứng yên. Cho que tịnh tiến trong mặt phẳng thẳng đứng chứa nó với gia tốc nằm ngang hướng sang trái. Giả sử không có ma sát giữa bi và que. Hãy tính: Gia tốc của bi đối với que. Phản lực Q của que lên bi. Tìm điều kiện để bi đứng yên. chuyển động về đầu A. Chuyển động về đầu B. Cũng hỏi như trên nhưng gia tốc hướng sang phải Bài 6: Một nêm khối lượng m2=400g, có mặt MN dài l=80 cm và nghiêng góc =300, được đặt trên một mặt bàn nhẵn và được nối với một vật B có khối lượng m3=500g bằng một sợi dây mảnh không dãn vắt qua một ròng rọc cố định có khối lượng không đáng kể. Giữ vật B đứng yên. Đặt tại đỉnh M của nêm một vật A có khối lượng m1=100g, rồi buông cả A và B để chúng chuyển động. Tìm thời gian vật A trượt đến mặt bàn và quãng đường và B đi được trong thời gian đó. Tính lực căng của dây nối. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g=10m/s2 Bài 7: (Những bài tập sáng tạo về Vật lí THPT-TS. Nguyễn Đình Thước) Một cái thùng nặng hơn bạn, nằm trên một sàn nằm ngang. Hệ số ma sát nghỉ giữa thùng và sàn bằng hệ số ma sát nghỉ giữa đế giày của bạn và sàn. Bạn có thể làm cho thùng dịch chuyển trên sàn không? Nếu được thì phải làm thế nào? Giải thích? Bài 8: (Chuyên đề bồi dưỡng Vật lí 10 Động học- Động lực học- Tĩnh học-Phạm Đức Cường) Từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng so với phương ngang, người ta ném một vật với vận tốc ban đầu hợp với phương ngang góc . Tìm khoảng cách L dọc theo mặt phẳng nghiêng từ điểm ném đến điểm rơi. Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể một số bài tập động lực học chất điểm Bài 1 (Giải toán Vật lí 10 tập 1) Cho hệ như hình vẽ. Hệ số ma sát giữa m và M, giữa M và sàn là K=0.3. Khối lượng vật M là 5kg, khối lượng vật m là 1kg. Tìm F để M chuyển động đều nếu: m đứng yên trên M. m nối với tường bằng một dây nằm ngang. Mục tiêu Kiến thức Phân tích được các lực tác dụng lên vật. Vận dụng thành thạo công thức về định luật II Newton và cách chiếu phương trình định luật II Newton lên các trục tọa độ. Kĩ năng Vận dụng thành thạo cách giải phương trình, hệ phương trình. Biết hướng giải khi gặp bài tập tương tự. Thái độ Tập trung, chăm chỉ, chịu khó. Chuẩn bị Giáo viên Chuẩn bị máy tính, máy chiếu, phần mềm Working Model. Thiết kế mô phỏng trước, dự kiến những khó khăn khi dạy và học. Học sinh Ôn lại kiến thức về động học và động lực học chất điểm. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Dùng phần mềm Working Model kiểm tra. Thiết lập mô phỏng với F>18N Và F<18N. Tìm F dựa trên những điều kiện đã cho? Chọn hệ trục tọa độ. Áp dụng định luật II Newton cho hệ vật: Vì hệ chuyển động thẳng đều nên (1) Giải ra ta được:F=18(N) Kiểm tra dự đoán trạng thái và phân tích lực PP vấn đáp, đàm thoại. Kiểm tra, kết luận PP vấn đáp, đàm thoại. Kiểm tra kết quả bằng phần mềm Working Model PP vấn đáp, đàm thoại. Em hãy phân tích các lực tác dụng lên từng vật? Do vật m đứng yên trên vật M nên có thể coi là hệ có khối lượng M+m. Hệ vật lúc này chịu tác dụng bởi 4 lực . Hệ vật bây giờ có trạng thái như thế nào? Tại sao? Muốn tìm F thì áp thì áp dụng công thức nào? Áp dụng định luật II Newton để viết phương trình: từ đó ta đi tìm F khi đã biết m và Chuyển động thẳng đều là gì? Điều kiện để một vật chuyển động thẳng đều? +Là chuyển động thẳng và có vận tốc không đổi theo thời gian. +Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0 hay tức là gia tốc của vật bằng 0. Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0 hay tức là gia tốc của vật bằng 0. +PP vấn đáp, đàm thoại. PP vấn đáp, đàm thoại. PP vấn đáp, đàm thoại. Dự đoán: Nếu + Giá trị thì hệ vật chuyển động theo chiều của lực F. + Giá trị thì hệ vật đứng yên. PP vấn đáp, đàm thoại. PP nêu vấn đề, phát triển tư duy. Sơ đồ hình thành kiến thức ý a Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức ý b: Vật m nối với tường bằng một dây nằm ngang Vật M sẽ trượt trên sàn theo chiều F. Vật m vì nối với tường bằng sợi dây không co dãn nên sẽ đứng yên so với sàn, vật m trượt trên vật M. PP vấn đáp, đàm thoại Khi tác dụng lực F vào vật M, các vật có trạng thái như thế nào? PP vấn đáp, đàm thoại PP vấn đáp, đàm thoại Mở rộng Kiểm tra kết quả, kết luận m nối với M bằng một dây nằm ngang qua một ròng rọc gắn vào tường. Xác định F để vật M chuyển động thẳng đều? PP vấn đáp, đàm thoại Dùng phần mềm Working Model kiểm tra kết quả bằng cách đưa ra các đồ thị yêu cầu học sinh giải thích dạng chuyển động. PP vấn đáp, đàm thoại Áp dụng định II Newton cho từng vật: Vật m: (4) Vật M: (5) Do vật M chuyển động thẳng đều và vật m đứng yên so với sàn nên: Chiếu phương trình (4) và (5) lên các trục tọa độ và kết hợp với điều kiện chuyển động thẳng đều ta được: Vật m: Vật M: Giải ra ta được: => Tìm F dựa trên những điều kiện đã cho? Vật m: Vật M: Phân tích các lực tác dụng lên từng vật? D. Tiến trình dạy học Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ GV: Gọi HS lên bảng phát biểu 3 định luật Newton, Viết định luật II và III. Tiến trình dạy học Bài 2: Cho hệ như hình vẽ. Hệ số ma sát giữa m và M, giữa M và sàn là K=0.3. Khối lượng vật M là 5kg, khối lượng vật m là 1kg. Tìm F để M chuyển động đều nếu: m đứng yên trên M. m nối với tường bằng một dây nằm ngang. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phân tích đề bài GV: Yêu cầu HS đọc đề bài và tóm tắt bài toán và vẽ hình minh họa. GV: Điều kiện để một vật chuyển động thẳng đều là gì? GV: Vậy muốn tìm được F để vật M chuyển động thẳng đều thì chúng ta phải áp dụng quy tắc hoặc định luật nào? Hãy phát biểu định luật đó? Trường hợp vật m đứng yên trên vật M Vì vật m đứng yên trên vật M nên có thể coi đó là một hệ vật có khối lượng M+m GV: Em hãy phân tích các lực tác dụng lên hệ vật M+m? GV: Khi F tác dụng vào vật M thì hệ vật trên có trạng thái như thế nào? Tại sao? GV: Sau đây thầy sử dụng phần mềm working model để phân tích các lực tác dụng lên hệ vật, các em chú ý theo dõi và đối chiếu với bài làm của mình. GV: Giới thiệu cách sử dụng phần mềm để kiểm chứng bài tập. Giới thiệu các hình vẽ trên mô phỏng. GV: Thiết lập chạy mô phỏng với các giá trị lực F khác nhau (F>18N, F<18N và F<0). Trong đó: FN là phản lực FG là