PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ NGOẠI VI CHO SMARTPHONE PHỤC VỤ THÍ NGHIỆM VẬT LÝ LIÊN QUAN TỚI ĐO THỜI GIAN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC 0,1 MILI GIÂY

1. Tính mới - Đây là sản phẩm hoàn toàn mới do chính tôi tự phát triển và hoàn thiện trong hơn 10 năm dạy học. Sản phẩm được cải tiến qua các năm, và đến bây giờ thì sản phẩm đã được hoàn thiện. - Đồng hồ đo thời gian hiện số trên thị trường có giá khoảng 3 triệu đồng (chưa tính đến các thiết bị cần thiết khác để làm thí nghiệm), độ phân giải 1 mili giây. Đồng hồ của đề tài này là hai mục phần mềm miễn phí do tôi hợp tác với tiến sĩ Sebastian Staacks của Đại học Aachen, Cộng hoà liên bang Đức viết ra. - Các thiết bị được thiết kế gọn gàng, có thể gắn vào bảng từ ở lớp học bằng nam châm, giúp tiết kiệm không gian và giảm thiểu dây nối chằng chịt. - Kết quả đo trên điện thoại có thể chiếu không dây qua máy tính, hoặc tivi để cả lớp có thể quan sát. 2. Tính sáng tạo - Sản phẩm mang tính độc đáo và sáng tạo vì tận dụng được khả năng xử lý mạnh mẽ của các điện thoại thông minh. Do đó, thiết bị đo được chính xác đến 0,1 mili giây và giá thành của bộ thí nghiệm rẻ hơn nhiều so với các thiết bị trên thị trường. - Thiết bị sử dụng nam châm điện kết hợp với hai cổng quang và cổng USB C để tạo ra một thiết bị đo thời gian mili giây chính xác và tiện lợi. - Các thiết bị trên thị trường chỉ đo được tốc độ trung bình, tốc độ thức thời tại một cổng quang, giai tốc rơi tự do, chu kỳ con lắc. Thiết bị của đề tài này tích hợp nhiều chức năng thí nghiệm trong một thiết bị duy nhất: đo tốc độ trung bình, tốc độ tức thời, gia tốc viên bi trên máng nghiêng, đo chu kỳ con lắc đơn và con lắc lò xo, đo gia tốc rơi tự do, xác định động năng, động lượng, chứng minh định luật bảo toàn cơ năng, khảo sát định luật 2 newton, chứng minh định luật bảo toàn động lượng,… - Phần mềm điều khiển được tùy chỉnh và cải tiến để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng thí nghiệm, đảm bảo tính linh hoạt và độ chính xác cao. - So với các bộ thí nghiệm truyền thống trên thị trường, bộ thí nghiệm sử dụng nguồn điện từ pin điện thoại thay vì nguồn điện 220V, giúp tăng tính an toàn và tiện lợi trong sử dụng. - Mạch điện có cấu tạo đơn giản, không dùng pin nên có tuổi thọ cao, không cần bảo trì, bảo dưỡng.

Bộ thí nghiệm đo thời gian mili giây trên điện thoại có thể dùng để thực hiện hơn mười thí nghiệm khác nhau trong chương trình Khoa học tự nhiên cấp 2 và Vật lý cấp 3. + Thực hiện các thí nghiệm mà bộ thí nghiệm trên thị trường có thể làm được: - Đo gia tốc rơi tự do: Đo thời gian rơi của viên bi từ nam châm điện đến cổng quang, sau đó kết hợp với quãng đường rơi để tính gia tốc rơi tự do. - Đo vận tốc trung bình: Đo thời gian viên bi chạy qua hai cổng quang, kết hợp với quãng đường giữa hai cổng quang để tính vận tốc trung bình. - Đo vận tốc tốc tức thời tại cổng quang: Đo thời gian viên bi chạy qua một cổng quang, kết hợp với đường kính của viên bi để tính vận tốc tức thời của viên bị tại cổng quang. + Thực hiện các thí nghiệm mà bộ thí nghiệm trên thị trường không thể làm: - Đo chu kỳ với sai số rất thấp: Cho con lắc dao động qua cổng quang, phần mềm sẽ đo thời gian con lắc dao động qua cổng quang nhiều lần, sau đó phần mềm sẽ tính chu kỳ một dao động và hiển thị trên màn hình. - Đo gia tốc của viên bi trên máng nghiêng: Đo thời gian viên bi chuyển động qua từng cổng quang và thời gian chuyển động giữa hai cổng quang. Kết hợp với đường kính viên bi, ta có thể tính gia tốc của viên bi trên máng nghiêng. - Nghiệm lại định luật bảo toàn năng lượng: Cho viên bi rơi tư do từ nam châm điện, sau đó đo thời gian viên bị rơi qua cổng quang. Từ độ cao rơi ta có thể tính thế năng của viên bi, từ thời gian rơi qua cổng quang và đường kính viên bi ta có thể tính được động năng của viên bi tại cổng quang. Sau đó ta có thể nghiệm lại định luật bảo toàn năng lượng. - Nghiệm lại định lý độ biến thiên động năng bằng công của lực tác dụng: Cho viên bi rơi tự do từ nam châm điện và chuyển động qua hai cổng quang. Đo thời gian viên bi chuyển động qua mỗi cổng quang, kết hợp với khối lượng, đường kính viên bi ta sẽ tính được động năng của viên bi tại mỗi cổng quang. Từ đó ta có thể nghiệm lại định lý độ biến thiên động năng của viên bi bằng công của trọng lực tác dụng. - Nghiệm lại định lý độ biến thiên động lượng bằng xung của lực: Cho viên bi rơi tự do từ nam châm điện và chuyển động qua hai cổng quang. Đo thời gian viên bi chuyển động qua mỗi cổng quang, thời gian chuyển động giữa hai cổng quang, kết hợp với khối lượng, đường kính viên bi ta sẽ tính được động lượng của viên bi tại mỗi cổng quang. Từ đó ta có thể nghiệm lại định lý độ biến thiên động lượng của viên bi bằng xung lượng của trọng lực. - Nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng: cho viên thứ nhất lăn trên máng nghiêng nằm ngang tới va chạm vào viên bi thứ 2 đang nằm yên, dựa vào thời gian của hai viên bi chuyển động qua cổng quang, khối lượng và đường kính viên bi ta có thể tính động lượng trước và sau va chạm. Từ đó ta có thể nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng. - Khảo sát đinh luật 2 newton: Cho vật nặng có trọng lượng P kéo xe có khối lượng m trên thanh trượt, dùng cổng quang để đo thời gian chuyển động của xe. Từ đo ta có thể tính lực tác dụng vào xe, gia tốc của xe và nghiệm lại công thức của định luật 2 newton F=m.a.

