PHIẾU HỌC TẬP STEM

MÔ HÌNH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA & CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU

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)

•     Trình bày được mối liên hệ giữa dao động điều hòa và hình chiếu của một chuyển động tròn đều lên một trục (đúng như Hình 1.6, 1.7 SGK).

•     Giải thích được vì sao hình chiếu của điểm chuyển động tròn đều lên trục Ox dao động theo phương trình x = OM·cos(ωt + φ).

•     Liên hệ tốc độ góc ω của chuyển động tròn với tần số góc của dao động điều hòa.

2. Công nghệ (Technology)

•     Sử dụng động cơ mô tơ nhỏ chạy pin (hoặc quạt DC cũ) để tạo chuyển động quay đều với tốc độ ổn định.

•     Dùng đèn pin/đèn điện thoại làm nguồn sáng song song để tạo bóng rõ nét trên tường.

•     Có thể quay video bằng điện thoại và xem lại chậm (slow-motion) để kiểm chứng hai bóng luôn trùng nhau.

3. Kĩ thuật (Engineering)

•     Thiết kế, lắp ráp mô hình gồm: đĩa quay/thanh quay gắn vật nhỏ (bi, nút áo) ở mép, con lắc lò xo hoặc con lắc đơn dao động thẳng đứng đặt cạnh bên.

•     Căn chỉnh vị trí đèn chiếu, mô hình quay và con lắc sao cho hai bóng chuyển động cùng biên độ và trùng nhau trên màn/tường.

•     Điều chỉnh tốc độ quay của mô tơ (qua biến trở hoặc thay đổi số vòng dây/pin) để khớp với chu kỳ dao động của con lắc.

4. Toán học (Mathematics)

•     Đo bán kính quay (biên độ A) và so sánh với biên độ dao động của con lắc.

•     Đo thời gian một vòng quay (chu kỳ) và so sánh với chu kỳ dao động của con lắc lò xo/con lắc đơn đặt cạnh bên.

5. Phẩm chất, năng lực

•     Hợp tác nhóm: phân công người lắp mô hình quay, người lắp con lắc, người canh chỉnh đèn chiếu và quan sát bóng.

•     Kiên trì thử nghiệm, điều chỉnh nhiều lần để đạt được sự trùng khớp giữa hai bóng.

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên

•     Mô tơ điện nhỏ chạy pin (loại dùng trong đồ chơi/quạt mini), pin và dây nối.

•     Đĩa tròn nhỏ hoặc que/thanh cứng gắn vào trục mô tơ để làm tay quay.

•     Giá treo con lắc lò xo hoặc con lắc đơn (dùng lại từ Hoạt động 1).

•     Đèn pin công suất đủ mạnh hoặc đèn bàn có thể chiếu song song.

•     Bức tường trắng/màn chiếu, phòng có thể làm tối bớt để nhìn rõ bóng.

Học sinh (mỗi nhóm)

•     1 mô tơ mini chạy pin (có thể tháo từ đồ chơi cũ, quạt mini hỏng) hoặc thay bằng đĩa quay tay đều.

•     1 viên bi nhỏ/nút áo/hạt cườm gắn cố định gần mép đĩa hoặc đầu que quay.

•     1 con lắc lò xo hoặc con lắc đơn đã lắp từ Hoạt động 1 (có cùng biên độ với bán kính quay nếu có thể).

•     1 đèn pin (điện thoại), thước đo, đồng hồ bấm giây.

III. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Thời gian

Bước

Nội dung hoạt động

5 phút

1. Khởi động

GV chiếu lại Hình 1.6, 1.7 SGK, đặt câu hỏi: "Vì sao hình chiếu của một điểm chuyển động tròn đều lại dao động điều hòa?". HS quan sát và dự đoán.

10 phút

2. Thiết kế

Mỗi nhóm phác thảo cách bố trí: vị trí mô tơ/đĩa quay, vị trí con lắc, vị trí đèn chiếu và màn/tường hứng bóng sao cho hai bóng có thể chuyển động trên cùng một đường thẳng. Ghi vào Mục IV.1.