trọng lực FF là lực ma sát GV: Qua mô phỏng vừa quan sát, nhận thấy hệ vật đúng là có 2 trạng thái: Đứng yên trên sàn và chuyển động trên phương ngang theo chiều lực . Và đã phân tích đúng các lực tác dụng lên hệ vật. GV: Dựa vào những dữ kiện đã cho em hãy đi tìm lực F. GV: Để kiểm tra kết quả đã tính, thầy sẽ dùng phần mềm Working Model. Các em chú ý quan sát. GV: Với giá trị F=18(N) tại sao hệ vật vẫn đứng yên không chuyển động như kết quả đã tính? GV: Khi chúng ta cung cấp vận tốc ban đầu V0 cho hệ vật thì hệ sẽ chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi V0. GV: Thầy đặt vận tốc ban đầu cho hệ vật V0=2,5(m/s). Các em quan sát: GV: Em hãy phân tích đồ thị vị trí, vận tốc, gia tốc đo được khi hệ vật chuyển động? Đường màu xanh: Xét theo trục Ox Đường màu đen: Xét theo trục Oy Trường hợp m nối với tường bằng một dây nằm ngang GV: Khi tác dụng lực F vào vật M, các vật có trạng thái như thế nào? GV: Như vậy là có những lực nào tác dụng lên các vật? Chú ý phân tích lực ma sát giữa 2 vật. GV: Sau khi đã phân tích các lực tác dụng lên vật em hãy tìm F trong trường hợp này ? (Gợi ý: Dựa vào điều kiện chuyển động thẳng đều, em hãy tìm F bằng cách lập phương trình động lực học cho từng vật). GV: Để kiểm tra kết quả tính toán và quan sát chuyển động của 2 vật, chúng ta sẽ dùng phần mềm Working Model. GV: Thầy đặt các điều kiện bài toán F=21(N) và đặt vận tốc ban đầu cho vật M VM=2,5 (m/s). GV: Dựa vào đồ thị thu được em hãy cho biết tính chất của chuyển động trong bài? Đường màu đen là xét trên trục Oy. Đường màu xanh là xét trên trục Ox. GV: Em hãy dự đoán khi vật m rơi khỏi vật M thì vật M có trạng thái chuyển động như thế nào? GV: Để kiểm chứng, thầy cho mô phỏng tiếp tục chạy đến khi vật m dơi xuống khỏi vật M. Em hãy quan sát và giải thích dạng đồ thị. Mở rộng m nối với M bằng một dây nằm ngang qua một ròng rọc gắn vào tường. Xác định F để vật M chuyển động thẳng đều? (F=24N) HS thực hiện HS: Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng và có vận tốc không đổi theo thời gian. Điều kiện để vật chuyển động thẳng đều: Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0 hay là có gia tốc bằng 0. HS: Phải áp dụng định luật II Newton để tìm F. . Khối lượng đã biết, gia tốc biết được qua tính chất của chuyển động vì vậy sẽ tính được F. y x O HS: Chọn hệ quy chiếu gắn với sàn và có trục tọa độ như hình vẽ. Khi chưa có lực F tác dụng hệ vật M+m có trạng thái đứng yên trên sàn và chịu tác dụng bởi 2 lực: Quy ước: Q là phản lực. HS: Hệ vật lúc này chịu tác dụng bởi 4 lực. Mà nên hệ vật chỉ chuyển động theo phương ngang. Khi đó nếu: + Giá trị thì hệ vật chuyển động theo chiều của lực F. + Giá trị thì hệ vật đứng yên. HS: Áp dụng định luật II Newton cho hệ vật có khối lượng M+m Vì hệ chuyển động thẳng đều nên (1) Chiếu (1) lên 2 trục tọa độ ta được: Giải phương trình (2) và (3) ta được: (N) Kết luận: Với F=18(N) thì vật M và m chuyển động thẳng đều. HS: Với F=18(N) thì tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0. Theo định luật I Newton khi tổng các lực tác dụng lên hệ bằng 