of x

Báo cáo nghiên cứu khoa học: Một số giải pháp nâng cao chất lượng bài thí nghiệm “Tổng hợp dao động của con lắc kép”

Đăng ngày | Thể loại: | Lần tải: 0 | Lần xem: 0 | Page: 5 | FileSize: M | File type: PDF
0 lần xem

Báo cáo nghiên cứu khoa học: Một số giải pháp nâng cao chất lượng bài thí nghiệm “Tổng hợp dao động của con lắc kép”. Tuyển tập các báo cáo nghiên cứu khoa học hay nhất của trường đại học vinh năm 2008 tác giả: 2. Võ Thanh Cương, Một số giải pháp nâng cao chất lượng bài thí nghiệm “Tổng hợp dao động của con lắc kép” ...Khoa học (trong tiếng Latin scientia, có nghĩa là kiến thức hoặc hiểu biết) là các nỗ lực thực hiện phát minh, và tăng lượng tri thức hiểu biết của con người về cách thức hoạt động của thế giới vật chất xung quanh. Thông qua các phương pháp kiểm soát, nhà khoa học sử dụng cách.... Cũng như các tài liệu khác được thành viên chia sẽ hoặc do tìm kiếm lại và chia sẽ lại cho các bạn với mục đích nghiên cứu , chúng tôi không thu phí từ bạn đọc ,nếu phát hiện nội dung phi phạm bản quyền hoặc vi phạm pháp luật xin thông báo cho chúng tôi,Ngoài thư viện tài liệu này, bạn có thể download đồ án thạc sĩ tiến sĩ phục vụ tham khảo Vài tài liệu download mất font không hiển thị đúng, thì do máy tính bạn không hỗ trợ font củ, bạn tải các font .vntime củ về cài sẽ xem được.

https://tailieumienphi.vn/doc/bao-cao-nghien-cuu-khoa-hoc-mot-so-giai-phap-nang-cao-chat-luong-bai-thi-nghiem--nvzwtq.html

Nội dung


  1. §¹i häc Vinh T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVII, sè 1A-2008 Mét sè gi¶i ph¸p N©ng cao chÊt l−îng Bµi thÝ nghiÖm “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp” Vâ Thanh C−¬ng (a) Tãm t¾t. N©ng cao chÊt l−îng ®µo t¹o thÝ nghiÖm vËt lý lµ mét viÖc lµm cÇn thiÕt. Víi môc ®Ých trªn, trong bµi b¸o nµy chóng t«i ®−a ra mét sè gi¶i ph¸p tù chÕ t¹o bé kÕt nèi thÝ nghiÖm “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp” víi m¸y vi tÝnh. 1. LÝ luËn d¹y häc quan niÖm qu¸ tr×nh d¹y häc ph¶i ®¶m b¶o mét sè nguyªn t¾c nhÊt ®Þnh, tr−íc hÕt lµ nguyªn t¾c trùc quan. TÝnh trùc quan trong d¹y häc th−êng ®−îc thùc hiÖn qua c¸c ph−¬ng tiÖn d¹y häc. VËt lý lµ m«n häc thùc nghiÖm, bëi vËy thÝ nghiÖm vËt lý cã vai trß quan träng trong viÖc t¨ng tÝnh trùc