Lý 11 - STEM BÀI 1 - HOẠT ĐỘNG 5

 

PHIẾU HỌC TẬP STEM

PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM TRACKER

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)

•     Đọc và xác định được biên độ A, tần số góc ω, pha ban đầu φ của dao động điều hòa từ đồ thị li độ – thời gian thu được bằng thực nghiệm.

•     So sánh, đánh giá được mức độ phù hợp giữa mô hình lí thuyết x = Acos(ωt + φ) với số liệu đo thực tế.

2. Công nghệ (Technology)

•     Biết sử dụng phần mềm phân tích video Tracker (miễn phí) để số hoá chuyển động của vật dao động theo từng khung hình.

•     Sử dụng chức năng "Data Tool / Curve Fit" của Tracker để khớp số liệu với hàm cosin và đọc ra các thông số A, ω, φ.

•     Biết quay video bằng điện thoại đúng kĩ thuật (giữ máy cố định, đủ ánh sáng, có vật mốc để hiệu chỉnh tỉ lệ).

3. Kĩ thuật (Engineering)

•     Thiết kế được bố cục quay video hợp lí: camera vuông góc với mặt phẳng dao động, có giá đỡ cố định, có thước làm mốc chiều dài trong khung hình.

•     Điều chỉnh điều kiện quay (khoảng cách, ánh sáng, độ tương phản giữa vật và nền) để việc đánh dấu vị trí vật trên Tracker được chính xác.

4. Toán học (Mathematics)

•     Tính chu kỳ T = 2π/ω từ thông số ω mà phần mềm xác định được.

•     Tính sai lệch phần trăm giữa chu kỳ đo bằng Tracker và chu kỳ đo bằng đồng hồ bấm giây (nếu đã thực hiện ở Hoạt động 1).

5. Phẩm chất, năng lực

•     Hợp tác nhóm: người quay video, người thao tác phần mềm, người ghi và phân tích số liệu.

•     Rèn năng lực tin học, sử dụng công cụ số trong học tập môn Vật lý.

II. CHUẨN BỊ

Giáo viên

•     Máy tính (phòng máy hoặc máy tính nhóm) đã cài sẵn phần mềm Tracker (tải miễn phí tại physlets.org/tracker).

•     Video mẫu về dao động con lắc để hướng dẫn thao tác nhanh trên Tracker (calibrate, track, curve fit).

•     Hướng dẫn nhanh (tờ rơi/slide) các bước sử dụng Tracker cơ bản.

Học sinh (mỗi nhóm)

•     1 con lắc lò xo hoặc con lắc đơn (có thể dùng lại mô hình từ Hoạt động 1).

•     1 điện thoại có camera quay video, giá đỡ điện thoại hoặc vật kê cố định (sách, hộp...).

•     1 thước kẻ/thước dây đặt cùng mặt phẳng dao động để làm mốc hiệu chỉnh tỉ lệ (calibration stick).

•     Máy tính đã cài Tracker (hoặc dùng chung máy của phòng thực hành) để xử lí video.

III. TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG

Thời gian	Bước	Nội dung hoạt động
5 phút	1. Khởi động	GV giới thiệu nhanh phần mềm Tracker qua một video mẫu đã phân tích sẵn, cho HS thấy đồ thị x–t dạng hình sin được vẽ tự động từ video con lắc dao động.
10 phút	2. Quay video	Đặt điện thoại cố định, vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc. Đặt thước làm mốc chiều dài trong cùng khung hình. Cho con lắc dao động và quay video liên tục khoảng 15–20 giây (ít nhất 5–6 chu kỳ).
20 phút	3. Xử lí trên Tracker	Nhập video vào Tracker, hiệu chỉnh tỉ lệ (calibrate) theo thước đã quay. Đánh dấu (track) vị trí vật dao động qua từng khung hình để phần mềm tự vẽ đồ thị x–t. Dùng chức năng khớp hàm (curve fit) với hàm cosin để xác định A, ω, φ.
10 phút	4. Ghi số liệu & So sánh	Ghi lại các thông số A, ω, T, φ mà Tracker xác định được. Nếu đã đo chu kỳ bằng đồng hồ ở Hoạt động 1, so sánh và tính sai lệch phần trăm. Ghi vào Mục IV.2.
10 phút	5. Báo cáo & Thảo luận	Các nhóm trình chiếu đồ thị và thông số thu được, nhận xét mức độ khớp giữa số liệu thực nghiệm và mô hình lí thuyết. GV nhận xét, tổng kết chương.