0, thì hệ vật sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Do ban đầu hệ đứng yên nên sẽ tiếp tục đứng yên. HS: Đồ thị tọa độ: F(x,t) là đường thẳng đi qua gốc tọa độ tạo với trục Ot một góc với . Vậy x tỉ lệ với t theo hàm bậc nhất x=vt. Đúng với lý thuyết chuyển động thẳng đều. F(y,t) là đường thẳng song song với trục Ot. Tức là hệ vật không chuyển động theo phương Oy. Đồ thị vận tốc, gia tốc Là đường thẳng song song với trục Ot, vì vậy có vận tốc và gia tốc không đổi theo thời gian. Trên đồ thị nhận thấy:Vy=0 (m/s); Vx=2,5 (m/s); Ax=Ay=0 (m/s2). Kết quả bài toán khi cho chạy mô phỏng hoàn toàn chính xác so với lý thuyết. Chứng tỏ bài tập đã giải đúng. HS: Vật M sẽ trượt trên sàn theo chiều F. Vật m vì nối với tường bằng sợi dây không co dãn nên sẽ đứng yên so với sàn, vật m trượt trên vật M. HS:Vật m: Vật M: y x O F HS: Áp dụng định II Newton cho từng vật: Vật m: (4) Vật M: (5) Do vật M chuyển động thẳng đều và vật m đứng yên so với sàn nên: Chiếu phương trình (4) và (5) lên các trục tọa độ và kết hợp với điều kiện chuyển động thẳng đều ta được: Vật m: Vật M: Giải ra ta được: Vậy với giá trị F=21(N) thì vật M chuyển động thẳng đều. Đồ thị vị trí: Đường màu đen chỉ F(y,t) là đường thẳng song song với trục thời gian. Đường màu xanh là F(x,t) là đường thẳng đi qua gốc tọa độ và tạo với trục Ot một góc . Đồ thị vận tốc, gia tốc là đường thẳng song song với trục thời gian. Vy=0(m/s) ; Vx=VM=2,5(m/s). Đồ thị chuyển động của vật M có dạng đồ thị của chuyển động thẳng đều. Vì vậy vật M chuyển động thẳng đều. HS: Xét quá trình từ lúc vật m bắt đầu rơi xuống khỏi vật M. Lúc đó vật M không còn chuyển động thẳng đều nữa mà chuyển động nhanh dần đều với gia tốc Nhận thấy từ đồ thị: Đồ thị tọa độ F(x,t) có dạng đường cong. Đồ thị vận tốc F(v,t) có dạng đường thẳng tạo với trục Ot một góc. Đồ thị gia tốc F(Ax,t) có dạng đường thẳng song song với trục tọa độ và có giá trị khác không. Vậy đồ thị đã cho ta nhận thấy được trạng thái chuyển động của vật M là nhanh dần đều, dự đoán chính xác. HS: thực hiện yêu cầu Bài 2: Một máy bay bay theo phương ngang ở độ cao H=20Km với vận tốc v=1440km/h. Đúng lúc nó ở trên đỉnh đầu một tên lửa thì tên lửa bắn. Tính vận tốc tối thiểu V0 của đạn và góc mà vecto vận tốc V0 làm với phương ngang để có thể bắn trúng máy bay. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g=10m/s2 Mục tiêu Kiến thức Nắm được tính chất và viết phương trình của chuyển động thẳng đều và chuyển động của một vật bị ném xiên. Biết được tính chất của điểm bắn trúng. Cách giải bài tập bằng phương pháp tọa độ. Kĩ năng Vận dụng thành thạo cách lập phương trình, giải phương trình. Biết hướng giải khi gặp bài tập tương tự. Thái độ Tập trung, chăm chỉ, chịu khó. Chuẩn bị Giáo viên Chuẩn bị máy tính, máy chiếu, phần mềm Working Model. Thiết kế mô phỏng trước, dự kiến những khó khăn khi dạy và học. Học sinh Ôn lại kiến thức về động học và động lực học chất điểm. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức +PP vấn đáp, đàm thoại. Tại điểm tên lửa bắn trúng máy bay, khi đó tên lửa và máy bay có cùng tọa độ. Điểm tên lửa bắn trúng máy bay thì cần có đặc điểm gì? PP vấn đáp, đàm thoại. PP vấn đáp, đàm thoại. Điểm bắn trúng máy bay phải là tại đỉnh Parabol. Khi đó vận tốc theo phương Oy bằng 0, theo phương chính bằng vận tốc máy bay. Kiểm tra kết quả bằng phần mềm Working Model Máy bay: Tên lửa: Kết hợp các phương trình giải ra được: v0=748,33(m/s); Giải bài tập PP vấn đáp, đàm thoại. Chạy mô phỏng với các góc, các vận tốc khác nhau và so sánh chúng lại, để chứng tỏ đỉnh Parabol là điểm bắn trúng máy bay sẽ có vận tốc nhỏ nhất Kiểm tra, kết luận PP vấn đáp, đàm thoại. Kiểm tra bằng phần mềm Working Model PP vấn đáp, đàm thoại. Có quỹ đạo dạng Parabol bề lõm hướng xuống dưới. Có quỹ đạo dạng Parabol bê lõm hướng xuống dưới. Điểm bắn trúng máy bay là điểm nào để có vận tốc bắn tên lửa là nhỏ nhất? Dùng phần mềm Working Model kiểm tra quỹ đạo tên lửa Chuyển động của tên lửa có dạng gì đặc biệt không? PP vấn đáp, đàm thoại. D.Tiến trình dạy học Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ GV: Gọi HS lên bảng viết phương trình quỹ đạo của vật bị ném xiên. Tiến trình dạy học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Phân tích đề bài GV: Em hãy đọc đề bài và tóm tắt bài toán. GV: Vị trí tên lửa bắn trúng máy bay thì cần có đặc điểm gì? GV: Chuyển động của tên lửa có dạng gì đặc biệt không? GV: Để biết quỹ đạo chuyển động của tên lửa và máy bay thầy sử dụng phần mềm Working Model mô phỏng hiện tượng. GV: Giới thiệu về phần mềm và hình vẽ trên mô phỏng. GV: Các em quan sát và cho biết quỹ đạo chuyển động của máy bay và tên lửa và nhân xét. GV: Điểm bắn trúng máy bay là điểm nào để có vận tốc bắn tên lửa nhỏ nhất? Tiến hành giải bài tập GV: Dựa vào những điều kiện vừa nêu trên em hãy viết phương trình chuyển động của máy bay và tên lửa? GV: Em hãy dựa vào những phương trình đã viết và kết hợp với điều kiện để có vận tốc nhỏ nhất, tìm v0. Khi tìm được v0 các em tiến hành tìm góc . GV: Dùng phần mềm Working Model cho HS quan sát mô phỏng với các giá trị góc bắn khác nhau, vận tốc khác nhau, vị trí khác nhau. Và so sánh các vận tốc bắn tên lửa khác nhau mà tên lửa bắn trúng máy bay. GV: Hiện nay các hệ thống tên lửa đánh chặn máy bay được sử dụng rất nhiều, là một vũ khí quan trọng trong việc bảo vệ quốc gia. Các tên lửa được xây thành một lá chắn ngăn cản bất cứ sự nguy hiểm nào đến. Các em hãy quan sát mô phỏng hệ thống lá chắn tên lửa trên Working Model. GV: Trên màn là hệ thống lá chắn tên lửa, mục tiêu là 2 máy bay bay đến xâm phạm lãnh thổ. HS thực hiện HS: Tại vị trí tên lửa bắn trúng máy bay, khi đó tên lửa và máy bay có cùng tọa độ. HS: Tên lửa chịu gia tốc trọng trường theo phương thẳng đứng hướng xuống. Chuyển động của tên lửa có dạng là chuyển động ném xiên từ mặt đất. Quỹ đạo có dạng là hình parabol với bề lõm hướng xuống dưới. HS: Quan sát trên mô phỏng nhận thấy quỹ đạo của tên lửa và máy bay đúng như đã nhận định. Tại điểm bắn trúng máy bay thì tên lửa và máy bay có cùng tọa độ. HS: Điểm bắn trúng là điểm A đỉnh Parabol. Khi đó vận tốc tên lửa theo phương