dàn âm thanh hội trường, âm thanh lớp học, âm thanh phòng họp, loa trợ giảng

SKKN Nghiên cứu, chế tạo thiết bị thí nghiệm Vật lý 10 sử dụng cảm biến và ứng dụng chương trình ARDUINO

SKKN Nghiên cứu, chế tạo thiết bị thí nghiệm Vật lý 10 sử dụng cảm biến và ứng dụng chương trình ARDUINO

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ

Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education

Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại:  Tổng hợp SKKN luận văn luận án O2 Education

ộng giáo dục theo hướng tăng
cường sự trải nghiệm, nhằm phát huy tính sáng tạo cho học sinh, tạo ra các môi
trường khác nhau để học sinh được trải nghiệm nhiều nhất, đồng thời là sự khởi
nguồn sáng tạo, biến những ý tưởng sáng tạo của học sinh thành hiện thực để
các em thể hiện hết khả năng sáng tạo của mình. Nói tới trải nghiệm sáng tạo
là nói tới việc học sinh phải kinh qua thực tế, tham gia vào hoặc tiếp xúc đến sự
vật hoặc sự kiện nào đó và tạo ra những giá trị mới về vật chất hoặc tinh
thần, tìm ra cái mới, cách giải quyết mới không bị gò bó, phụ thuộc vào cái đã
có.
Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trong vào việc hoàn thiện
những phẩm chất và năng lực của học sinh, đưa đến sự phát triển toàn diện cho
người học. Trước hết, thí nghiệm là phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất
lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo Vật lý cho học sinh. Nhờ thí
nghiệm học sinh có thể hiểu sâu hơn bản chất Vật lý của các hiện tượng, định
luật, quá trình… được nghiên cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào
thực tiễn của Học sinh sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn.
Hiện nay các bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động trong các trường phỏ
thông tường dùng bộ thí nghiệm của công ty cổ phần phát triển miền núi, dùng
đồng hồ đo thời gian không chính xác. Và gần như các bộ thí nghiệm đều
không làm được, điều đó dẫn đến vệc giáo viên sẽ tìm ra giải pháp cho các thí
nghiệm thực tế thông minh và hiệu quả hơn, hiện tai tôi đã hướng dẫn học sinh
thiết kế bộ thí nghiệm đa năng để khảo sát các chuyển động Rơi tự do. Khảo sát
Định luật II Newton và khảo sát về Lực ma sát các thí nghiệm đó sẽ được
chúng em tích hợp trong cùng một bộ thí nghiệm. Bộ thí nghiệm sử dụng cảm
biến để đo thời gian kết hợp với lập trình ARDUINO giao tiếp giữa cảm biến
với máy tính. Kết quả không những được hiển thị trực tiếp trên màn hình LCD
2
mà còn đưa ra máy tính để phục vụ cho phòng học thông minh, việc đo
các giá trị và tính toán trực tiếp các thông số trở nên đơn giản và chính xác hơn,
bộ thí nghiệm sử dụng các vi mạch có tích hợp phần mềm có chế tạo cơ học
đơn gản nên rất bền bỉ.
II. MÔ TẢ GIẢI PHÁP KĨ THUẬT:
II.1. Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến
Hiện nay trong trường học:

