Đề tài Quan sát dao động tắt dần của mạch dao động trên máy vi tính

QUAN SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA MẠCH DAO ĐỘNG TRÊN MÁY VI TÍNH USING COMPUTER TO OBSERVE DAMPED OSCILLATION IN LC CIRCUITS Phan Công Thành Trường THPT Lý Tự Trọng, xã Bình Trị, huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam TÓM TẮT Để quan sát dao động tắt dần của của mạch dao động (1) sách giáo khoa Vật lý 12 hiện hành đề nghị sử dụng dao động kí điện tử. Tuy nhiên, có rất ít các trường có thể trang bị dao động kí điện tử, vì vậy phần lớn học sinh học chay phần này. Trong bài viết này, tôi đề xuất sử dụng phần mềm xử lý âm thanh trên máy tính để quan sát dao động tắt dần của mạch dao động. ABSTRACT Oscilloscopes are suggested using to observe damped oscillation in oscillator circuits. However, few schools are able to equip an oscilloscope, so most students must study this section without visual experiments. In this paper, I recommend using a sound editor software to observe damped oscillation in an LC circuit on a computer. I. Cơ sở Vì cạc âm thanh (sound card) của máy tính xử lý các tín hiệu âm tần và dễ dàng giao tiếp với thiết bị ngoại vi qua đường tín hiệu microphone nên nếu tín hiệu của mạch dao động LC thuộc vùng âm tần thì máy tính sẽ hiển thị tín hiệu này qua giao diện của một phần mềm xử lý âm thanh thích hợp. II. Các dụng cụ và điều kiện cần thiết 1. Máy tính và phần mềm: - Máy tính được sử dụng có thể chạy hệ điều hành Windows XP, Windows Vista hay Windows 7. - Phần mềm xử lý âm thanh được sử dụng trong bài viết này là Cool Edit Pro 2.0 - CEP(2). 2. Linh kiện và sơ đồ: Để lắp ráp mạch dao động, chúng ta sử dụng ngay các linh kiện trong bộ thí nghiệm mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp thuộc chương trình Vật lý 12 vốn có trong phòng thí nghiệm Vật lý của mọi trường THPT vì lý do thuận tiện. Ngoài ra, cần một giắc cắm cổng microphone(3) để kết nối mạch điện với máy tính. Một trong những sơ đồ mạch điện LC được chỉ ra trên hình 1. Hình 1. Sơ đồ mạch dao động. Trên sơ đồ hình 1, nguồn điện được sử dụng là nguồn DC-6V, một đầu dây nguồn nối cố định với một cực của tụ điện, đầu kia để tự do; hai cực của giắc cắm microphone được nối với hai đầu cuộn dây. III. Tiến hành thí nghiệm Cắm giắc microphone nối với mạch điện vào máy tính đã khởi động – chú ý phân biệt hai vị trí cắm microphone và cắm loa. Trên máy tính, mở phần mềm CEP, kích vào nút lệnh trên giao diện CEP để thực hiện việc ghi lại tín hiệu âm tần qua đường microphone. Tích điện cho tụ bằng cách cọ đầu dây nguồn tự do vào cực thứ 2 của tụ điện rồi tách dây nguồn ra. Trong mạch xuất hiện dao động tắt dần. Tín hiệu âm tần tắt dần này được ghi lại bởi CEP. Dạng tín hiệu cho trên hình 2. Ngừng ghi tín hiệu bằng cách bấm vào nút . Hình 2. Dao động tắt dần của mạch LC ở hình 1 Các bước thí nghiệm trên được ghi lại trên video “DAO DONG TAT DAN MACH LC2” có đường link youtube sau: www.youtube.com/user/phanlean#p/u/6/gZkwX_YH9tY Hình 3. Đồ thị dao động tắt dần của mạch LC khi chưa phóng to theo phương ngang Cần chú ý rằng trong video “DAO DONG TAT DAN MACH LC2” ta chỉ quan sát thấy đồ thị dao động như sau: Khi này bấm vào nút lệnh trên giao diện của CEP để phóng to theo phương ngang ta thấy dạng đồ thị như hình 2. Ngoài ra, một sơ đồ dao động khác cũng đã được thực hiện. Xem video “DAO DONG TAT DAN CUA MACH LC” theo link dưới đây: www.youtube.com/user/phanlean#p/u/8/cHvjifTGDhk Trong video “DAO DONG TAT DAN CUA MACH LC” ta thấy dạng dao động tắt dần ngay khi có dao động một cách rõ ràng mà không cần phóng to đồ thị theo phương ngang như trên. Đó là do tần số của mạch này khoảng vài chục Hz so với mạch ở hình 1 có tần số lên đến vài trăm Hz. Bộ tụ sử dụng trong mạch điện được mắc nối tiếp, mỗi tụ 1000, do đó có thể thay bằng một tụ 100. Máy biến thế học sinh trong chương trình Vật lý 9 được dùng như cuộn cảm trong video trên. IV. Đề nghị Khi thực hiện bài dạy về mạch dao động theo hướng tích cực hóa với các thí nghiệm trên, chúng tôi đã nhận nhiều đáp ứng tích cực từ phía người học khi được tiếp cận kiến thức một cách trực quan. Đồng thời, từ những trải nghiệm qua quá trình dạy học, tôi có những đề nghị mở rộng sau: Thứ nhất, trong các thí nghiệm, do chu kì dao động xác định được từ đồ thị dao động và các tụ điện có điện dung cho trước, ta có thể tính độ tự cảm của cuộn cảm. Thứ hai, sử dụng máy phát dao động điều hòa phát dao động với biên độ đủ nhỏ (không quá 6V), ta có thể quan sát dao động điện từ điều hòa duy trì trên đồ thị. Máy phát dao động này có trong bộ thí nghiệm Vật lý 12. Tài liệu tham khảo [1] Lương Duyên Bình, Vật lý 12 (ban cơ bản), Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010, trang 104-107. [2] Nguyễn Thế Khôi, Vật lý 12 (ban nâng cao), Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2008, trang 117-123 [3] Phan Công Thành, Đo gia tốc rơi tự do nhờ sự hỗ trợ của máy tính, 2007, link download: [4] Phan Công Thành, Dùng máy tính như dao động kí điện tử để thực hiện các thí nghiệm âm học trong trường phổ thông, 2008, link download: (1) Vì mạch dao động có điện trở nên dao động tắt dần. (2) Các phần mềm khác như Audacity, Scope cũng có thể sử dụng với cùng mục đích. Cả ba phần mềm cũng như cách cài đặt và sử dụng CEP đều có thể download từ link dưới đây: (3) Có thể mua một giắc cắm cũ từ một tiệm internet.