ngang phải bằng vận tốc máy bay và vận tốc theo phương thẳng đứng tại điểm gặp máy bay có giá trị bằng 0. y O x V0 A Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ. Trên hình thể hiện quỹ đạo của máy bay và tên lửa. Điểm A chính là điểm tên lửa bắn trúng máy bay. Gọi tọa độ và vận tốc của máy bay trên trục Ox và Oy là: Gọi tọa độ và vận tốc của tên lửa trên trục Ox và Oy là: Đổi 1440km/h bằng 400m/s Máy bay: Tên lửa: HS: Tại điểm bắn trúng máy bay A. Thế (6) vào (5) Tại điểm bắn trúng A: Từ (1) và (3) ta có: Thế (8) vào (7): Thay số: y=20000(m); g=10(m/s2); vm=400(m/s) Tìm được v0=748,33(m/s) Tìm góc : Từ HS lắng nghe, quan sát  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nhằm thực hiện mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài: Chương I, chúng tôi đã nghiên cứu lí luận về BTVL, các vai trò của BTVL. Chúng tôi đã đưa ra các dạng BTVL phần động lực học chất điểm và nhận xét những khó khăn khi giải những bài tập này một trong những khó khăn đó là phân tích lực và nắm được quỹ đạo chuyển động của vật, từ đó đề ra những hướng giải quyết nhằm giúp đỡ HS giải bài tập một cách tốt nhất. Có nhiều cách khác nhau để giải quyết khó khăn nhưng chúng tôi đã chọn dùng phần mềm Working Model vì nó có khả năng rất tốt khi mô phỏng quỹ đạo và phân tích lực. Chúng tôi đã nêu hướng dẫn sử dụng phần mềm Working Model và các bước cơ bản khi thiết lập một mô phỏng khi dạy học. Chương II, chúng tôi đã vận dụng lí luận nghiên cứu ở chương I để chọn lọc ra một số bài tập và thiết kế 2 giáo án có sử dụng phần mềm Working Model. Qua đó một số khó khăn đã được giải quyết tốt bằng phần mềm Working Model gây nhiều hứng thú học tập cho HS vì có sự trực quan hơn. Và HS lĩnh hội thêm nhiều kiến thức mà khi không dùng phần mềm khó có thể đưa ra chính xác và dễ hiểu được. Kiến nghị Qua thực hiện đề tài chúng tôi có một số kiến nghị sau: Việc dạy học sẽ trực quan sinh động hơn sáng tạo hơn khi dùng các phần mềm CNTT một cách thích hợp sẽ làm bài giảng của GV có kết quả tốt. Vì vậy việc áp dụng CNTT nói chung và phần mềm Working Model vào dạy học là cần thiết. GV nên tham khảo tài liệu này trong quá trình dạy học. Đề tài nghiên cứu một số nội dung dạy học thiết thực, kết hợp giữa phương pháp dạy học truyền thống và phương pháp dạy học hiện đại phần bài tập động lực học chất điểm. Các GV nên sử dụng nó như một tài liệu nghiên cứu để mở rộng trong dạy học tất cả các phần kiến thức khác nhau của bộ môn Vật lí. TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Mạnh Hùng (2009),Ứng dụng phần mềm mô phỏng Working Model 2D mô phỏng quá trình làm việc của máy đào một gầu truyền động thủy lực”, sinh viên lớp Máy xây dựng A-K45. Nguyễn Văn Khải (chủ biên), Nguyễn Duy Chiến, Phạm Thị Mai, lí luận dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Giáo dục. Đỗ Hương Trà, lí luận dạy bài tập vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP, Hà Nội. Nguyễn Tiến Quý (2010), xây dựng tiến trình hướng dẫn giải bài tập phần chất khí theo hướng phát huy tính tích cực và tự lực của học sinh, Thái Nguyên.