Xây dựng một số thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm và phần mềm Labview để dạy học chương Động học – Vật lí 10

Nội dung text: Xây dựng một số thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm và phần mềm Labview để dạy học chương Động học – Vật lí 10

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 8(74) năm 2015 ___ XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ PHẦN MỀM LABVIEW ĐỂ DẠY HỌC CHƯƠNG ĐỘNG HỌC – VẬT LÍ 10 NGÔ MINH NHỰT*, MAI HOÀNG PHƯƠNG TÓM TẮT Bài báo này trình bày ứng dụng phần mềm Labview, Card USB Arduino và cảm biến siêu âm trong việc xây dựng bộ thí nghiệm có khả năng đo đạc, thu nhận và xử lí chính xác các đại lượng vật lí về chuyển động cơ học. Với sự cơ động, ghi nhận liên tục và giao diện giao tiếp với máy tính đơn giản, bộ thí nghiệm này có thể giúp giáo viên, học sinh thực hiện các thí nghiệm kiểm chứng về các dạng chuyển động trong chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 ở trên lớp học hay ngay ở nhà. Từ khóa: Card USB Arduino, cảm biến siêu âm, phần mềm Labview, thí nghiệm vật lí. ABSTRACT Constructing some experiments using ultrasonic sensors with Labview software to teach Kinetics in grade 10 Physics This paper presents an application of the Arduino UNO Card, ultrasonic sensor and Labview software in the construction of a pilot program, which measures the physical quantities of the mechanical motion. With its mobility, continuous recording and simple computer user interface, the pilot program can help teachers and students easily perform verification experiments in the classroom or at home. Keywords: Card USB Arduino UNO, Ultrasonic sensor, Labview, experiment. 1. Giới thiệu nghiệm đã được trang bị và đã được Trong dạy học phần cơ học ở nghiên cứu sử dụng trong dạy và học vật THPT, việc nghiên cứu các quá trình có lí. Cụ thể như các thiết bị ghép nối máy diễn biến nhanh như chuyển động của tính và các phần mềm tương ứng của các các vật luôn gặp khó khăn rất lớn trong hãng như: Cassy, Phywe (Đức), Pasco, việc xác định vị trí cũng như gia tốc, vận Vernier (Mĩ), Coach (Hà Lan) Ở Việt tốc của vật ở một thời điểm bất kì nào đó. Nam, đã có nhiều đề tài luận án, khóa Nếu như trước đây, để khảo sát chuyển luận nghiên cứu sử dụng các thiết bị thí động của một vật, ta thường sử dụng nghiệm ghép nối máy tính và thí nghiệm phương pháp dùng cần rung điện, chụp phân tích video hỗ trợ trong việc dạy học ảnh hoạt nghiệm, hoặc đo thời gian nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả chuyển động bằng đồng hồ hiện số và dạy học vật lí như: luận án tiến sĩ của tác cổng quang điện thì hiện nay một số bộ giả Nguyễn Xuân Thành (2003) với đề tài thí nghiệm ghép nối với máy vi tính cùng “Xây dựng phần mềm phân tích video và với các phần mềm xử lí số liệu thí tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh * SV, Trường Đại học Sư phạm TPHCM; Email: [email protected] ThS, Trường Đại học Sư phạm TPHCM 60
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Ngô Minh Nhựt và tgk ___ trong dạy học các quá trình cơ học biến chương trình còn cung cấp một số bài thí đổi nhanh theo quan điểm lí luận dạy học nghiệm mẫu, giáo viên hay học sinh có hiện đại” [7]; luận văn thạc sĩ của tác giả thể dựa vào đó để thiết kế thêm các bài Lê Hoàng Anh Linh (2013) với đề tài thí nghiệm khác. “Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm 2. Nội dung biến Sonar và sử dụng trong dạy học Sau một thời gian nghiên cứu và chương các định luật bảo toàn - lớp 10 thiết kế, chúng tôi đã xây dựng được bộ THPT” [3] Nhờ vào các thí nghiệm kết thí nghiệm gồm: nối máy tính, phần mềm phân tích video mà việc đo đạc và xử lí số liệu thí nghiệm trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn, giúp cho việc dạy và học vật lí của giáo viên và học sinh đạt hiệu quả tốt hơn. Tuy nhiên, ở Việt Nam các nghiên cứu trong việc thiết kế, xây dựng các bộ thí nghiệm vật lí kết nối máy tính vẫn còn hạn chế hoặc chỉ dừng ở mức độ nghiên Hình 2.1. Hộp chứa cảm biến siêu âm cứu sử dụng chưa đáp ứng cho việc trang và bo mạch Arduino bị và dùng dạy học vật lí ở trường THPT. Một bộ thí nghiệm (hình 2.1) gồm: Mặc khác các bộ thí nghiệm ghép nối - Cảm biến siêu âm. máy tính nếu nhập từ nước ngoài thì giá - Board Arduino thành rất cao không phù hợp với tiêu chí - Dây kết nối với máy tính cá nhân xây dựng phòng thí nghiệm vật lí ở thông qua cổng USB. trường THPT. Vì vậy, cần thiết phải chế Giao diện người dùng trên máy tính tạo các cảm biến đơn giản, giá thành thấp cá nhân (hình 2.2) phù hợp với đối tượng đo. Xuất phát từ những khó khăn đó, chúng tôi đã thiết kế và xây dựng một bộ thí nghiệm có khả năng đo đạc các đại lượng trong chuyển động cơ như tọa độ, vận tốc, gia tốc của một vật chuyển động một cách nhanh chóng với độ chính xác cao bằng cảm biến siêu âm và lập trình kết nối bằng phần mềm Labview. Tính mới của bài báo này là xây dựng được bộ thí nghiệm Hình 2.2. Giao diện chương trình đáp ứng nhu cầu dạy học vật lí chương trên máy tính cá nhân. động học với giá thành rẻ, đồng thời thiết 2.1. Card USB Arduino UNO kế được chương trình trên máy tính với Arduino UNO là một board mạch vi giao diện bằng tiếng Việt. Ngoài ra, xử lí có khả năng kết nối, thu nhận và 61
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 8(74) năm 2015 ___ xuất tín hiệu điều khiển đến các thiết bị Sơ đồ các chân của cảm biến SRF04 phần cứng như các cảm biến, động cơ, 1. GND 2. Echo 3. Trig 4. Vcc hoặc một số thiết bị ngoại vi khác cũng Để đo khoảng cách tới vật cần đo, như xử lí tín hiệu trả về từ cảm biến và bộ phát (Trigg) của cảm biến sẽ xuất ra cho ta kết quả số liệu cần đo. một xung dài 10 µs, tần số 40 kHz. Sóng âm truyền tới vật cần đo và bị phản xạ lại bộ thu tín hiệu. Nếu gọi t là khoảng thời gian từ lúc phát đến khi thu được tín hiêu, thì khoảng cách tới vật cần đo tính theo vt công thức d . Với v là vận tốc sóng 2 âm trong không khí. Do cách thức hoạt động của cảm biến Hình 2.3. Board mạch Arduino Uno Trong bộ thí nghiệm này mạch siêu âm hoạt động dựa trên phương pháp Arduino như một mạch điều khiển trung đo thời gian truyền nên có nhiều nguyên gian giữa máy tính và cảm biến siêu âm. nhân dẫn đến sai số của phép đo, làm cho Mạch Arduino UNO sẽ nhận lệnh từ số liệu thu được thiếu chính xác hoặc bị người dùng thông qua giao diện trên máy nhiễu. Một số nguyên nhân chính sau: tính, sau khi thực hiện các lệnh xong, - Sự thay đổi của tốc độ truyền sóng mạch Arduino UNO sẽ trả lại tín hiệu thu âm trong không khí. nhận được từ cảm biến siêu âm. Nhờ vào - Sự tương tác của sóng tới với bề chương trình máy tính mà tín hiệu đó sẽ mặt của đối tượng cần đo. được tín toán và cho ra kết quả cuối cùng - Tầm quét của cảm biến siêu âm có là khoảng cách tới vật cần khảo sát. góc mở lớn (khoảng 53 độ). 2.2. Cảm biến siêu âm Từ đây, chúng tôi đưa ra một số Để xác định tọa độ của vật cần khảo biện pháp khắc phục trong quá trình thiết sát ở những thời điểm khác nhau, chúng kế như sau: tôi sử dụng cảm biến siêu âm SRF04. Khắc phục sự thay đổi của tốc độ Đây là loại cảm biến đo khoảng cách theo truyền sóng âm trong không khí: Như ta phương pháp thời gian truyền, có cấu tạo đã biết, vận tốc truyền sóng âm trong gồm một đầu phát và một đầu thu tín hiệu không khí phụ thuộc vào nhiệt độ môi như hình 2.4 trường, khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì vận tốc truyền sóng thay đổi dẫn đến kết quả đo khoảng cách sẽ khác nhau khi thực hiện ở những nơi có nhiệt độ môi trường khác nhau. Vì vậy, chúng tôi sử dụng thêm cảm biến nhiệt độ LM35DZ 1234 để đo nhiệt độ môi trường tại nơi tiến Hình 2.4. Cảm biến siêu âm SRF04 hành thí nghiệm. Công thức gần đúng 62
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Ngô Minh Nhựt và tgk ___ biểu diễn sự phụ thuộc của vận tốc truyền Bảng 1. Sai số của cảm biến siêu âm sóng và nhiệt độ: v 0.6 t 331( m / s ) Khoảng Sai số Khoảng Sai số 0.6t 331 . T cách (cm) (%) cách (cm) (%) suy ra d 10 1.61 70 2.42 2 15 2.53 80 1.84 Với t là nhiệt độ môi trường (00C); 20 2.26 90 3.2 ΔT là thời gian truyền sóng (s) 25 0.37 100 1.52 Khắc phục sự tương tác của sóng 30 1.37 110 3.01 với bề mặt của đối tượng cần đo: Khi 40 1.52 120 5.04 sóng âm tác động với bề mặt của đối 50 2.6 150 8.13 tượng cần đo, tín hiệu bị phản xạ theo 60 2.22 nhiều hướng khác nhau nếu như góc tới của chùm sóng không vuông góc với bề Sau khi đã xác định được tọa độ của mặt phản xạ hoặc bề mặt phản xạ không vật cần khảo sát ở những thời điểm khác bằng phẳng. Điều này làm cho đầu thu tín nhau, chúng tôi sử dụng thuật toán tính đạo hiệu không nhận được tín hiệu phản hồi hàm để tính vận tốc và gia tốc tức thời của hoặc tín hiện phản hồi bị phản xạ theo vật ở những thời điểm khác nhau. nhiều hướng khác nhau, cách khắc phục, 2.3. Giao diện trên máy tính cá nhân khi tiến hành khảo sát thí nghiệm cảm Dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ họa biến siêu âm phải đặt vuông góc với đối Labview, chúng tôi đã thiết kế và xây tượng cần khảo sát, trên đối tượng cần dựng một giao diện người dùng đơn giản khảo sát cần gắn thêm tấm phẳng đối và trực quan. Giao diện chương trình là diện cảm biến để đảm bảo sóng tới phản nơi hiển thị số liệu thí nghiệm dưới dạng xạ tốt. các đồ thị, bảng biểu cũng như cho phép Khắc phục góc mở của cảm biến: người dùng có thể