Đề tài Sử dụng phần mềm Working Model để mô phỏng các hiện tượng vật lí

SỬ DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL ĐỂ MÔ PHỎNG
CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÍ
LỜI NÓI ĐẦU 
Trong thời gian qua, việc đưa công nghệ thông tin vào ứng dụng trong dạy học đã trở thành một trào lưu. Coi sự đóng góp, hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học là cần thiết. Trong nhà trường nhiều bộ môn đã sử dụng, khai thác có hiệu quả các bài giảng điện tử và các phần mềm hỗ trợ. Riêng dối với bộ môn Vật lí ngoài việc sử dụng các bài giảng điện tử ra còn cần có sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học chuyên dụng cho Vật lí, một trong số đó là phần mềm Working Model. Gần đây, đã có nhiều phần mềm mô phỏng hỗ trợ các thí nghiệm Vật lí như Pakma, Flash, nhưng việc sử dụng các phần mềm này vào trong dạy học Vật lí đòi hỏi người thiết kế phải có kỉ năng lập trình cao, Working Model không đòi hỏi nhiều người sử dụng nhiều về kỉ năng này. Qua thực tế sử dụng cho thấy, phần mềm này có khả năng đáp ứng đầy đủ các tính năng cần thiết của một bộ phần mềm mô phỏng. Working Model được dùng để mô phỏng phân tích các kết cấu tĩnh hoặc có thể phân tích động lực học cho các hệ thống cơ học. Trong dạy học Vật lí sự hỗ trợ của phần mềm là rất cần thiết, các thí nghiệm cơ học tĩnh hoặc động được thiết kế dễ dàng. Trong các quá trình cơ học biến đổi nhanh Working Model còn cho phép ta xem ảnh hoạt nghiệm của chúng, chính điều này cho ta quan sát một cách trực quan quỹ đạo chuyển động của vật Còn nhiều tính năng mạnh nữa nếu ta nghiên cứu sâu về Working Model. Trong giới hạn của chuyên đề tôi chỉ giới thiệu và hướng dẫn sử dụng phần mềm để thiết kế các mô phỏng, đặc biệt tôi sẽ giới thiệu một số mô phỏng về các quá trình cơ học biến đổi nhanh có thể sử dụng vào trong dạy học Vật lí. 
MỤC LỤC
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WORKING MODEL
I.Giới thiệu phần mềm Working Model
II.Hướng dẫn cài đặt phần mềm Working Model
III.Khởi động và giới thiệu giao diện Working Model
IV.Cách thức làm việc của Working Model.
V.Cách sử dụng Working Model để thực hiện các mô phỏng
CHƯƠNG II
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC BIẾN ĐỔI NHANH
I.Mô phỏng thí nghiệm ống Niutơn..
II.Chuyển động của vật trong trường trọng lực.
III.Khảo sát dao động điều hoà của con lắc lò xo - Con lắc đơn
IV.Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm của hai vật.
V.Khảo sát ròng rọc động.
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL ĐỂ MÔ PHỎNG
CÁC HIỆN TƯỢNG VẬT LÍ
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WORKING MODEL
I.Giới thiệu phần mềm Working Model
Phần mềm mô phỏng (simulation software) được sử dụng ngày càng nhiều trong dạy học phổ thông hỗ trợ cho phương pháp dạy học truyền thống kết hợp với công nghệ thông tin.
Các lý do để ngày càng nhiều giáo viên Vật lí chọn phần mềm Working Model bao gồm:
–Một là, mô phỏng bằng máy tính sẽ mang lại tính an toàn và hiệu quả trong dạy học so với thực nghiệm.
–Hai là, công cụ mô phỏng giúp học sinh nắm được các khái niệm một cách linh hoạt, dễ liện hệ thực tế hơn và có thể thay đổi các thông số cho phù hợp.
–Ba là, trong quá trình giảng dạy với sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng làm cho bài giảng sinh động và hiệu qua các hiện tượng được mô phỏng.
Working Model là một trong những phần mềm thoã mãn đầy đủ các tính năng cần thiết của một bộ phần mềm mô phỏng. Working Model không chỉ mô phỏng một hệ trong không gian hai chiều mà còn cả trong không gian ba chiều. Các thông số dữ liệu do phần mêm phân tích trong quá trình sử dụng cho phép ta thấy tính ưu việc của nó trong quá trình sử dụng.