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ
  • Các bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thường không làm được vì chế
    tạo không chắc chắn với các vật rơi rễ làm bẹp các giá đỡ, đồng hồ đo thời gian
    là đồng hồ hiện số không chính xác, thường nếu hiện số thì nhảy rất loạn và
    khó có thể đo được.
  • Các bộ thí nghiệm của Đức và Hàn quốc rất đắt và cài đặt phúc tạp, có
    cho phép hiện đồ thị nhưng chưa phù hợp với chương trình SGK hiện hành.
    II.2. Mô tả giải pháp sau khi tạo ra sáng kiến
  1. Các thiết bị sẽ được sử dụng: . Đế inoc, Trụ hợp kim, các viên bi kim loại,
    Các kit ARDUINO bao gồm Kit Arduino Mega 2560 Cảm biến laser ánh sáng
    đỏ nhìn thấy cho X0, X1 và X2 Cảm biến ánh sáng, Màn hiển thị LED –
    LCD2004, Vỉ giao tiếp I2C, Nguồn 220V AC / 12V DC, Vỉ chuyển nguồn từ
    12V DC xuống 7V DC, Vỉ chuyển đổi 12V DC xuống 5V DC dòng 1A, Role
    5V DC, Nam châm điện 12-24VDC, Bộ mã hóa Encorder 334 xung, Hộp điều
    khiển
  2. Mục đích của việc tạo ra thiết bị:
  • Đo các thông số trực tiếp dựa vào các cảm biến sau đó kết quả sẽ được
    gửi ra màn hình LCD và máy tính, mà các sản phẩm trước đó phải sử dụng
    đồng hồ đo dẫn đến nhiều sai số.
  • Kết nối với máy tính để gửi các thông số đến toàn lớp học nếu sử dụng
    phòng học thông minh.
  • Tích hợp nhiều thí nghiệm trên một thí nghiệm.
  • Bộ thí nghiệm có kết cấu vững chắc và bền bỉ, phù hợp điều kiện kinh
    tế và có thể chế tạo rộng rãi.
    3
  • Sử dụng rất tiện lợi và cho kết quả chính xác.
  1. Ý tưởng của giải pháp:
    Căn cứ vào điều kiện thực tế, tôi đã hướng dẫn học sinh thiết kế bộ thí
    nghiệm tích hợp nhiều thí nghiệm trong cùng một bộ thí nghiệm dựa vào việc
    quy về đo quãng đường và thời gian, bằng hệ thống cảm biến và phần mềm
    ARDUINO, kết hợp màn hình LCD và kết nối máy tính.
    3.1. CÁC NỘI DUNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN ĐẾN SẢN PHẨM
    Khoa học (Science):
  • Vật lý:
  • Các kiến thức về chuyển động thẳng đều, biếnđổi đều và rơi
    tự do.
  • Các kiến thức về Định luật Niuton, lực ma sát.
  • học: Tin vi điều khiển arduino cần được lập trình qua ngôn ngữ.
    Đây là bộ phận quan trọng nhất, là đầu não thu nhận tín hiệu và xử lí để
    điều khiển bộ phận khác.
    Công nghệ (Technology):
    Lắp ráp khung máy và hàn mạch điện tử, trang trí.
    Kĩ thuật (Engineering):
    Quy trình thiết kế kĩ thuật – bản vẽ kĩ thuật.
    Toán học (Math):
    Tính toán các thông số thí nghiệm
    3.2. PHÁC HỌA Ý TƯỞNG GIẢI PHÁP
    Cơ sở lý thuyết
    A. KHẢO SÁT RƠI TỰ DO.
  1. Và mục đích của thí nghiệm là đo gia tốc trọng trường g tại một nơi xác
    định.
  2. Cơ sở lý thuyết của thí nghiệm là dựa vào tính chất của chuyển động rơi
    4

2
2
1 2.
.
2
h
h g t g
t
=  = Vậy để đo gia tốc g thì chúng em sẽ đo quãng
đường và thời gian rơi.

  1. Tiến hành thí nghiệm
    a. Kết quả
    Lần đo
    S(m)
    Thời gian rơi t (s)
    i
    t
    2
    i
    t
    2
  2. i
    i
    i
    s
    g

t

1 2 3
S1
S2
B. KHẢO SÁT LỰC MA SÁT
Phần I. Khảo sát định lượng: Đo hệ số ma sát của trượt và so sánh với giá
trị trong SGK

  1. Cơ sỏ lý thuyết
    Áp dụng định luật II Niutown ta có
    Với đối trọng M thì P T M a M g M a T − = → − = . . .
    Với vật trượt m.
    .
    . . . .
    .
    ms
    T m a T F m a m g T m a
    m g
    Mg ma
    mg
     


    − = → = − → =

Vậy bằng việc đo quãng đường và thời gian, chúng sẽ tính được gia tốc và tính
được hệ số ma sát
M
Lần đo
S(m)
Thời gian
chuyển động t
(s)
s t
2
2.s
a

t

Mg ma
mg

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ

1 2
S1
S2
5
Phần II. Khảo sát mối quan hệ của lực ma sát vào áp lực N của vật
Cơ sở lý thuyết
Fms = µ.N Lực ma sát tỷ lệ thuận với áp lực N của vật lên mặt phẳng
. T F m a F Mg ma − = → = − ms ms

  • Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào áp lực N.
    Vật
    khối
    lượng
    m
    Lần đo
    S(m)
    s t
    2
    2.s
    a

t

Fms
=Mg-ma
Fms
N
100g S1
200g S2
Lần lượt thay đổi khối lượng vật TRƯỢT thì thu được nhận xét Lực ma sát tỷ
lệ với áp lực
Phần III. Khảo sát định tính

  1. Mục đích của thí nghiệm
  • Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ma sát trượt vào
  • Tình trạng vật liệu + Bản chất vật liệu.
  • Tốc độ của vật.
  • Diện tích tiếp xúc.
  • Đo hệ số ma sát trượt của vật liệu
    Khi đó em sẽ đưa bộ thí nghiệm sang trạng thái nằm ngang để điều chỉnh
    phương ngang chúng em đã gắn sẵn một livo trên bộ thí nghiệm
  1. Cơ sỏ lý thuyết
    Áp dụng định luật II Niutown ta có
    Với đối trọng M thì
    P T M a M g M a T − = → − = . . .
    Với vật trượt m.
    .
    . . . .
    .
    ms
    T m a Mg mg T F m a m g T m a
    m g mg
     