quan, n©ng cao chÊt l−îng d¹y vËt lý. Tù thiÕt kÕ c¸c bé kÕt nèi (interface) gi÷a mét sè thÝ nghiÖm vËt lý víi m¸y vi tÝnh lµ mét viÖc lµm cÇn thiÕt cho viÖc d¹y thùc hµnh ë c¸c tr−êng ®¹i häc còng nh− ë c¸c bËc häc phæ th«ng. Trong c¸c thÝ nghiÖm vËt lý, phÐp ®o thêi gian lµ mét trong c¸c phÐp ®o c¬ b¶n vÝ dô nh−: c¸c thÝ nghiÖm (TN) vÒ ®Þnh luËt 2 Newton, TN vÒ ®Þnh luËt b¶o toµn ®éng l−îng, TN vÒ tæng hîp dao ®éng cña hai con l¾c kÐp, TN vÒ con l¾c thuËn nghÞch vv... §Ó n©ng cao chÊt l−îng thÝ nghiÖm ®· cã rÊt nhiÒu gi¶i ph¸p vÒ c¸c bé kÕt nèi m¸y vi tÝnh víi c¸c thÝ nghiÖm trªn, vÝ dô nh−: c¸c bé Cassy hoÆc c¸c bé VideoCom cña h·ng Leybol hoÆc cña h·ng Phywe. C¸c bé kÕt nèi nhËp ngo¹i nµy gi¸ thµnh cao vµ cã nhiÒu yªu cÇu vÒ kü thuËt nªn ch−a ®−îc phæ biÕn vµ sö dông réng r¶i. Bµi viÕt nµy sÏ giíi thiÖu mét sè gi¶i ph¸p kÕt nèi gi÷a thÝ nghiÖm vËt lý víi m¸y vi tÝnh, trong ®ã m¸y vi tÝnh ghi nhËn vµ xö lÝ c¸c kÕt qu¶ c¸c phÐp ®o thêi gian trong c¸c thÝ nghiÖm nãi trªn. §Ó thùc hiÖn c«ng viÖc ®ã ta cÇn ®iÓm l¹i mét sè nÐt c¬ b¶n cña c¸c bé c¶m biÕn, bé kÕt nèi thiÕt bÞ ngo¹i vi víi m¸y vi tÝnh vµ kü thuËt truyÒn th«ng RS232 (kü thuËt giao tiÕp m¸y vi tÝnh víi thiÕt bÞ ngo¹i vi). 2. Do yªu cÇu kü thuËt, trong c¸c thÝ nghiÖm kh¸c nhau sö dông c¸c bé c¶m biÕn kh¸c nhau vÝ dô nh−: trong thÝ nghiÖm vÒ ®o hÖ sè nhít b»ng ph−¬ng ph¸p Stock ta sö dông bé c¶m biÕn tõ [2], trong c¸c thÝ nghiÖm vÒ chuyÓn ®éng trªn ®Öm kh«ng khÝ ta dïng c¸c bé c¶m biÕn quang (Fock Light Barie) [1], víi c¸c phÐp ®o chu kú con l¾c dao ®éng ta l¹i dïng c¸c bé c¶m biÕn hång ngo¹i vv...Tuy cÊu t¹o vËt lý kh¸c nhau, nh−ng c¸c bé c¶m biÕn ®Òu cã ®iÓm gièng nhau: khi vËt ®i qua vÞ trÝ ®Æt c¶m biÕn, ®Çu ra c¸c bé c¶m biÕn xuÊt hiÖn tÝn hiÖu ®iÖn. C¸c tÝn hiÖu nµy ®−îc c¸c bé khuyÕch ®¹i thÝch hîp t¹o thµnh c¸c xung ®iÒu khiÓn cho c¸c bé kÕt nèi víi m¸y vi tÝnh. Bé kÕt nèi gi÷a thÝ nghiÖm vËt lý vµ m¸y tÝnh ta cã thÓ sö dông IC vi xö lÝ AT89C52. IC AT89C52 ho¹t ®éng nh− mét m¸y tÝnh mini ®éc lËp: cã bé xö lÝ trung t©m (CPU), cã 255 thanh ghi víi bé nhí 64 KB, bé nhí sè liÖu ®éng RAM 128 KB, 32 cæng giao tiÕp vµo ra (I/O ports), 2 ng¾t (interrupts) ngoµi vµ 3 ng¾t trong, 2 bé ®Õm thêi gian (time & counter) víi chÕ ®é ®Õm trµn (overflow), 4KB ROM cho c¸c lÖnh NhËn bµi ngµy 16/10/2008. Söa ch÷a xong 07/01/2008. 11
  2. … “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp”, tr. 11-15 Vâ Thanh C−¬ng ngÇm ®Þnh, bé t¹o dao ®éng OSC cã thÓ ho¹t ®éng víi dao ®éng th¹ch anh (xtal), c¸c ®−êng truyÒn sè liÖu 8 bit (parallel bus), ®−êng truyÒn sè liÖu nèi tiÕp (serial port) tèc ®é cao vv... phï hîp cho viÖc chÕ t¹o c¸c bé kÕt nèi thÝ nghiÖm vËt lý víi m¸y vi tÝnh. Xung ®iÒu khiÓn (tõ c¸c bé c¶m biÕn) ®−îc truyÒn tíi c¸c ng¾t ngoµi (ch©n P3.2 hoÆc ch©n P3.3) cña IC AT89C52. Víi phÇn mÒm cµi s½n IC AT89C52 sÏ xö lÝ c¸c th«ng tin, sau ®ã göi kÕt qu¶ vÒ m¸y tÝnh ®Ó tÝnh to¸n vµ hiÓn thÞ kÕt qu¶. C¸c th«ng tin ®−îc truyÒn tõ ch©n TxD (Serial output port) cña IC AT89C52 sang ch©n RxD (Receive Data) trªn cæng RS232 cña m¸y vi tÝnh. C¸c ch©n cæng RS 232 cña m¸y vi tÝnh cã s¬ ®å nh− h×nh 1, trong ®ã ch©n RxD lµ ch©n thø 2. Møc ®iÖn ¸p logic cña cæng RS 232 lµ hai møc +15V vµ -15V (vÝ dô víi ®−êng d÷ liÖu sö dông logic ©m, logic 1 cã ®iÖn thÕ gi÷a -5V vµ -15V, logic 0 cã ®iÖn thÕ gi÷a +5V vµ 15 V). §Ó truyÒn tÝn hiÖu tõ ch©n TxD cña IC AT8952 (cã ®iÖn ¸p tõ 0V ®Õn 5V) sang cæng RS 232 cña m¸y tÝnh ta ph¶i truyÒn tÝn hiÖu qua mét IC cã chøc n¨ng khuÕch ®¹i vµ chuyÓn ®æi tÝn hiÖu vÝ dô nh−: IC H1N232CP hoÆc Max232... [6] 1. TC AT89C52 2. Th¹ch anh 24 MHz 3. IC H1N 232 H.2 M¹ch ®iÖn tö cña bé kÕt nèi Cã nhiÒu gi¶i ph¸p kh¸c nhau ®Ó chÕ t¹o bé kÕt nèi tÝn hiÖu tõ c¸c bé c¶m biÕn ®Õn m¸y vi tÝnh. Nh−ng phÇn mÒm truyÒn sè liÖu tõ IC vi xö lÝ vµ nhËn sè liÖu tõ cæng COM vµo d÷ liÖu m¸y vi tÝnh ®Òu nh− nhau. §Ó truyÒn sè liÖu tõ IC AT89C52 ta lµm nh− sau: sè liÖu thùc nghiÖm (tÝn hiÖu b¸o ng¾t hoÆc kho¶ng thêi gian ®o ®−îc gi÷a hai tÝn hiÖu ng¾t) ®−îc ghi nhËn vµo thanh ghi A (Accumulator register) cña IC vi xö lÝ AT 89C52. §o¹n phÇn mÒm sau (®−îc viÕt trªn ng«n ng÷ C chuyªn dïng cho lËp tr×nh IC vi xö lÝ IC AT89C52 [3]) sÏ truyÒn sè liÖu ®· l−u trªn thanh ghi A sang cæng RS232 trong suèt thêi gian gi¸ trÞ TI = 1. out_pc: sbuf, A ‘göi gi¸ trÞ trong thanh ghi A ®Õn ch©n TxD mov jnb TI, $ ‘chê cho ®Õn khi TI=1 clr TI ‘Xo¸ TI (TI=0) ret 12