II.Hướng dẫn cài đặt phần mềm Working Model
Khi đã có phiên bản 2D của Working Model thì tiến hành cài đặt như sau:
–Bước 1: Vào thư mục chứa phần mềm, nhấp đúp vào file wmdemo
–Bước 2: Thông báo tên Welcom, nhấp Next để tiếp tục
–Bước 3: Hộp thoại Registration hỏi thông báo nhập thông tin người sử dụng và mã số cài đặt. Nhập số Serial: H840I12635, nhấp Next
–Bước 4: Hộp thoại Registration Confirmation yêu cầu người sử dụng khẳng định các thông tin đăng nhập trước đó.
–Bước 5: Cửa sổ Choose Folder cho phép ta thay đổi địa chỉ cài đặt, địa chỉ mặc định là C:\Program File\Working Model. Nếu không cần thay đổi chọn OK
Lúc này chương trình bắt đầu cài đặt vào máy tính của bạn như đã khai báo.
–Quá trình cài đặt kết thúc được thông báo bằng hộp thoại Setup Complete, bâm Finish để kết thúc cài đặt.
Lúc này người sử dụng có thể bắt đầu làm quen với Working Model và sử dụng các tính năng tuyệt vời của Working Model.
III.Khởi động và giới thiệu giao diện Working Model
1.Khởi động
–Cách 1: Nhấp đúp vào biểu tượng Working Model trên màn hình Desktop
–Cách 2: Từ Start menu: Chọn Programs\Working Model\ Working Model.
2.Giới thiệu giao diện Working model
Khi khởi động Working Model lên ta thấy có giao diện như trên bao gồm thanh tiêu đề (Title bar), thanh thực đơn (Menu bar), hệ thống toolbar (gồm Standard toolbar, Edit toolbar, Run control toolbar, Body toolbar, Join/ Split toolbar, Point toolbar, Construction toolbar, Join toolbar, )
IV.Cách thức làm việc của Working Model
1.Thao tác với các đối tượng trong Working Model
–Thao tác với các đối tượng trong Working Model chủ yếu được thực hiện với chuột.
2.Working Model là môi trường soạn thảo thông minh
Working Model cho phép người sử dụng dùng chuột thao tác với mô hình mà không phá vỡ hoặc vi phạm các liên kết và ràng buột giữa các đối tượng. Mô hình có thể dễ dàng kéo rê và dịch chuyển trong vùng làm việc của nó.
Môi trường soạn thảo của Working Model được thiết kế phục vụ cho việc thực hiện các thao tác bằng cách click và drag chuột ở mức nhiều nhất có thể.
3.Cách thức làm việc của Working Model dùng 
–Tất cả các chuyển động được tạo ra trong môi trường Working Model đều được dựa trên các nguyên lí động lực học cơ bản như phương trình định luật II Niutơn, các phương trình động học
–Working Model còn thiết lập một số mô hình ma sát và các kết quả thực nghiệm mô tả các tính chất không đàn hồi và va chạm.
V.Cách sử dụng Working Model để thực hiện các mô phỏng
Trên giao diện thiết kế của Working có rất nhiều công cụ dùng để thiết kế các mô phỏng. Chức năng cũng như cách sử dụng của các công cụ này tôi sẽ giới thiệu thong qua việc hướng dẫn thiết kế các chương trình đơn giản.
1.Thả các vật xuống va chạm với mặt sàn nằm ngang
Thiết kế mô hình như hình vẽ
–Bước 1: Khởi động Working Model
–Bước 2: Chọn công cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle từ toolbar body, nhấp và kéo vẽ hinh chữ nhật.
–Bước 3: Nhấp Run thì thấy hình chữ nhật rơi xuống, để cố định ta nhấp Reset. Chọn biểu tượng hình neo (Anchor) từ toolbar body, nhấp vào hình chữ nhật. Nhấp Run thì hình chữ nhật đã được cố định.
–Bước 4: Chọn công cụ vẽ hình tròn (Circle) từ toolbar body, nhấp và kéo vẽ hình tròn. Chọn hình tròn vừa vẽ và chọn Edit\Copy, tiếp tục chọn Edit\Paste ta được hai hình tròn giống nhau, lặp lại thao tác đó ta có 3 hình tròn giống nhau. Nhấp vào hình tròn và rê các hình tròn vào vị trí giống như hình vẽ.
