Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Physics

CHƯƠNG TRÌNH CROCODILE PHYSICS V.605 I. Giới thiệu về phần mềm Crocodile Physics Crocodile Physics V.605 đã được nâng cấp, kiểm tra một cách kĩ lưỡng và có nhiều tính năng so với phiên bản trước. Hầu như giao diện của phần mềm vẫn được giữ nguyên. Đây là phần mềm ứng dụng dùng để mô phỏng thí nghiệm vật lý. Các yêu cầu về phần mềm và phần cứng Hệ điều hành Crocodile Physics được cài đặt trên hệ điều hành Windown 98, ME, NT, 2000, XP, Vista,… Phần cứng Cấu hình yêu cầu: Windown 98, ME, NT, 2000, XP, Vista,… Pentium III, 500 MHz hoặc cao hơn. Bộ nhớ Ram 128 MB trở lên. 16-bit soundcard. Web browser. Mac. Mac OS 10.2,…, G3. Cài đặt phần mềm Crocodile Physics phiên bản 605 được cài đặt như sau: Mở thư mục có chứa phần mềm Crocodile Physics. Double Click vào biểu tượng CP-605 để cài đặt. Xuất hiện bảng sau, Click Next để tiếp tục cài đặt hoặc nhấn Cancel để thoát. Tiếp tục Click Next để tiếp tục cài đặt, cho đến khi xuất hiện bảng sau: Nhấn Finish kết thúc cài đặt. Khi khởi động chương trình có xuất hiện yêu cầu ta nhập tên của tổ chức và serial của phần mềm, ta vào thư mục có chứa phần mềm để lấy Keygen và nhập vào, sau đó Click Next rồi nhấn Finish để hoàn tất việc cài đặt. Khởi động và thoát khỏi chương trình làm việc Khởi động chương trình Khi đã cài đặt chương trình, chúng ta có thể vào chương trình bằng nhiều cách: Cách 1: Click double vào biểu tượng Crocodile Physics trên màn hình Desktop. Cách 2: Vào Start\Program\Crocodile Clips\Crocodile Physics605\Crocodile Physics 605. Thoát khỏi chương trình Cách 1: Click vào nút x ở trên góc phải màn hình. Cách 2: Nhần tổ hợp phím Ctrl + Q. Cách 3: Vào Menu\File\Quit. II. Giới thiệu tổng quan các thành phần của màn hình soạn thảo Sau khi khởi động chương trình ta sẽ thấy trên giao diện màn hình hiện lên cửa sổ và lời chào "Welcome to Crocodile Physics 605". Trên bảng này chúng ta có thể chọn các mục: Contents, New model hay Tutorials. - Contents: Xem các ví dụ theo chủ đề có sẵn trong phần mềm . - New model: Sử dụng các mô hình của Crocodile để tạo những mô phỏng. - Tutorials: Mở nội dung hướng dẫn sử dụng Crocodile Physics. Khi chọn New model trên màn hình sẽ hiện lên cửa sổ thực hiện các mô phỏng vật lý. Sau đây chúng ta tìm hiểu các thành phần của màn hình soạn thảo này. Panes Có 3 cửa sổ chính xuất hiện ở bên trái vùng làm việc (không gian làm việc), đó là: Mục Contents: Kho chứa các bài thí nghiệm Mục Parts Library: Kho chứa các dụng cụ Mục Properties: Thiết lập thuộc tính của đối tượng, các thông số của dụng cụ. Những panes này được sử dụng để xây dựng hoặc xem những sơ đồ. Để mở hoặc đóng các cửa sổ ta click vào tiêu đề của panes đó. 1.1. Cửa sổ Contents Cửa sổ Contents đưa ra những mô hình đặc biệt cho những chủ đề về giáo dục. Trong mỗi chủ đề ta sẽ tìm thấy những bài học, những mô hình, dụng cụ giải thích cho những khía cạch khác nhau của chủ đề. Click vào tên danh mục để mở hoặc đóng nó và chỉ có thể mở một danh mục và danh mục con tại một thời điểm. 1.2. Cửa sổ Parts Library Chứa tất cả các parts dùng để xây dựng những mô hình. Các parts được phân loại và phân thành các nhóm được chứa trong những danh mục và những danh mục con. Click vào tên danh mục để mở hoặc đóng nó và chỉ có thể mở một danh mục và danh mục con tại một thời điểm. 1.3. Cửa sổ Propertie Được sử dụng để xem hoặc hiệu chỉnh những thuộc tính của những parts hoặc Sccene. Parts: Khi một parts được chọn thì những thuộc tính của nó tự động xuất hiện trong panes này. Scene: Có nhiều cách để hiện ra những thuộc tính của Scene trong properties pane: - Chọn propeties trong menu tắt của scene. - Nhấn vào nút Space Properties trên thanh Toolbar. - Vào Edit chọn Space Properties. 