Lý 11 - STEM BÀI 1 - HOẠT ĐỘNG 4

 

PHIẾU HỌC TẬP STEM

MÔ HÌNH PIT-TÔNG — DAO ĐỘNG TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Vật lý 11 — Bài 1: Dao động điều hoà

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)

•     Mô tả được cơ cấu tay quay – thanh truyền – con trượt biến chuyển động quay đều của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến qua lại của pit-tông.

•     Giải thích được vì sao chuyển động của pit-tông có thể coi gần đúng là dao động điều hoà, và xác định được biên độ dao động bằng bán kính quay của trục khuỷu (bằng nửa hành trình pit-tông).

•     Vận dụng để giải bài toán "Em có biết" trang 8 SGK: pit-tông dao động trên đoạn thẳng dài 16 cm.

2. Công nghệ (Technology)

•     Tìm hiểu qua video/mô phỏng (ví dụ mô phỏng động cơ đốt trong trên internet) để quan sát chuyển động thực của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền – pit-tông.

•     Có thể quay video mô hình tự chế và phân tích chuyển động bằng phần mềm Tracker (nếu có điều kiện).

3. Kĩ thuật (Engineering)

•     Thiết kế, cắt ghép mô hình cơ cấu tay quay – con trượt đơn giản bằng bìa cứng: một đĩa tròn quay quanh trục cố định (mô phỏng trục khuỷu), một thanh nối (thanh truyền) và một con trượt di chuyển trong rãnh thẳng (mô phỏng pit-tông trong xi-lanh).

•     Điều chỉnh các khớp nối (dùng đinh ghim/kim bấm) để cơ cấu quay trơn tru, con trượt di chuyển đều, không bị kẹt.

4. Toán học (Mathematics)

•     Đo hành trình của con trượt (pit-tông), suy ra biên độ dao động A = hành trình/2.

•     Đo tốc độ quay của tay quay (số vòng/thời gian) để tính chu kỳ T của chuyển động.

•     So sánh biên độ đo được từ mô hình với bán kính quay đã thiết kế.

5. Phẩm chất, năng lực

•     Hợp tác nhóm: người cắt ghép mô hình, người quay tay đều, người đo đạc và bấm giờ.

•     Cẩn thận, tỉ mỉ khi lắp các khớp nối để mô hình hoạt động chính xác.

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên

•     Hình ảnh/video mặt cắt động cơ đốt trong, cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền – pit-tông (SGK trang 8, Hình 1.5).

•     Bìa cứng khổ A4, que tre/xiên gỗ dẹt, đinh ghim (loại có đầu tròn xoay được), kéo, dao rọc giấy.

•     Thước đo, đồng hồ bấm giây, máy tính/điện thoại có kết nối internet để xem mô phỏng (nếu có).

Học sinh (mỗi nhóm)

•     1 miếng bìa cứng để cắt đĩa tròn (bán kính khoảng 3–5 cm) làm "trục khuỷu".

•     1 que dẹt dài khoảng 10–15 cm làm "thanh truyền", 1 miếng bìa nhỏ làm "con trượt" (pit-tông).

•     2–3 đinh ghim làm khớp quay tại tâm đĩa, đầu thanh truyền và con trượt.

•     1 tấm bìa có rãnh thẳng để con trượt di chuyển dọc theo (mô phỏng thành xi-lanh).

•     Thước đo, đồng hồ bấm giây, giấy bút ghi kết quả.

III. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Thời gian	Bước	Nội dung hoạt động
5 phút	1. Khởi động	GV chiếu lại câu hỏi "Em có biết" trang 8 SGK: pit-tông dao động trên đoạn thẳng dài 16 cm. Hỏi HS: pit-tông có dao động điều hoà thật sự không? Vì sao trục khuỷu quay tròn lại làm pit-tông chuyển động thẳng qua lại?
10 phút	2. Thiết kế	Mỗi nhóm phác thảo cơ cấu: bán kính đĩa quay (trục khuỷu), chiều dài thanh truyền, vị trí rãnh trượt của con trượt (pit-tông). Ghi vào Mục IV.1 của phiếu.
15 phút	3. Lắp ráp & Thử nghiệm	Cắt đĩa tròn, thanh truyền, con trượt từ bìa cứng. Ghim các khớp nối bằng đinh ghim để có thể xoay tự do. Quay thử đĩa để kiểm tra con trượt di chuyển trơn tru trong rãnh, không bị kẹt.
15 phút	4. Đo đạc & Ghi số liệu	Đo hành trình của con trượt (khoảng cách giữa hai vị trí biên), suy ra biên độ A. Quay đĩa đều tay, đếm số vòng quay trong 10 giây để tính chu kỳ T. Ghi kết quả vào Mục IV.2.
10 phút	5. Báo cáo & Thảo luận	Các nhóm trình bày mô hình, đối chiếu biên độ đo được với bán kính quay đã thiết kế. GV nhận xét, chốt kiến thức và hướng dẫn vận dụng vào bài toán pit-tông 16 cm trong SGK.

 

IV. PHIẾU GHI KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

1. Thiết kế của nhóm

Bán kính đĩa quay (trục khuỷu) dự kiến: ......................... cm

Chiều dài thanh truyền: ......................... cm

Vật liệu làm mô hình: ...............................................................................................................

Cách cố định khớp quay: ☐ Đinh ghim      ☐ Kim bấm      ☐ Cách khác: ...................

Sơ đồ mô hình (vẽ tay – đĩa quay, thanh truyền, con trượt và rãnh trượt):

 

2. Kết quả đo trên mô hình

Đại lượng	Giá trị thiết kế	Giá trị đo được
Bán kính quay r (cm)
Hành trình con trượt L (cm)	L = 2r =
Biên độ dao động A = L/2 (cm)
Số vòng quay trong 10 giây
Chu kỳ T (s)

Nhận xét: Biên độ đo được có gần bằng bán kính quay r đã thiết kế không? ..............................................

 

3. Vận dụng: Bài toán pit-tông trong SGK

Đề bài (trang 8 SGK): Pit-tông của một động cơ đốt trong dao động trên một đoạn thẳng dài 16 cm và làm cho trục khuỷu của động cơ quay đều.

Biên độ dao động của một điểm trên mặt pit-tông: A = ......................... cm

Giải thích cách tính: .....................................................................................................................................

 

4. Câu hỏi thảo luận

•     Vì sao chuyển động của pit-tông chỉ là dao động điều hoà "gần đúng", không hoàn toàn tuân theo phương trình x = Acos(ωt + φ)?

•     Nếu thanh truyền càng dài so với bán kính quay của trục khuỷu, chuyển động của pit-tông sẽ càng giống dao động điều hoà lí tưởng hay càng khác? Vì sao?

•     Từ mô hình, hãy giải thích vì sao biên độ dao động của pit-tông luôn bằng bán kính quay của trục khuỷu.

•     Nêu thêm một ứng dụng thực tế khác có cùng nguyên lí biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua lại (máy khâu, máy bơm pit-tông, cần gạt nước ô tô...).

 

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)	Cơ cấu quay trơn tru, con trượt di chuyển đều đặn, không kẹt	Cơ cấu hoạt động được nhưng đôi lúc còn bị kẹt/lệch	Cơ cấu không quay được hoặc con trượt bị kẹt liên tục
Đo đạc & tính toán (Math)	Đo đúng hành trình, tính đúng biên độ, chu kỳ và bài toán vận dụng	Đo được số liệu nhưng còn sai sót khi tính toán	Thiếu số liệu hoặc tính sai nhiều
Vận dụng kiến thức (Science)	Giải thích đúng bản chất dao động gần đúng, áp dụng đúng bài toán pit-tông 16 cm	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: ............................................................................................................................................