PHIẾU HỌC TẬP STEM

CON LẮC CÁT — VẼ ĐỒ THỊ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

Vật lý 11 — Bài 1: Dao động điều hòa

Môn học

Vật lý 11

Thời lượng

Vật lý

45 – 60 phút (1 tiết trên lớp; có thể giao chuẩn bị trước ở nhà)

45–60 phút

Nhóm

4–5 học sinh/nhóm

Hình thức

Lớp: ...........

Họ tên thành viên: ...........................................................

Thực hành nhóm

 

I. MỤC TIÊU HOẠT ĐỘNG

1. Kiến thức (Science)

•     Quan sát trực tiếp được dạng đồ thị li độ – thời gian (hình sin) của dao động điều hòa, đúng như Hình 1.2 SGK.

•     Giải thích được vì sao đường vệt cát tạo thành có dạng hình sin (liên hệ vị trí vật theo thời gian khi giấy được kéo đều).

•     Nhận biết được biên độ A và chu kì T ngay trên đường cong vẽ được.

2. Công nghệ (Technology)

•     Sử dụng điện thoại quay video quá trình cát rơi để phân tích lại tốc độ kéo giấy nếu cần điều chỉnh.

3. Kĩ thuật (Engineering)

•     Thiết kế phễu chứa cát (hoặc bột màu) có lỗ thoát nhỏ, treo được như con lắc đơn dao động ổn định.

•     Thiết kế cơ cấu kéo giấy/bìa bên dưới với tốc độ đều (dùng tay kéo đều nhịp, con lăn quay tay, hoặc băng chuyền đơn giản).

•     Điều chỉnh, cải tiến để vệt cát rõ nét và đường cong mượt, không bị đứt quãng.

4. Toán học (Mathematics)

•     Đo và so sánh biên độ, "chu kì trên giấy" (khoảng cách lặp lại của đường cong) giữa các lần thử.

•     Liên hệ hình dạng đường cong vẽ được với hàm số x = Acos(ωt + φ).

5. Phẩm chất, năng lực

•     Hợp tác nhóm: một bạn giữ/thả con lắc, một bạn kéo giấy đều tay, một bạn quan sát và ghi chép.

•     Sáng tạo trong việc lựa chọn vật liệu thay thế (cát, bột mì, sơn nước loãng...).

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên

•     Giá treo con lắc (giá thí nghiệm, khung cửa, hoặc giá tự chế bằng gỗ/ống nhựa).

•     Cát khô mịn (hoặc bột mì, cà phê xay) và phễu nhỏ có thể đục lỗ đáy.

•     Bìa cứng hoặc giấy A3/A0 dài để hứng vệt cát khi kéo.

•     Kéo, băng dính, dây treo, que chống lắc ngang (nếu có).

Học sinh (mỗi nhóm)

•     1 cốc giấy hoặc chai nhựa nhỏ, đục 1 lỗ nhỏ ở đáy để làm phễu.

•     Cát khô hoặc bột màu tương phản với màu giấy nền.

•     Dây treo (2–3 sợi buộc vào miệng cốc để cốc treo thẳng và không xoay).

•     1 tấm bìa dài (khoảng 60–100 cm) hoặc vài tờ giấy A4 nối lại.

•     Giá đỡ hoặc 2 bạn giữ khung treo cố định.

III. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Thời gian

Bước

Nội dung hoạt động

5 phút

1. Khởi động

GV đặt câu hỏi: "Làm sao để 'nhìn thấy' được đồ thị hình sin của dao động điều hòa mà không cần máy móc hiện đại?". HS quan sát lại Hình 1.2, 1.4 SGK và dự đoán cách làm.

10 phút

2. Thiết kế

Mỗi nhóm phác thảo: cách treo phễu cát, kích thước lỗ thoát cát, cách kéo giấy đều tay, khoảng cách từ phễu đến mặt giấy. Ghi vào Mục IV.1 của phiếu.