    − −
    − = → = − → = =
  2. Tiến hành thí nghiệm
    6
    a. Kết quả
  • Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào Diện tích tiếp xúc
    Diện
    tích
    tiếp
    xúc
    Lần đo
    S(m)
    Thời gian
    chuyển động t
    (s)
    s t
    2
    2.s
    a

t

Mg ma
mg

1 2
Mặt 1 S1
Mặt 2 S2
Thay đổi diện tích tiếp xúc thì thu được

như nhau nên kết luận

không
phụ thuộc diện tích tiếp xúc

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ
  • Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào tốc độ.
    Vật
    khối
    lượng
    m
    Lần đo
    S(m)
    Thời gian
    chuyển động t
    (s)
    s t
    2
    2.s
    a

t

Mg ma
mg

1 2
100g S1
200g S2
Lần lượt thay đổi khối lượng vật( gia trọng) thì thu được vận tốc khác nhau
thì thu được

như nhau nên kết luận

không phụ thuộc diện tích tiếp xúc

  • Khảo sát sự phụ thuộc của hệ số ma sát vào bản chất và tình trạng vật
    liệu.
    Vật
    Lần đo
    Thời gian s t
    2
    2.s
    a

t

Mg ma
mg

7
trượt
S(m)
chuyển động t
(s)
1 2
Nhôm S1
Gỗ S2
Lần lượt thay đổi khối lượng vật( gia trọng) thì thu được vận tốc khác nhau
thì thu được

khác nha nên kết luận

phụ thuộc vào bản chất vật liệu
C. KHẢO SÁT ĐỊNH LUẬT II NIUTON

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ
  1. Mục đích: Khảo sát bằng thực nghiệm sự phụ thuộc của gia tốc a vào khối
    lượng và lực tác dụng lên vật.
  2. Cơ sở lý thuyết
    Gia tốc của một vật tỷ lệ với hợp lực tác dụng lên vật và tỷ lệ nghịch với
    khối lượng
  3. Thiết bị thí nghiệm
    Cấu trúc của mô hình.
    •Phần cơ khí
  4. Tiến thành thí nghiệm:
    M
    mm
    Vật chuyển
    động
    Cảm biến gốc
    X0
    CB
    X1
    Ròng rọc + Cảm biến góc
    quay
    Giá trượt
    Đối
    trọng
    T
    P
    T
    CB
    X2
    8
    Sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng( thay đổi khối lượng của xe lăn)
    Lần đo
    Khối
    lượng
    s t
    2
    2s
    a

t

m
2m
Giữ nguyên khối lượng gia trọng( F = T không đổi) thay đổi khối lượng m của
vật chuyển động lần lượt là m; 2m; 3m. khi đó đo được các giá trị quãng đường
và thời gian tương ứng. Kết luận gia tốc a tỷ lệ nghịch với khối lượng m
Sự phụ thuộc của gia tốc vào lực( Thay đổi khối lượng của gia
trọng nhằm mục đích thay đổi lực kéo)
Lần đo
Khối
lượng
s t
2
2s
a

t

M
2M
Khi thay đổi M thì trọng lực thay đổi nên lực kéo thay đổi. Từ s và t tính được
gia tốc a, rồi nhận xét a tăng theo tỷ lệ của lực F nên : kết luận a tỷ lệ với F

3.3. LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Cấu trúc mô hình.
Mô hình thí nghiệm gồm: Gồm 3 phần.

  • Phần cấu trúc cơ khí
    9
  • Phần các linh kiện kit Arduino
  • Phần viết CODE điều khiển dựa trên các code của Arduino
    PHẦN CƠ KHÍ:
    Phần cơ khí được mô tả trong hình 1

PHẦN ĐIỆN
Các kit ARDUINO bao gồm bảng bên dưới
Chức năng của các bộ phận

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ
  • Trụ đứng và chân đế: Để đặt viên bi tròn đường kính 5mm, khối
    lượng m (gram)
  • Nam châm điện: để giữ bi.
  • Cảm biến tia laze X0 xác nhận gốc của viên bi.
  • Cảm biến laze X0 và X1 xác nhận thời điểm viên bi rơi.
  • Phần điện tử
    Nam châm điện hút bi
    sắt
    Cảm biến gốc X0
    Trụ đứng cao
    1M
    Cảm biến tức thời
    X1
    Cảm biến tức thời
    X2
    Chân
    đế
    10
  • Vỉ mạch Arduino R3
  • Cảm biến thu – phát ánh sang đỏ nhìn thấy cho X0.
  • Cảm biến thu – phát độc lập ánh sáng đỏ nhìn thấy cho X1 và X2
  • Màn hiển thị
    11
  • Nam châm điện 12-24VDC
  • Các linh kiện khác để kết nối.
  • Phần mềm của ARDUINO
    Nghiên cứu kiến thức nền
    Trên cơ sở các kiến thức chúng em được học ở phổ thông, với việc đọc
    nghiên cứu thêm tài liệu liên quan, hỏi thầy giáo phụ trách và mạng internet
    chúng em tìm hiểu được các kiến thức thuộc chương trình đang học tại nhà
    trường có liên quan đến bộ thí nghiệm cụ th

Xem bản đầy đủ trên google drive: TẠI ĐÂY

Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education

Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại: 

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ

Tổng hợp SKKN luận văn luận án O2 Education

Tổng hợp SKKN môn hóa học cấp THPT

SGK, sách ôn thi, sách tham khảo giá rẻ

Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *