Tài liệu mô phỏng trực quan hóa - Cơ sở Vật lí | Đại học Sư Phạm Hà Nội

MÔ PHỎNG TRỰC QUAN HOÁ (SIMURATION)
1. Mô phỏng trực quan: Định luật bảo toàn động lượng
- Mô phỏng mô tả, trình bày hiện tượng vật lí: Động lượng toàn phần của
hệ kín là một đại lượng bảo toàn. Mô phỏng trình bày sự biến đổi của đại
lượng vật lí: động lượng
- Mô phỏng dùng trong dạy học kiến thức vật lí: Xây dựng định luật bảo
toàn động lượng, trong giai đoạn dạy học: Giải quyết vấn đề
- Mô tả việc sử dụng mô phỏng trong dạy học kiến thức đó theo 4 giai đoạn GQVĐ:
+ Tình huống: Quan sát va chạm của một viên bi cái với viên bi mục tiêu
đang đứng yên trong trò chơi bi-a. Thấy bi cái chuyển động nhanh thì bi
mục tiêu chuyển động nhanh hoặc bi cái có khối lượng lớn thì bi mục tiêu chuyển động nhanh.
+ Vấn đề: Khi hai vật trong một hệ kín tương tác với nhau, vận tốc trước
và sau va chạm như thế nào với khối lượng của chúng? + Giải quyết:
 Suy đoán giải pháp bằng lí thuyết (dùng mô phỏng trực quan để hỗ trợ)
Mô phỏng định luật bảo toàn động lượng
Tiến hành mô phỏng: Lần lượt nhập các số liệu về vận tốc và khối lượng của xe 1
và xe 2 ở các hộp nhập số liệu tương ứng. Và nhấn nút Pause/Play trên thanh công
cụ để tiến hành thí nghiệm. Khi tién hành làm thí nghiệm, học sinh sẽ quan sát và
có thể điền vào bảng số liệu như sau: Nhận Trước va chạm Sau va chạm xét
 Dựa vào bảng số liệu trên, kết hợp tính toán học sinh có thể dễ dàng kiểm
chứng được định luật bảo toàn động lượng.  Thực hiện giải pháp
 Kiểm nghiệm kết quả lí thuyết bằng thực nghiệm
 Thiết kế phương án thí nghiệm
 Thực hiện thí nghiệm
+ Kết luận: Đối chiếu kết quả thí nghiệm với kết quả đã thu được từ lí thuyết
 Khái niệm động lượng: Động lượng của một vật chuyển động là
đại lượng vật lí vectơ đặc trưng cho chuyển động của vật trong
tương tác với vật khác, được đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật.
 Định luật bảo toàn động lượng: vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn.
2. Mô phỏng trực quan: Định luật bảo toàn cơ năng (trường hợp cơ năng
con lắc đơn được bảo toàn)
- Mô phỏng mô tả, trình bày hiện tượng vật lí: Trong quá trình chuyển
động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển
thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng, tức là cơ năng của vật
được bảo toàn (không đổi theo thời gian). Mô phỏng trình bày sự biến đổi
của đại lượng vật lí: động năng, thế năng.
- Mô phỏng dùng trong dạy học kiến thức vật lí: Thiết lập định luật bảo
toàn cơ năng, trong giai đoạn dạy học: Giải quyết vấn đề
- Mô tả việc sử dụng mô phỏng trong dạy học kiến thức đó theo 4 giai đoạn GQVĐ:
+ Tình huống: Quan sát chuyển động của con lắc đơn gồm một vật nhỏ
có khối lượng m treo ở đầu một sợi dây không dãn chiều dài l, đầu kia
của dây được giữ cố định. Đưa vật lên một độ cao xác định rồi thả cho
vật chuyển động tự do. Thấy vật đi qua vị trí cân bằng (ứng với phương
thẳng đứng của dây), tiếp tục đi lên chậm dần và dừng lại ở một độ cao
bằng độ cao ban đầu. Sau đó, vật lại đi xuống qua vị trí cân bằng, tiếp tục đi lên,…
+ Vấn đề: Trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật
trong trọng trường liên tiếp thay đổi. Vậy có mối quan hệ gì giữa độ biến
thiên của hai dạng năng lượng này? + Giải quyết:
 Suy đoán giải pháp bằng lí thuyết (dùng mô phỏng trực quan để hỗ trợ)
Thí nghiệm mô phỏng định luật bảo toàn cơ năng (con lắc đơn)
Trong mô phỏng này: Có thể tiến hành thay đổi số liệu khối lượng của quả nặng và
tốc độ của quả nặng. Sau đó học sinh sẽ quan sát đồ thị, ghi nhận các số liệu về thế
năng và động năng ở từng thời điểm khác nhau để kiểm chứng định luật bảo toàn
cơ năng cho trường hợp con lắc đơn  Thực hiện giải pháp
 Kiểm nghiệm kết quả lí thuyết bằng thực nghiệm
 Thiết kế phương án thí nghiệm
 Thực hiện thí nghiệm
+ Kết luận: Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của
trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng
của chúng, tức là cơ năng của vật được bảo toàn (không đổi theo thời gian)