–Bước 5: Ban đầu 3 hình tròn có màu giống nhau, để đổi màu ta nhấp chọn hình tròn sau đó chọn Window\Apperance\Frame sau đó chọn màu thích hợp. 
Nhấp Run ta sẽ thấy ba vật rơi xuống va chạm đàn hồi với sàn.
–Bước 6: Để thay đổi tính chất vật liệu ta nhấp chọn vật và nhấp đúp chuột, hộp Properties hiện ra, chọn Material để thay đổi tính chất vật liệu, chọn elastic để thay đổi độ nẩy, chọn mass để thay đổi khối lượng 
Như vậy ta đã thiết kế được một chương trình mô phỏng đơn giản bằng Working Model.
2.Hai vật va chạm nhau trên mặt phẳng nằm ngang
*Thiết kế mô hình như hình vẽ
–Bước 1: Chọn và vẽ các đối tượng tương tự như trên. Nhấp Run thấy không có hiện tượng gì xảy ra vì vận tốc mặc định ban đầu bằng không.
–Bước 2: Nhấp đúp vào vật 1 chọn vx = 1m/s, chọn vật 2 với vx = –1m/s, nhấp đúp hình chữ nhật chọn stat.fric = 0 và kin.fric = 0 (hệ số ma sát bằng không).
–Bước 3: Nhấp Run, hai vật va chạm nhau trên mặt phẳng nằm ngang.
3.Vật trượt trên mặt phẳng nghiêng
–Bước 1: Chọn công cụ vẽ hình chữ nhật, và vẽ một hình chữ nhật nhỏ hơn đặt trên hình chữ nhật lớn như hình vẽ.
–Bước 2: Sau đó nhấp chọn cả 2 và sử dụng công cụ Rotate tool để quay thành hệ thống vật đặt trên mặt phẳng nghiêng (hình vẽ).
Công cụ Rotate tool
–Bước 3: Chọn Run thì thấy vật trượt trên mặt phẳng nghiêng
–Bước 4: Để xem biểu diễn lực tác dụng lên vật chọn vật cần biểu diễn lực\ chọn define\ vectors\ Gravitational Force(trọng lực) ; lặp lại thao tác đó chọn Contact Force(phản lực), Frictional Force(lực ma sát)
–Bước 5: Chọn Run để xem biểu diễn lực trong quá trình vật trược trên mặt phẳng nghiêng.
4.Vật dao động điều hoà
–Bước 1: Sử dụng công cụ vẽ hệ lò xo như hình dưới
–Bước 2: Chọn công cụ Anchor (neo) để cố định điểm treo. Chọn Run để xem lò xo dao động.
–Bước 3: Để xem đồ thị của vật dao động điều hoà ta làm như sau: Nhấp vật cần xem đồ thị. Chọn Measure\ Position\ All
5.Dao động của con lắc dơn
–Bước 1: Chọn công cụ vẽ con lắc đơn như hình vẽ, dây treo con lắc dùng công cụ Rol.
–Bước 2: +Sau khi liên kết xong, nhấp Run để xem con lắc dao động
 +Nếu muốn xem đồ thị dao động thao tác tương tự như con lắc lò xo. Chú ý muốn xem đồ thị dao động của vật nào thì nhấp chọn vật đó.
–Bước 3: Để xem ảnh hoạt nghiệm của con lắc đơn trong quá trình dao động ta chọn: World\ Tracking\ Every frame hoặc Every 2 frame\ Every 4 frame
Như vậy bằng những thao tác đơn giản ta có thể thực hiện công việc thiết kế các mô phỏng một cách dễ dàng. Qua 5 chương trình trên bạn có thể hiểu được chức năng và sử dụng các công cụ thiết kế để thiết kế những chương trình dành riêng cho mình. Chúc các bạn thành công!
CHƯƠNG II
SỬ DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC BIẾN ĐỔI NHANH
I.Mô phỏng thí nghiệm ống Niutơn
II.Chuyển động của vật trong trường trọng lực
III.Khảo sát dao động điều hoà của con lắc lò xo - Con lắc đơn
IV.Khảo sát va chạm đàn hồi xuyên tâm của hai vật
V.Khảo sát ròng rọc động
Có thể nói Working Model cho phép chúng ta mô phỏng hầu như tất cả các chuyển cơ học một cách có hiệu quả. Khi bạn đã sử dụng thành thạo sử dụng công cụ này, nó sẽ hỗ trợ đắc lực cho bạn trong quá trình dạy học Vật lí.