  3. §¹i häc Vinh T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVII, sè 1A-2008 §Ó nhËn sè liÖu vµo m¸y vi tÝnh, ta sö dông phÇn mÒm Visual Basic 6.0. Khi nhËn tÝn hiÖu tõ AT89C52, m¸y tÝnh tù ®éng gäi hµm Private Sub Form Load () vµ ch¹y tÊt c¶ c¸c hµm trong Private Sub Form Load () cho tíi khi gÆp lÖnh End Sub: 1. Private Sub Load () 2. MSComm1.CommPort = 1 ‘(®Æt sè hiÖu cæng COM.) 3. MSComm1.Seting= “9600, n, 8, 1” ‘(®Æt tèc ®é baud vµ sè liÖu truyÒn nhËn). 4. MSComm1. PortOpen = True ‘m· lÖnh më cæng COM. 5. End Sub Dßng 2 lµ lÖnh khai b¸o cæng COM. Mét m¸y vi tÝnh cã nhiÒu cæng COM. Sö dông cæng COM nµo ta khai b¸o cæng COM ®ã. Dßng 3 lµ khai b¸o tèc ®é truyÒn tin. Baud lµ tèc ®é truyÒn tõng bit trªn 1 gi©y, tèc ®é baud b»ng 9600 ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ 9600 bit d÷ liÖu truyÒn trong 1s. (Th«ng th−êng mét khung truyÒn (Frame) gåm 1 bit start vµ 1 bit stop vµ 8 bit d÷ liÖu, tæng céng lµ 10 bit ®−îc göi ®i, do ®ã trong mét gi©y víi tèc ®é baud 9600 cho phÐp truyÒn nhiÒu nhÊt 960 khung d÷ liÖu). Dßng thø 4 lµ m· lÖnh më cæng COM. Hµm sau sÏ ®−îc ch¹y khi cã bÊt cø d÷ liÖu nµo ®−îc göi ®Õn ch©n RxD cña cæng COM. 1. Private Sub MSComm1_OnComm() 2. Dim s As String 3. s = MSComm1.Input 4. lblrec.Caption = CStr(Asc(MiD(s, Len(s),1))) 5. End Sub Dßng 1 vµ dßng 6 lµ m· lÖnh b¾t ®Çu vµ kÕt thóc hµm, dßng 2 ta khai b¸o chuçi tªn lµ s, dßng 3 ®äc d÷ liÖu tõ ch©n RxD vµo chuçi s, dßng 4 hiÓn thÞ kÕt qu¶ cuèi cïng tõ ch©n RxD cña cæng COM. Khi t¾t ch−¬ng tr×nh hµm sau sÏ ®−îc gäi: 1. Private Sub Form Unload ( Cancel As Integer) 2. MSComm1.PortOpen=False 3. End Sub M· lÖnh duy nhÊt trong hµm nµy lµ lÖnh ®ãng cæng COM. Nh− vËy bÊt cø gi¸ trÞ nµo tõ ch©n TxD cña IC AT89C52 ®Òu ®−îc truyÒn vµ hiÓn thÞ vµo Form cña Visual Basic. 3. Trªn c¬ së c¸c vÊn ®Ò ®· tr×nh bµy trªn, chóng t«i ®· ®−a ra hai gi¶i ph¸p nh− sau ®Ó chÕ t¹o bé kÕt nèi thÝ nghiÖm “Tæng hîp hai dao ®éng cña con l¾c kÐp” víi m¸y vi tÝnh. Trong thÝ nghiÖm nµy cÇn ®Õn hai th× kÕ (stopclock) ®Ó ®o chu kú dao ®éng cña hai con l¾c. Gi¶i ph¸p 1: C¸c xung tõ hai bé c¶m biÕn hång ngo¹i ®−îc ®−a vÒ hai ng¾t ngoµi cña IC vi xö lÝ. IC vi xö lÝ AT89C52 ®· ®−îc lËp tr×nh nh− mét th× kÕ. NÕu sö dông th¹ch anh 24 MHz, víi bé ®Õm thêi gian 1 (time & counter 1), th× kÕ ®Õm ®−îc kho¶ng thêi gian nhá nhÊt lµ 1µs. Bé ®Õm thêi gian 2 (time & counter 2) víi sù hç trî tÝn hiÖu tõ c¸c ng¾t ghi l¹i kho¶ng thêi gian con l¾c hai lÇn ®i liªn tiÕp qua bé c¶m biÕn, c¸c gi¸ trÞ nµy ghi l¹i d−íi d¹ng m· thËp ph©n (decode). KÕt qu¶ vÒ viÖc 13