thao tác trong việc thu Do góc mở của cảm biến lớn, nên khi thập, xử lí số liệu, lưu kết quả hoặc mở một vật nằm trong góc mở này ở một tập tin của các bài thí nghiệm đã làm khoảng cách nào đó cảm biến vẫn có thể trước đó. Cửa sổ giao diện chương trình đọc được các tín hiệu, dẫn đến hiện tượng như hình 2.2 nhiễu. Vì vậy, khi đo khoảng cách, chúng Kết quả thí nghiệm được thể hiện tôi lấy giá trị trung bình của nhiều lần đo, thông qua các đồ thị và bảng số liệu. đồng thời trong thí nghiệm khảo sát, vật Thông qua đồ thị ta có thể nhận biết được cần di chuyển trong phạm vi từ 10 cm đến các dạng chuyển động của vật cần khảo 110 cm. Sau khi đã thực hiện các biện sát, đồng thời người dùng có thể tính giá pháp giảm sai số của cảm biến, chúng tôi trị trung bình, khớp hàm, tính tích phân, thu được bảng số liệu sai số của cảm biến tìm giá trị lớn nhất, nhỏ nhất nhờ vào theo khoảng cách đo như bảng 1: thanh công cụ xử lí số liệu. Kết quả thí nghiệm có thể được lưu lại dưới dạng tập tin có thành phần mở rộng là txt và mở lại tập tin đó khi cần sử dụng. Ngoài ra, 63
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 8(74) năm 2015 ___ giao diện còn có phần “Hướng dẫn sử Xe khối lượng m = 0.5 kg được đặt dụng chương trình” giúp người dùng có trên thanh ray. Thanh ray được đặt thể dễ dàng sử dụng các chức năng của nghiêng một góc 200 so với mặt bàn, cảm chương trình trong việc thu thập và xử lí biến đặt phía sau xe (hình 3.1). Trong thí số liệu thí nghiệm. nghiệm khảo sát này, ma sát của xe với 3. Một số bài thí nghiệm đã xây thanh ray là không đáng kể. Kết nối cảm dựng biến siêu âm với cổng USB của máy tính 3.1. Thí nghiệm khảo sát chuyển động và khởi động chương trình giao diện thẳng biến đổi đều người dùng trên máy tính. Chuyển động thẳng biến đổi đều là Tiến hành thí nghiệm, thả xe không chuyển động thẳng trong đó độ lớn của vận tốc đầu từ đỉnh thanh ray, xe sẽ vận tốc tức thời tăng hoặc giảm đều theo chuyển động nhanh dần xuống chân thời gian. thanh ray. Kết quả thí nghiệm được thể Phương trình tọa độ của chuyển hiện trên chương trình giao diện máy động thẳng biến đổi đều: tính, dựa trên bảng số liệu thu thập được, 1 chúng ta sẽ tiến hành phân tích đồ thị vẽ x x v t at 2 (3.1) 0 0 2 được và tính được các giá trị vận tốc, gia Trong đó x0, v0 là vị trí và vận tốc tốc của xe chuyển động. Kết quả thí lúc đầu của chuyển động. nghiệm được thể hiện trên đồ thị như Phương trình vận tốc tức thời của hình 3.2 vật theo thời gian: v v0 at (3.2) Nếu vật chuyển động nhanh dần đều thì a.v > 0. Nếu vật chuyển động chầm dần đều thì a.v < 0. 3.1.1. Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng nhanh dần đều Bố trí thí nghiệm như hình 3.1. Hình 3.1. Bố trí thí nghiệm khảo sát Hình 3.2. Đồ thị tọa độ - thời gian (a), chuyển động thẳng nhanh dần đều vận tốc - thời gian (b) 64