1. Hiệu quả kinh tế - Giá thành hợp lý: Bộ thí nghiệm này được thiết kế với mục tiêu giảm chi phí sản xuất, giúp chúng có giá thành rẻ hơn nhiều so với các sản phẩm tương tự trên thị trường. Đặc biệt, hai bộ thí nghiệm này tích hợp nhiều bộ thí nghiệm trên thị trường nên sẽ làm giảm số bộ thí nghiệm cần mua. Điều này giúp các trường học và giáo có thể tiếp cận và sử dụng các thiết bị thí nghiệm chất lượng cao mà không phải đầu tư quá nhiều chi phí. - Tiết kiệm chi phí vận hành và tăng tính an toàn: Bộ thí nghiệm đo thời gian mili giây sử dụng nguồn điện từ pin điện thoại thay vì nguồn điện 220V, giúp giảm chi phí điện năng và tăng tính an toàn khi sử dụng. - Độ bền và tuổi thọ cao: Bộ thí nghiệm được làm từ các vật liệu bền bỉ và có thiết kế chắc chắn, cấu tạo mạch điện đơn giản giúp tăng tuổi thọ của thiết bị và giảm công việc bảo trì, sửa chữa, từ đó tiết kiệm chi phí dài hạn cho các trường học. 2. Hiệu quả xã hội - Nâng cao chất lượng giáo dục: Việc sử dụng bộ thí nghiệm này trong giảng dạy giúp nâng cao chất lượng giáo dục, cung cấp cho học sinh trải nghiệm thực tế và trực quan về các khái niệm và hiện tượng vật lý. Điều này không chỉ giúp học sinh hiểu bài tốt hơn mà còn khơi dậy niềm đam mê và sự yêu thích đối với môn học. - Tăng cường kỹ năng thực hành: Các thí nghiệm đa dạng và phong phú được thực hiện với hai bộ thí nghiệm này giúp học sinh rèn luyện kỹ năng thực hành, tư duy logic và khả năng giải quyết vấn đề. Những kỹ năng này rất cần thiết cho sự phát triển toàn diện và sẽ giúp ích cho học sinh trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống. - Mở rộng cơ hội tiếp cận khoa học: Với giá thành hợp lý, bộ thí nghiệm này giúp mở rộng cơ hội tiếp cận các thiết bị thí nghiệm khoa học cho nhiều trường học và học sinh, đặc biệt là ở các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa. Điều này góp phần làm giảm khoảng cách về chất lượng giáo dục giữa các vùng miền. - Khuyến khích nghiên cứu và sáng tạo: bộ thí nghiệm này không chỉ phục vụ cho việc giảng dạy mà còn là công cụ hữu ích cho các dự án nghiên cứu khoa học của học sinh và giáo viên. - Tạo điều kiện cho các hoạt động ngoại khóa và sự kiện khoa học: bộ thí nghiệm này cũng có thể được sử dụng trong các hoạt động ngoại khóa, các sự kiện khoa học và các buổi trình diễn thí nghiệm, giúp tạo ra môi trường học tập sôi động và thú vị. Những hoạt động này không chỉ làm phong phú thêm chương trình học mà còn giúp học sinh phát triển kỹ năng giao tiếp, làm việc nhóm và tự tin hơn trong việc trình bày ý tưởng. - Được hợp tác tham gia đề tài nghiên cứu khoa học cấp Đại học Huế: với việc sáng tạo ra bộ thí nghiệm đa năng này, tôi được hợp tác tham gia nghiên cứu đề tài khoa học cấp Đại học Huế cùng với các giảng viên khoa vật lý Đại học Sư phạm Huế, Đại học Sư phạm Đà Nẵng với đề tài sáng tạo các bộ thí nghiệm phổ thông có kết nối với thiết bị thông minh.