  4. … “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp”, tr. 11-15 Vâ Thanh C−¬ng lËp tr×nh IC AT89C 52 ®Ó ho¹t ®éng nh− th× kÕ ®· ®−îc tr×nh bµy trong [4]. C¸c gi¸ trÞ thêi gian thu ®−îc d−íi d¹ng m· thËp ph©n ®−îc chuyÓn qua cæng RS232 cña m¸y vi tÝnh. PhÇn mÒm Visual Basic ghi l¹i c¸c kÕt qu¶ nµy ®Ó tÝnh to¸n vµ vÏ ®å thÞ dao ®éng cña hai con l¾c. Gi¶i ph¸p 2: Còng nh− gi¶i ph¸p 1 xung ®iÒu khiÓn tõ c¸c bé c¶m biÕn ®−îc ®−a vÒ hai ng¾t cña IC vi xö lÝ. Khi mét trong hai ng¾t cña IC vi xö lÝ AT AT89C52 nhËn tÝn hiÖu, IC vi xö lÝ chuyÓn ngay mét con sè (d¹ng m· thËp ph©n) sang ch©n RxD. Víi sù hç trî cña hai bé ®Þnh thêi gian (biÕn timer cña Windows) ta cã thÓ thiÕt kÕ trong Visual Basic hai ®ång hå ®Õm chu k× dao ®éng cña hai con l¾c. M· d¹ng thËp ph©n võa ®−îc chuyÓn tõ IC vi xö lÝ AT 89C52 sang m¸y vi tÝnh ®−îc sö dông nh− m· lÖnh ®iÒu khiÓn bé ®Õm thêi gian trong Visual Basic. PhÇn mÒm thiÕt kÕ m¸y vi tÝnh nh− mét th× kÕ ®iÒu khiÓn b»ng chuét (mouse) ®· ®−îc tr×nh bµy trong [5]. Ngoµi ra còng nh− gi¶i ph¸p 1, phÇn mÒm Visual Basic ®−îc sö dông ®Ó xö lÝ sè liÖu, tÝnh to¸n kÕt qu¶ vµ vÏ ®å thÞ. 4. Hai con l¾c ®−îc liªn kÕt víi nhau b»ng mét lß xo ®−îc gäi lµ con l¾c kÐp. Trong thÝ nghiÖm “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp” ta cÇn ®o chu kú cña c¸c con l¾c trong c¸c tr−êng hîp chóng dao ®éng cïng pha, ng−îc pha vµ ph¸ch [1]. Trong bé thÝ nghiÖm cña h·ng Leybold Didatic phÐp ®o thêi gian ®−îc sö dông b»ng th× kÕ hiÖn sè cã bé nhí. §Ó thùc hiÖn bµi nµy Ýt nhÊt ph¶i cã hai sinh viªn cïng thùc hiÖn. §Ó n©ng cao chÊt l−îng ®µo t¹o, trong thÝ nghiÖm nµy chóng t«i ®· sö dông m¸y vi tÝnh nh− th× kÕ cã bé nhí trong víi dung l−îng lín, c¸c kÕt qu¶ ®· ®−îc tr×nh bµy trong [5]. Ph−¬ng ph¸p ®· tiÕt kiÖm ®−îc thiÕt bÞ ®o thêi gian. Gi¸o viªn ë tr−êng THPT kh«ng cã th× kÕ hiÖn sè cã bé nhí, nÕu cã m¸y vi tÝnh vÉn cã thÓ lµm ®−îc thÝ nghiÖm trªn. Víi bé kÕt nèi tù chÕ b»ng IC AT89C52, thÝ nghiÖm “Tæng hîp dao ®éng cña con l¾c kÐp” ®· ®−îc tù ®éng ho¸ hoµn toµn vµ ®é chÝnh x¸c cao. Ngoµi