15 phút

3. Lắp ráp & Căn chỉnh

Lắp mô tơ/đĩa quay và con lắc theo thiết kế. Chiếu đèn từ một phía, điều chỉnh khoảng cách và góc chiếu để bóng của vật quay và bóng của con lắc cùng nằm trên một đường thẳng đứng trên tường.

15 phút

4. Quan sát & Ghi nhận

Cho mô tơ quay và con lắc dao động đồng thời. Điều chỉnh tốc độ quay (hoặc chiều dài dây con lắc) để hai bóng chuyển động trùng khớp nhất có thể. Đo bán kính quay, chu kỳ quay và chu kỳ dao động để so sánh. Ghi vào Mục IV.2.

10 phút

5. Báo cáo & Thảo luận

Các nhóm trình diễn mô hình, giải thích vì sao hai bóng trùng nhau. GV nhận xét, chốt kiến thức và liên hệ với phương trình x = OM·cos(ωt + φ).

 

IV. PHIẾU GHI KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

1. Thiết kế của nhóm

Cách tạo chuyển động tròn đều: ☐ Mô tơ chạy pin      ☐ Quay tay đều      ☐ Cách khác: ...................

Bán kính quay (khoảng cách từ trục đến vật gắn ở mép): ......................... cm

Loại con lắc đối chiếu: ☐ Con lắc lò xo      ☐ Con lắc đơn

Khoảng cách từ đèn chiếu đến mô hình / màn hứng bóng: ......................... cm

Sơ đồ bố trí thí nghiệm (vẽ tay – vị trí đèn, mô hình quay, con lắc, màn hứng bóng):

 

 

 

 

 

 

2. Kết quả đo và so sánh

So sánh giữa chuyển động tròn đều (mô hình quay) và dao động điều hòa (con lắc):

Đại lượng

Chuyển động tròn đều

Dao động điều hòa (con lắc)

Bán kính quay / Biên độ A (cm)

 

 

 

 

Thời gian 1 vòng quay / 1 dao động toàn phần (s)

 

 

 

 

Chu kỳ T (s)

 

 

 

 

 

3. Quan sát bóng trên tường/màn

Hai bóng (bóng vật quay và bóng con lắc) có trùng khớp chuyển động với nhau không?

☐ Trùng khớp hoàn toàn      ☐ Gần trùng khớp (còn lệch nhẹ)      ☐ Chưa trùng khớp

Nếu chưa trùng khớp, nhóm đã điều chỉnh những gì để cải thiện (tốc độ quay, chiều dài dây, vị trí đèn...)?

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

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

 

4. Câu hỏi thảo luận

•     Dựa vào Hình 1.6 SGK, hãy giải thích vì sao hình chiếu Q của điểm M (chuyển động tròn đều) lên trục Ox lại dao động điều hòa theo phương trình x = OM·cos(ωt + φ).

•     Đại lượng nào của chuyển động tròn đều tương ứng với biên độ A của dao động điều hòa? Đại lượng nào tương ứng với tần số góc ω?

•     Nếu tăng tốc độ quay của mô tơ, chu kỳ dao động "tương đương" của bóng sẽ thay đổi như thế nào? Con lắc cần điều chỉnh ra sao để chu kỳ khớp lại với chuyển động quay?

•     Hãy nêu một ứng dụng thực tế khác (ngoài SGK) có sử dụng mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V. THANG ĐÁNH GIÁ (RUBRIC)

Tiêu chí

Tốt (8–10 điểm)

Đạt (5–7 điểm)

Cần cải thiện (<5 điểm)

Thiết kế & lắp ráp (Engineering)

Mô hình quay ổn định, căn chỉnh chính xác để hai bóng cùng phương

Mô hình hoạt động được nhưng cần điều chỉnh nhiều lần

Mô hình không quay ổn định hoặc không căn chỉnh được

Độ trùng khớp & đo đạc (Math)

Hai bóng trùng khớp tốt, đo và so sánh chính xác biên độ, chu kỳ

Hai bóng gần trùng khớp, số liệu đo còn thiếu chính xác

Hai bóng không trùng khớp, thiếu số liệu đo

Vận dụng kiến thức (Science)

Giải thích đúng bản chất hình chiếu, liên hệ chính xác với x = OM·cos(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: ............................................................................................................................................