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Ngô Minh Nhựt và tgk ___ Ta thấy phần được tô đen ở đồ thị Mặc khác, bằng phương pháp động thể hiện sự thay đổi vị trí của vật có dạng lực học, ta chứng minh được gia tốc của parabol, và đồ thị vận tốc - thời gian có xe chuyển động trên thanh ray đặt dạng đường thẳng có hệ số gốc dương nghiêng 1 góc α được tính theo công phù hợp với công thức (3.2). Sử dụng thức: a g sin (3.5). Tiến hành thí chức năng khớp hàm để so sánh hàm số nghiệm khảo sát bằng cách thay đổi góc thực nghiệm với hàm số lí thuyết, từ đó nghiêng của thanh ray so với mặt bàn, đo tìm được phương trình tọa độ của chuyển gia tốc tương ứng với mỗi gốc α và so động và phương trình vận tốc của vật sánh với giá trị tính theo công thức (3.5). theo thời gian. Bảng 2. Kết quả đo gia tốc Phương trình tọa độ của chuyển khi thay đổi góc nghiêng α 2 động: x 0,112 0,134 t 1,66 t (3.3) a a Sai số a (độ) đo lt Phương trình vận tốc theo thời (m/s2) (m/s2) (%) gian: v 0,110 3, 35 t (3.4) 30 4.80 4.90 2.04 Trên hình 3.3 là đồ thị biểu diễn 25 4.13 4.14 0.24 sự thay đổi gia tốc theo thời gian. Giá 20 3.23 3.35 3.58 trị gia tốc a thu được trong vùng được 15 2.49 2.54 1.97 tô đen có giá trị thay đổi, do vậy đồ thị 10 1.65 1.70 2.94 này có dạng gần đúng với đồ thị lí 5 0.89 0.85 4.71 thuyết (Do chúng tôi chưa tìm được Nhận xét: Giá trị gia tốc đo được cảm biến siêu âm có chất lượng, đồng gần đúng với giá trị gia tốc tính theo lí thời, lập trình tính đạo hàm dựa trên số thuyết (được chứng minh bằng phương liệu tọa độ, từ đó dẫn đến sai số trong pháp động lực học). Sai số của phép đo cách tính gia tốc). Từ đồ thị, tính được nhỏ hơn 5% chứng tỏ bộ thí nghiệm hoạt gia tốc trung bình trong vùng được tô động tương đối chính xác. đen a = 3,38 m/s2. Ngoài cách bố trí thí nghiệm như trên, ta có thể bố trí thí nghiệm theo phương án 2 như hình 3.4. Vật chuyển động là một chiếc xe (1) khối lượng M= 0.5 kg được đặt trên thanh ray (2) nằm ngang. Một vật có khối lượng m = 100g nối với xe bằng một sợi dây thông ròng rọc có khối lượng không đáng kể. Cảm biến (3) đặt phía sau xe. Hình 3.3. Đồ thị gia tốc - thời gian của chuyển động nhanh dần đều 65
7. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 8(74) năm 2015 ___ Hình 3.4. Bố trí thí nghiệm chuyển Hình 3.6. Bố trí thí nghiệm khảo sát động thẳng nhanh dần đều theo phương án chuyển động chậm dần đều khác. Kết quả thí nghiệm được trình bày Thanh ray được đặt nghiêng một hình 3.5 góc 80 so với mặt bàn. Trong thí nghiệm khảo sát này, ma sát của xe với thanh ray là không đáng kể. Kết nối cảm biến siêu âm với cổng USB của máy tính và khởi động chương trình giao diện người dùng. Tiến hành thí nghiệm: cung cấp cho xe một vận tốc ban đầu vo, xe sẽ chuyển động chậm dần đều đến một vị trí mà vận tốc của xe bằng không, xe sẽ Hình 3.5. Đồ thị tọa độ - thời gian dừng lại và chuyển động nhanh dần đều khi thực hiện phương án 2 ngược trở lại. Phương trình tọa độ của chuyển Kết quả thí nghiệm được thể hiện động ứng với vùng đồ thị được tô đen: trên chương trình giao diện trên máy tính, x 0,07 0,118 t 0,707 t 2 (3.6) dựa trên bảng số liệu thu thập được, Từ (3.6) suy ra a = 1,141m/s2. Kết chúng ta sẽ tiến hành phân tích đồ thị vẽ quả này gần bằng với giá trị tính theo lí được và tính được các giá trị vận tốc, gia mg 0,1.9,8 tốc của xe chuyển động. Kết quả thí thuyết: a 1,63 m / s2 lt m M 0,1 0.5 nghiệm được thể hiện hình 3.7 (công thức này được chứng minh theo phương pháp động lực học). 3.1.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng chậm dần đều Bố trí thí nghiệm như hình 3.6 66
8. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Ngô Minh Nhựt và tgk ___ Trong thí nghiệm khảo sát này, ma sát của xe với thanh ray là không đáng kể. Truyền cho xe một vận tốc ban đầu v0, xe sẽ chuyển động thẳng đều với vận tốc v0. Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.9 Hình 3.7. Đồ thị tọa độ, vận tốc của xe khi chuyển động trên máng nghiêng 80 Khi xe được cung cấp vận tốc v0 = 0,79 m/s (ứng với điểm A trên đồ thị), xe chuyển động chậm dần đều đến vị trí B, vận tốc xe bằng không, xe chuyển động nhanh dần đều ngược trở lại (do lúc này thành phần dọc theo máng của trọng lực đóng vai trò là lực kéo). Từ B đến điểm C, đồ thị vận tốc nằm dưới trục Ot do lúc này xe chuyển động ngược chiều so với lúc đầu, đồng thời độ lớn của vận tốc tăng theo thời gian. Gia tốc trên đoạn AB là a = -1.35 m/s2. 3.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc Hình 3.9. Đồ thị tọa độ, vận tốc theo thời độ trung bình như nhau trên mọi quãng gian trong chuyển động thẳng đều đường (v = const). Đồ thị tọa độ - thời gian là một Phương trình tọa độ của chuyển đường thẳng phù hợp với công thức (3.7). Khớp hàm, chúng ta tìm được phương động thẳng đều: x x vt (3.7) 0 trình tọa độ của chuyển động ứng với Bố trí thí nghiệm như hình 3.8 vùng được tô đen trên đồ thị: x 0, 079 0,565 t Giá trị vận tốc trung bình khớp được từ đồ thị tọa độ - thời gian là 0,565 m/s, gần đúng với giá trị vận tốc trung bình tính từ đồ thị vận tốc - thời gian là 0,546 m/s. Như vậy vật chuyển thẳng đều với vận tốc gần bằng 0,55 m/s. Hình 3.8. Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều 67
9. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 8(74) năm 2015 ___ 3.3. Bố trí thí nghiệm khảo sát sự rơi 3.4. Thí nghiệm khảo sát dao động tự do điều hòa của con lắc lò xo Rơi tự do là một trường hợp đặc Bố trí thí nghiệm dao động của con biệt của chuyển động thẳng nhanh dần lắc lò xo gồm: một lò xo có độ cứng k, một đều với gia tốc a = g = 9,8 m/s2. Như vậy đầu được mốc vào giá đỡ đầu còn lại treo đồ thị tọa độ - thời gian và đồ thị vận tốc quả nặng m = 50g. Kéo quả nặng ra khỏi vị - thời gian có dạng giống như trong thí trí cân bằng và thả ra cho dao động và khảo nghiệm thẳng nhanh dần đều. sát dao động của con lắc lò xo. Kết quả thí Bố trí thí nghiệm như hình 3.10 nghiệm được trình bày ở hình 3.12. Hình 3.10. Bố trí thí nghiệm khảo sát sự rơi tự do Trong thí nghiệm rơi tự do, ta phải Hình 3.12. Đồ thị tọa độ - thời gian chọn vật nặng có kích thước nhỏ để giảm của con lắc lò xo lực cản của không khí tác dụng vào vật. 4. Kết luận và hướng phát triển của Khi trọng lượng của vật lớn, ta có thể bỏ đề tài qua lực cản của không khí và xem như 4.1. Kết luận vật rơi tự do. Tuy nhiên nếu chọn vật có Từ việc nghiên cứu các kiến thức kích thước nhỏ thì sóng âm do cảm biến cơ bản về ngôn ngữ lập trình Labview phát ra sẽ không thể phản xạ lại đầu thu, trong việc kết nối với các thiết bị ngoại do vậy cảm biến sẽ không đo được vi, chúng tôi đã thiết kế và xây dựng khoảng cách tới vật cần khảo sát. Trong được một số thí nghiệm chương “Động thí nghiệm khảo sát này, vật nặng được học chất điểm - Vật lí 10” bằng cảm biến chọn để khảo sát thí nghiệm rơi là quả siêu âm và Card USB Arduino. Bộ thí bóng rổ. Nếu không cần độ chính xác nghiệm này đã giải quyết được một số cao, ta vẫn có thể coi sự rơi của quả bóng hạn chế của các bộ thí nghiệm truyền gần đúng là sự rơi tự do. thống trong việc đo đạt và xử lí kết qủa thí nghiệm, giúp cho giáo viên và học sinh dễ dàng thực hiện các thí nghiệm kiểm chứng trên lớp hay ở nhà. Ngoài ra, với giá thành thấp hơn rất nhiều so với các bộ thí nghiệm nhập từ nước ngoài nên có thể trang bị rộng rãi ở các trường THPT. (Chi phí cho một bộ Hình 3.11. Đồ thị tọa độ - thời gian thí nghiệm vào khoảng 750.000đ). của quả bóng rơi tự do 68
10. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Ngô Minh Nhựt và tgk ___ 4.2. Hướng phát triển của đề tài số khi tính các giá trị đạo hàm của các đại Bộ thí nghiệm này thu nhận kết quả lượng vật lí, đặc biệt là khi tính và vẽ đồ tương đối tốt ở các dạng chuyển động thị gia tốc ở hình 3.3. Vì vậy, để khắc thẳng đều, thẳng nhanh dần đều, chậm dần phục những khuyết điểm trên, trong thời đều, dao động của con lắc lò xo. Tuy gian sắp tới, chúng tôi sẽ tìm và thay thế nhiên vẫn còn một số khuyết điểm cần cải cảm biến siêu âm có độ chính xác cao hơn tiến như thời gian kết nối giữa máy tính cá để giảm sai số của kết quả thí nghiệm. nhân với Card USB Arduino còn chậm Ngoài ra, chúng tôi sẽ tiếp tục mở rộng bộ gây khó khăn cho người sử dụng; sai số thí nghiệm này cho việc thiết kế các thí của cảm biến còn lớn (khi vật đặt xa hơn nghiệm trong chương động lực học và các 1,5m thì sai số lớn hơn 5%); dễ bị lỗi kết định luật bảo toàn sử dụng thêm cảm biến nối giữa máy tính với Card Arduino; sai gia tốc và cảm biến lực. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Bá Hải (2011), Lập trình LabView Trình độ cơ bản, Nxb Đại Quốc gia TP Hồ Chí Minh. 2. Đinh Sỹ Hiền, Lê Hữu Phúc, Lương Quốc Dũng (2004), “Nghiên cứu chế tạo KIT cảm biến ghép với NI DAQ PCI 6024E”, Hội nghị Ứng dụng vật lí toàn quốc lần thứ 2, TP Hồ Chí Minh, tháng 12/2004. 3. Lê Hoàng Anh Linh (2013), Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến Sonar và sử dụng trong dạy học chương các định luật bảo toàn - lớp 10 THPT, Luận văn Thạc sĩ Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh. 4. Nguyễn Xuân Thành (2003), Xây dựng phần mềm phân tích video và tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học các quá trình cơ học biến đổi nhanh theo quan điểm lí luận dạy học hiện đại, Luận án Tiến sĩ Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. 5. Jeffery Travis, Jim Kring (2006), Labview for everyone, Prentice Hall. 6. Malan Shiralker (2007), Labview Graphical Programming Course, Rice University, Houston, Texas. 7. (Ngày Tòa soạn nhận được bài: 18-4-2015; ngày phản biện đánh giá: 12-5-2015; ngày chấp nhận đăng: 24-8-2015) 69