15 phút

3. Lắp ráp & Thử nghiệm

Treo phễu cát thành con lắc đơn, cho dao động theo một phương thẳng. Kéo tấm bìa/giấy đều tay theo phương vuông góc với mặt phẳng dao động, bên dưới phễu, để cát rơi vẽ thành đường cong.

15 phút

4. Quan sát & Ghi nhận

Thực hiện lại 2–3 lần để có đường cong rõ nét nhất. Đo biên độ và "chu kì trên giấy" của đường cong. So sánh hình dạng với đồ thị lí thuyết. Ghi kết quả vào Mục IV.2.

10 phút

5. Báo cáo & Thảo luận

Các nhóm trưng bày tấm giấy có vệt cát, so sánh độ đều/mượt của đường cong giữa các nhóm. GV nhận xét, chốt kiến thức và liên hệ với phương trình x = Acos(ωt + φ).

 

IV. PHIẾU GHI KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

1. Thiết kế của nhóm

Vật liệu làm phễu: ...............................................................................................................

Vật liệu tạo vệt (cát/bột mì/bột cà phê...): .........................................................................

Chiều dài dây treo con lắc: ......................... cm

Cách kéo giấy: ☐ Kéo tay đều      ☐ Dùng con lăn/băng chuyền      ☐ Cách khác: .................

Sơ đồ/hình vẽ minh hoạ (vẽ tay):

 

 

 

 

 

 

2. Kết quả quan sát trên đường vệt cát

Thực hiện 3 lần kéo giấy, đo trên mỗi đường cong thu được:

Lần thử

Biên độ trên giấy A (cm)

Khoảng cách giữa 2 đỉnh liên tiếp (cm)

Đường cong có đều, mượt không?

Lần 1

 

 

 

 

 

 

Lần 2

 

 

 

 

 

 

Lần 3

 

 

 

 

 

 

 

3. Đối chiếu với lí thuyết

Đường cong vệt cát có dạng: ☐ Hình sin rõ ràng     ☐ Gần giống hình sin nhưng chưa đều     ☐ Không rõ dạng

So với đồ thị x = Acos(ωt + φ) trong SGK, đường cong vẽ được:

.....................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................

Nguyên nhân nếu đường cong chưa đều (nếu có): ...........................................................................................

 

4. Câu hỏi thảo luận

•     Vì sao đường vệt cát lại có dạng hình sin? Hãy giải thích dựa trên chuyển động của con lắc theo phương ngang (do người kéo giấy) và theo phương dao động.

•     Nếu kéo giấy nhanh hơn (không đều tốc độ), đường cong thu được sẽ thay đổi như thế nào? Vì sao cần kéo giấy với tốc độ càng đều càng tốt?

•     Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp trên giấy đại diện cho đại lượng vật lý nào của dao động điều hòa?

•     Đề xuất một cải tiến để đường vệt cát rõ nét và đều hơn (ví dụ: kích thước lỗ phễu, tốc độ kéo giấy, độ cao phễu...).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ (RUBRIC)

Tiêu chí

Tốt (8–10 điểm)

Đạt (5–7 điểm)

Cần cải thiện (<5 điểm)

Thiết kế & lắp ráp (Engineering)

Phễu chảy cát đều, con lắc dao động ổn định đúng phương

Phễu hoạt động được nhưng cát chảy không đều

Phễu bị tắc/chảy quá nhanh, con lắc dao động không ổn định

Chất lượng đường cong (Math)

Đường cong rõ nét, đều, đo được biên độ và khoảng lặp lại chính xác

Đường cong tương đối rõ nhưng chưa thật đều

Đường cong mờ, đứt quãng, khó đo đạc

Vận dụng kiến thức (Science)

Giải thích đúng cơ chế tạo hình sin, liên hệ chính xác với x = Acos(ωt + φ)

Giải thích được ý chính nhưng chưa đầy đủ

Chưa giải thích được hoặc sai kiến thức

Làm việc nhóm & trình bày

Phân công rõ ràng, trình bày mạch lạc, tự tin

Có phân công nhưng trình bày còn rời rạc

Thiếu sự phối hợp trong nhóm

 

 

Ghi chú của giáo viên: ............................................................................................................................................