BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHUYÊN ĐỀ MATLAB VÀ SIMULINK

KHOA DU LỊCH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
CHUYÊN NGÀNH:SƯ PHẠM VẬT LY
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỮU HUY
VANKHAM BOUDTHALY

Nghiên cứu khoa học

Thái Nguyên,tháng 6 năm
2020

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB VÀ PHẦN MỀM
MATHEMATICA THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM ẢO
HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC VẬT LY Ở TRƯỜNG
THPT
CHUYÊN NGÀNH:SƯ PHẠM VẬT LY
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỮU HUY
VANKHAM BOUDTHALY

Nghiên cứu khoa học

Thái Nguyên,tháng 6 năm

2020

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài

Lí do

Khách sạn Sanouva Đà Nẵng Hotel đã
đạt được nhiều thành công trong hoạt
chọn
đề
tài
Mục
động
kinh
doanh của mình nhưng việc
tổ chức và sử dụng nguồn nhân lực cịn
gặp nhiều khó khắn và chưa thực sự đạt
được hiệu quả như mong muốn.

tiêu nghiên cứu

Bố cục đề tài

Đề tài NCKH

Đối tượng
nghiên cứu

Phương pháp nghiên
cứu đề tài

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài

Mục tiêu nghiên cứub

- Chỉ racụ
thực trạng về chất lượng đội
Với sự phát triển vượt bậc của KH-CN
ngũ nhân viên.
thể là các phần mềm máy tính giúp
- Đưa bảo
ra một số giải pháp nhằm nâng
cao
chất
Mục viên.
tiêu nghiên cứu
đảm thời gian tự nghiên cứu, tự học cholượng đội ngũ nhân
GV và HS, cũng như đảm bảo các điều
kiện khác. Sự giải phóng sức lao động cho
GV khỏi các công việc đơn giản giúp GV

có nhiều thời gian hơn cho sự đổi mới và
sáng tạo trong dạy học.

 Thực nghiệm mô phỏng cung cấp cho
HS, SV có cơ hội làm thực nghiệm
nhiều lần và trở nên đơn giản, tiết kiệm
hơn nhiều lần.
 Trong một số các tác giả đã thiết kế 1 số
bài thí nghiệm ảo, tuy nhiên nhiều ứng
dụng trong Mathematica và Matlab vẫn
chưa được khai thác triệt để và còn
nhiều thí nghiệm ảo khác cần được
Đề tài NCKH
nghiên cứu thêm

Bố cục đề tài

Đối tượng
nghiên cứu

Phương pháp nghiên
cứu đề tài

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU
Đối tượng
và khách thể nghiên cứu

Mục đích nghiên
cứub

Tính cấp thiết của đề tài

- Về đối tượng nghiên cứu: Thực trạng
Nghiên cứu về các phần mềm
sử dụng, quản lý và chất lượng đội ngũ
Matlab, Mathematica vànhân
ứngviên tại Khách sạn Sanouva Đà
Đối tượng
Hotel.
dụng các phần mềm đó Nẵng
thiết
cứu
- Về khách thể nghiên cứu: nghiên
Nhân lực
tại
kế được các bộ thí nghiệm
ảo sạn Sanouva Đà Nẵng Hotel.
Khách
hỗ trợ giáo viên dạy vật lý ở
trường THPT.

Bố cục đề tài

Đề tài NCKH

Phương pháp nghiên
cứu đề tài

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU
Đối tượng nghiên cứu

Tính cấp thiết của đề tài

Mục đích nghiên cứu

Phầm mềm Mathematica, Matlab
và các thí nghiệm Vật lý ở trường
THPT.

Nhiệm vụ nghiên cứu
- Hệ thống hóa một số lí luận cơ bản từ
đó làm rõ những thành công, hạn chế
và nguyên nhân.
Bố cục
- Đề suất một số giải pháp và kiến
nghịđề tài
có tính khả thi nhằm nâng cao chất
lượng đội ngũ nhân viên.

Đề tài NCKH

Phương pháp nghiên
cứu đề tài

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Mục đích nghiên cứu

Đối tượng
nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu đề tài

ab và
l
t
a
M
m
phần mề m vật lý ở
ề
v
n
a
u
Tổng q
thí nghiệ

à
v
a
c
i
t
a
Methem
HPT
trường T

các thí
g
n
ỏ
h
p
mô
Kết quả
ảo luận
h
t
à
v
m
nghiệ
Đề tài NCKH

Chương 1

Bố cục đề tài

- Phương pháp thu thập dữ liệu:
+ Phương
pháp thu thập dữ liệu sơ cấp
Ngoài phần mở đầu,
phần kết
+ Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp
luận và tài liệu tham
khảo,pháp
đề phân tích dữ liệu:
- Phương
tài gồm 2 chương. + Phương pháp thống kê
+ Phương pháp tổng hợp
Phương pháp nghiên
+ Phương pháp so sánh
cứu đề tài
+ Phương pháp phân tích, đánh giá

Chương 2

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy
Trang


PHẦN MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Mục đích nghiên cứu

Đối tượng
nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu đề tà
- Phương pháp thu thập dữ liệu:

Bố cục đề tài

- Phương pháp phân tích dữ liệu:
+ Phương pháp thống kê
+ Phương pháp tổng hợp
+ Phương pháp so sánh
+ Phương pháp phân tích, đánh giá

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
về phần mềm Mathematica 9.0

Đề tài NCKH

Phương pháp thực nghiệm trên máy tính để
xây dựng các bộ thí nghiệm ảo
GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy


Giới thiệu về phần mềm Mathematica

1

4

Phần mềm tính toán số, được sử
dụng trong các lĩnh vực KH-KT,
vật lý, toán học.