ra, víi −u ®iÓm cña Visual Basic, c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cã thÓ xö lÝ b»ng m¸y vi tÝnh víi c¸c phÇn mÒm tù viÕt. Chóng t«i ®· h−íng dÉn thùc hiÖn c¸c gi¶i ph¸p trªn cho sinh viªn khoa VËt lý, gi¶i ph¸p 2 ®−îc sinh viªn tiÕp nhËn nhanh h¬n. Tuy nhiªn, gi¶i ph¸p 1 cã ®é chÝnh x¸c h¬n v× tÊt c¸c gi¸ trÞ thêi gian ®o ®−îc tõ thùc nghiÖm ®· xö lÝ trong IC vi xö lÝ, m¸y vi tÝnh chØ ®ãng vai trß tÝnh to¸n, hiÓn thÞ kÕt qu¶, nh−ng gi¶i ph¸p nµy ®ßi hái sinh viªn ph¶i thµnh th¹o ng«n ng÷ lËp tr×nh IC vi xö lÝ AT89C52. Bé kÕt nèi TN víi m¸y tÝnh b»ng IC AT89C52 ngoµi gi¸ trÞ vÒ kinh tÕ, dÔ chÕ t¹o vµ sö dông cßn cã thÓ phæ biÕn réng r·i cho gi¸o viªn d¹y thùc hµnh m«n vËt lý vµ sinh viªn. C¸c phÇn mÒm cho IC AT89C52 vµ phÇn mÒm Visual nãi trªn sau khi hoµn thµnh ®−îc l−u l¹i d−íi d¹ng c¸c bé cµi ®Æt (software), thuËn tiÖn cho ng−êi sö dông. Bé kÕt nèi víi m¸y tÝnh b»ng IC AT89C52 cã thÓ sö dông trong nhiÒu thÝ nghiÖm vËt lý kh¸c nhau. 14
  5. §¹i häc Vinh T¹p chÝ khoa häc, tËp XXXVII, sè 1A-2008 T i liÖu tham kh¶o [1] Becker, University Physics experiments for scientists and engineers, Leybold Didatic Germany, 1992, pp. 47. [2] §ç TrÇn C¸t, Ph¹m Kh¾c Hïng..., Th− viÖn phÇn mÒm øng dông trong vËt lý, Hµ Néi, 1998, tr. 14. [3] Intel Corporation, MCS51 Microcontroller Family user’s manual, USA, 1997, pp. 17- 231. [4] Vâ Thanh C−¬ng, Sö dông IC vi xö lÝ MCS51 ®Ó chÕ t¹o c¸c bé ®iÒu khiÓn tõ xa cho c¸c dông cô ®o trong vËt lý, T¹p chÝ Khoa häc, Tr−êng §¹i häc Vinh, TËp 34, sè 3A, 2005, tr. 11 - 16. [5] Vâ Thanh C−¬ng vµ NguyÔn ViÕt Lan, Sö dông phÇn mÒm Visual Basic 6.0 hç trî thÝ nghiÖm nghiªn cøu dao ®éng cña con l¾c kÐp, T¹p chÝ gi¸o dôc, sè 10/2006, tr. 78 – 79. [6] Web site: http://Rocbydigkey.com/maxim, 5 V RS 232 transceiver with 0, 1 µF external capacitor, pp. 1-18. Summary Some solutions improving the Quality of the experiment “Coupling oscillation of the double pendulums” To improve the training quality of the Physics experiments in necessary. This paper with the mentioned purpose gave solutions to make interface of the experiment "Coupling oscillation of the double pendulums" and the computer. (a) Khoa vËt lý, Tr−êng ®¹i häc Vinh. 15
431121

Tài liệu liên quan


Xem thêm