 

IV. PHIẾU GHI KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

1. Thiết kế thí nghiệm quay video

Loại con lắc sử dụng: ☐ Con lắc lò xo      ☐ Con lắc đơn

Khoảng cách từ camera đến mặt phẳng dao động: ......................... cm

Vật/đoạn dùng làm mốc hiệu chỉnh tỉ lệ (calibration stick): .....................................................

Chiều dài thực tế của vật mốc: ......................... cm

Sơ đồ bố trí quay video (vẽ tay – vị trí camera, con lắc, thước mốc):

 

2. Thông số thu được từ Tracker

Đại lượng	Kí hiệu	Giá trị từ Tracker
Biên độ	A (cm)
Tần số góc	ω (rad/s)
Chu kỳ (T = 2π/ω)	T (s)
Pha ban đầu	φ (rad)
Độ khớp của hàm fit (nếu phần mềm hiển thị)	R²

 

3. So sánh với kết quả đo thủ công (Hoạt động 1, nếu có)

Chu kỳ T (s)	Đo bằng đồng hồ bấm giây	Phân tích bằng Tracker
Giá trị

Sai lệch phần trăm giữa hai phương pháp: δ = |T_đồng hồ − T_Tracker| / T_Tracker × 100% = ......................... %

 

4. Đồ thị li độ – thời gian

Dán ảnh chụp màn hình đồ thị x–t từ Tracker hoặc vẽ phác lại hình dạng đường cong vào khung dưới đây:

 

5. Câu hỏi thảo luận

•     Vì sao phương pháp phân tích video bằng Tracker thường cho kết quả chính xác hơn phương pháp bấm giờ bằng tay?

•     Thông số R² (độ khớp của hàm fit) gần bằng 1 cho biết điều gì về sự phù hợp giữa số liệu thực nghiệm và mô hình lí thuyết x = Acos(ωt + φ)?

•     Nếu quay video với tốc độ khung hình (fps) thấp hoặc camera bị rung, kết quả phân tích có thể sai lệch như thế nào?

•     Đề xuất ít nhất một cách cải thiện độ chính xác khi quay video phục vụ phân tích (ánh sáng, độ tương phản, góc quay, tốc độ khung hình...).

 

V. THANG ĐÁNH GIÁ (RUBRIC)

Tiêu chí	Tốt (8–10 điểm)	Đạt (5–7 điểm)	Cần cải thiện (<5 điểm)
Chất lượng video (Engineering)	Video rõ nét, camera cố định, có mốc chiều dài, đủ số chu kỳ	Video dùng được nhưng còn rung nhẹ hoặc thiếu mốc rõ ràng	Video mờ, rung nhiều hoặc thiếu mốc hiệu chỉnh
Kĩ năng xử lí phần mềm (Technology)	Calibrate đúng, track chính xác, khớp hàm hợp lí (R² cao)	Track được nhưng còn một vài điểm lệch, R² chưa cao	Không hoàn thành được việc track hoặc khớp hàm
Vận dụng kiến thức (Science/Math)	Đọc đúng A, ω, T, φ; so sánh hợp lí với kết quả đo thủ công	Đọc được thông số nhưng so sánh chưa đầy đủ	Chưa đọc đúng thông số hoặc thiếu so sánh
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: ............................................................................................................................................