2

Do Stephen Wolfram thiết
kế và phát triển.

3

Với nhiều phiên bản, phiên
bản đầu tiên được phát hành
năm 1988.

Hiện nay đã có phiên bản
Mathematica 14 với nhiều tính năng
mới so với các phiên bản trước đó.


1.1

Giới thiệu về phần mềm Mathematica
Tính toán với các biến hằng số

Tính tích phân

Giới hạn của hàm số

Các phép toán với ma trận,
vecto

Khả năng tính đạo hàm
của hàm số

Khả năng vẽ đồ thị 2D, 3D

Đề tài NCKH

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


Giới thiệu tổng quan về Matlab/Simulink

Matlap là viết tắt từ “MATrix LABoratory”do công ty
Mathworks thiết kế và được Cleve Moler phát hành
cuối thập niên 1970
Là ngôn ngữ lập trình bậc cao, cho phép tính
toán với ma trận, vẽ đồ thị và liên kết với
những chương trình máy tính.

Matlab
Đề tài NCKH

Matlap tích hợp tính toán , cho phép lập
trình, giao diện làm việc dễ sử dụng, dữ
liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn.

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang

Giới thiệu tổng quan về Matlab/Simulink

Matlap cho phép lập trình để giải bài tập

Cho phép mô phỏng mô hình thực tế

Matlab
Đề tài NCKH

Phần mềm đồ họa, phân tích, khảo sát
và hiển thị dữ liệu

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


CHƯƠNG 2 Kết quả mơ phỏng các thí nghiệm và thảo luận

01

Bộ TNA về mạch cầu điện trở và
mạch chỉnh lưu dòng điện xoay
chiều

Bộ TNA mô phỏng trực quan
của một vật bị ném xiên

Đề tài NCKH

02
GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Nghiên cứu mạch cầu điện trở

Đề tài NCKH

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Mục đích thí nghiệm

01

Biết được cấu tạo của mạch cầu điện trơ

02
03
Đề tài NCKH

Nhân biết và hiểu được điều kiện cân bằng mạch cầu

Nâng cao chất lượng LĐ giúp giảm thiểu chi phí

Ứng dụng bộ TNA để khảo sát các thơng số trong

mạch, từ đó giải được nhanh đáp số của tất cả các bài
tập liên quan đến mạch cầu điện trơ
GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Nghiên cứu mạch cầu điện trở
* Cơ sở lý thuyết: Sơ đồ thí nghiệm mạch cầu điện trở như hình 1.

- Mạch cầu cân bằng

khi:

I5 = 0� I1  I 3 , I 2  I 4

U
=0
5

� VM  VN
VA - VM = VA - VN  I1 R1 = I2 .

R2

VB – VM = VB - VN  I3 R3 = I4. R4

�

R

R1 R2
R

� 1  3
R3 R4
R2 R4

M
R1
A

(1)

 

R3

 
R5

B
R4  

R2
N

- Mạch cầu không cân bằng khi I5 ≠ 0,
U5 ≠ 0
Đề tài NCKH

R1
R2

R3

R4

(2).

Hình 1. Sơ  đồ mạch cầu
điện trở.
GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Nghiên cứu mạch cầu điện trở

Hình 2. Sơ đồ mắc mạch TNA đọc số liêu đầu vào và đầu ra.
Đề tài NCKH

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Nghiên cứu mạch cầu điện trở

( )

Bảng 1. Giá trị các thông số của mạch cầu điện trơ
Mạch cầu cân bằng

Lần đo

R1

R2

R3

R4

U (V)

I (A)

U5(V)

I5(A)

1

1

2

3

6

12

4.5

0

0

…..

 

 

 

 

 

 

 

 

Mạch cầu không cân bằng

Đề tài NCKH

Lần đo

R1

R2

R3

R4

U (V)

I (A)

U5(V)

I5(A)

1

2

2

3

6

12

3.93

1.17

-0.23

…

 

 

 

 

 

 

 

 

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


b

Nghiên cứu về mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều
*Cơ sở lý thuyết chỉnh lưu nửa chu kỳ

Sơ đồ và kết quả in trên dao động ký của bộ chỉnh
lưu nửa chu kỳ.

- Trong nửa chu kỳ đầu: A là cực dương,
B là cực âm, dòng điện đi qua Diode đến
tải R và về B.
- Trong nửa chu kỳ sau: B là cực dương, A là cực âm,
Diode không cho dòng điện đi qua. Vì chỉ nửa chu kỳ
đầu có dòng điện một chiều đi qua R nên mạch chỉnh
lưu này có hiệu suất truyền công suất thấp và có thể lắp
trong các mạch nguồn một pha.
A

Đề tài NCKH

B

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


Sơ đồ và kết quả in trên dao động ký của mạch
*Cơ sở lý thuyết chỉnh lưu cả chu kỳ

chỉnh lưu cả chu kỳ.

- Trong nửa chu kỳ đầu: A là cực dương, B là cực âm, dòng điện
truyền từ A qua Diode số 1, đến tải R, qua Diode số 4 và về B.

- Trong nửa chu kỳ sau: B là cực dương, A là cực âm, dòng điện
truyền từ B qua Diode số 2, đến tải R, qua Diode số 3 và về A.
Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ có hiệu suất cao hơn mạch chỉnh lưu
nửa chu kỳ. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của
biến áp nên sẽ cần đến 4 điốt thay vì cần hai điốt
A

B
Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 4 Diode
A

Đề tài NCKH

B
Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 2 Diode

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


Thí nghiệm về chuyển động của
một vật bị ném xiên
Mục đích nghiên cứu




Trực quan hóa chủn đợng của 1 vật ném xiên từ đó thấy được quỹ đạo chuyển
động, tầm bay cao, tầm bay xa của một vật và xác định được vị trí của vật tại một
thời điểm bất kì.
Khảo sát các đặt trưng trên tương ứng với giá trị bất kì của vận tốc ban đầu và góc

ném.
Đề tài NCKH

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang


Cơ sở lý thuyết
.
Quỹ đạo chuyển động ném xiên
Chọn hệ quy chiếu gắn với trái đất. Hệ tọa độ Oxy như hình .
Bỏ qua mọi lực cản của không khí khi đó vật ném chỉ chịu tác
dụng của trọng lực. Chọn gốc thời gian t0 là lúc bắt đầu ném ta
có:
Tại thời điểm t0 = 0; x0 = 0; y0 = 0;

v0 x  v0 cos  ;

v0 y v0 sin 

Theo phương Ox vật không chịu tác dụng của ngoại
u
r lực: Vật chuyển động thẳng đều.
Theo phương Oy vật chịu tác dụng của trọng lực P
Vật chuyển động thẳng biến đổi đều. Giả sử, sau khoảng thời gian Δt = t – t0 = t vật chuyển động
đến vị trí A
vx  v0 x  v0 cos  ,
v y  v0 y  a y t v0 sin   gt ,
Tọa độ của điểm A:
x  vx t  (v0 cos  )t � t 

x
,
v0 cos 

ayt 2

gt 2
y  v0 y t 
(v0 sin  )t 
,
2
2

 gx 2
 x tan 
Quỹ đạo của chuyển động là: y  2
2v0 cos 2 

Phương trình này có dạng đồ thị của hàm số f(x) = -ax2 + bx là một đường parabol có đỉnh ở phía trên.
Hình 2.9. Quỹ đạo chuyển động của vật ném xiên.


TNA về chuyển động của vật bị ném xiên
Sử dụng các công thức về quỹ đạo chuyển động, tầm bay cao, tầm bay xa và để xây dựng chương
trình mô phỏng trực quan bằng cách sử dụng phần mềm Mathematica 9.0 với hai câu lệnh thực
hiện MPTQ động là Manipulate, ParametricPlot:

Quỹ đạo của chuyển động là:
Tầm bay cao:

Tầm bay xa

 gx 2
y 2
 x tan 
2
2v0 cos 
v0 2 sin 2 
H
2g

v0 2 sin 2
L
g


b

Mục đích nghiên cứu về chuyển động của vật bị ném xiên

Nhập các giá trị ban đầu, (tùy
mục đích của GV) giả sử cho:

: Bấm nút chạy dưới thanh điều
chỉnh thời gian t. Khi đó, trên
màn hình sẽ thấy được quá trình
chuyển động của vật bị ném xiên
như hình

(A)

Đề tài NCKH

(B)

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang

Hình 3 Hiển thị kết quả mô phỏng trực quan


b

Mục đích nghiên cứu về chuyển động của vật bị ném xiên

Nếu muốn xác định vị trí (tung độ, hoành
độ) của vật ở một thời điểm t nào đó người
học chỉ cần nhập trực tiếp giá trị của t bằng
text, sau đó Enter. Trên màn hình sẽ thấy 1
đồ thị của chuyển động, với điểm cuối cùng
chính là vị trí của vật tại thời điểm t.
Như vậy, chúng ta thấy rằng bằng các thao
tác trên GV có thể thay đổi số liệu đầu vào
và cho học sinh quan sát các dạng Qũy đạo
khác nhau của chuyển động ném xiên trong
trường hấp dẫn.

(A)

Đề tài NCKH

(B)

GVHD: Th.S Giáp Thị Thùy Trang

Hình 3 Hiển thị kết quả mô phỏng trực quan