2. Thanh menu ngang Thanh menu hiển thị danh sách các lệnh, được đặt trên đỉnh của màn hình. Chức năng cụ thể của menu gồm: Menu File: Click vào File, thực đơn được thả xuống như sau: Menu Edit TT Lệnh Tính năng 1 Undo Dùng để hồi phục lại một thay đổi đã tạo ra với mô hình 2 Redo Phục hồi lại sự thay đổi được hủy bỏ đối với mô hình 3 Cut Xóa parts đã chon khỏi mô hình 4 Copy Sao chép parts đã chọn trong clipboard 5 Paste Dán các parts vào mô hình 6 Select All Chọn tất cả các parts trong mô hình 7 Delete Xóa parts đã chọn 8 Properties Mở cửa sổ properties của những parts được chọn 9 Space Properties Mở những thuộc tính trong properties 10 Arrangement Di chuyển các parts được chọn 11 Flip>Horizontal Flip>Vertical Đưa về trục ngang, trục dọc 12 Pause Tạm dừng TT Lệnh Tính năng 1 Sile Pane Hiển thị hoặc tắt một pane 2 Toolbar Hiển thị hoặc tắt thanh công cụ 3 Full Screen Phóng to mô hình lên toàn màn hình 4 Zoom in Thu nhỏ phần được chọn 5 Zoom out Phóng to phần được chọn 6 Master Grid Hiển thị khing lưới 7 Snap to Grid Căn hẳn về một bên (trái hoặc phải của lưới) Menu View Menu Scene TT Lệnh Tính năng 1 New Scene Thêm một Scene mới vào mô hình 2 Remove Scene Xóa một Scene đang hoạt động khỏi mô hình 3 Scene 1, 2, 3 Chọn Scene cần hieent thị trọng danh sách các Scene Menu Help TT Lệnh Tính năng 1 Contents Mở file hướng dẫn tại contents 2 Tutorial Mở các hướng dẫn học Crocodile Physics 3 Welcome Scene On Start Up Lời chào sẽ được hiển thị khi chạy phần mềm 4 About Crocodile Physics Mở hộp thoại About, nơi cung cấp thông tin về phiên bản và cấp phép sử dụng 3. Thanh công cụ (Tool bar) Thanh công cụ xuất hiện trên vùng làm việc và nằm dưới thanh menu ngang, dùng để truy xuất nhanh đến các chức năng hữu ích của chương trình. Thanh này có thể hiển thị hoặc tắt thông qua tùy chọn trên menu View\Toolbar. Gồm các chức năng chính như sau: Nút lệnh Tên nút lệnh Tính năng Crocodile button Xóa đối tượng (Delete). Chọn đối tượng cần xóa rồi ấn nút này để xóa. New Tạo một bài thí nghiệm mới (Ctrl + N). Open Mở một bài thí ngiệm đã có (Ctrl + O). Print Lưu bài thí nghiệm đang tiến hành (Ctrl + S) Cut Cắt một hoặc nhiều đối tượng được chọn vào Clipboard (Ctrl +X), chọn các đối tượng cần cắt rồi ấn nút này. Copy Sao chép một hoặc nhiều đối tượng được chọn vào Clipboard (Ctrl + C), chọn các đối tượng cần sao chép rồi ấn nút này. Paste Đưa một tượng đang có trong clipboard ra màn hình (Ctrl +V) (được thực hiện bằng thao tác cắt, copy trước đó). Undo Hủy bỏ thao tác vừa làm với mô hình (Ctrl + Z). Redo Khôi phục thao tác vừa hủy bỏ với mô hình (Ctrl+ Y). Zoom in Phóng to (Ctrl + =) các mô hình lên 10% sau mỗi lần kích chuột vào biểu tượng. Zoom out Thu nhỏ (Ctrl + ) các mô hình xuống 10% sau mỗi lần kích chuột vào biểu tượng. Scene properties Hiển thị thuộc tính của màn hình đang làm việc Pause Nhấn Pause để tạm ngừng sự hoạt động của mô hình. Nhấn Pause lại để cho chạy lại sự mô phỏng (Ctrl + Shift + P). Simulation speed Tăng hay giảm tốc độ thời gian. 4. Shortcut menu (menu tắt) Những thao tác phổ biến mà ta thực hiện trên những đối tượng và những Scene cũng có thể được thực hiện với sự trợ giúp của menu tắt. Để truy xuất đến menu tắt ta Click phải lên đối tượng hoặc Scene. Ví dụ: Click phải chuột lên Graph, menu tắt xuất hiện như sau: Menu tắt cũng có thể được truy xuất bởi việc chọn nút bấm Shortcut menu trên thanh mini-toolbart. 5. Màn hình soạn thảo (Scene) Một vùng mà trong đó ta dùng để tạo ra các mô hình Crocodile Physics được gọi là vùng làm việc. Vùng làm việc được tạo nên từ một hoặc nhiều Scene. Trên khung làm việc, ta trình bày toàn bộ mô hình thí nghiệm. Bao gồm: Nút để phóng toàn màn hình không gian làm việc. Các trang thí nghiệm (Scene). Để xem một trang thí nghiệm, Click vào tab scene, tab sẽ được sáng lên và scene sẽ hoạt động. Thêm một scene mới: Nhấn nút dấu (+) bên trái scene hoặc vào Scenes\New Scene. Tại một thời điểm, một file có thể chứa tối đa 5 scene. Xóa một scene: Nhấn nút dấu (-) bên trái scene hoặc vào Scenes\Remove Scene, hộp thoại Remove Scene xuất hiện. Nhấn Yes để xóa scene. Di chuyển một Scene: Kéo rê scene dọc theo hàng Scene tab. Đổi tên một Scene: Click đúp vào Scene tab rồi gõ lại tên ta muốn đặt. 6. Thanh trạng thái Là một vùng nằm ngang ở phía dưới góc phải màn hình. Nó cung cấp thông tin về trạng thái hiện thời của cái mà ta đang xem trong scene. Ba mục luôn hiển thị trên thanh trạng thái là: Speed: Hệ số tốc độ. Zoom: Hệ số phóng đại. Simulation time: Khoảng thời gian (tính bằng giờ, phút, giây) trôi qua trong môi trường mô phỏng của chương trình từ khi mô hình được tạo ra hoặc tải về. III. Các kho dụng cụ thí nghiệm Kho được tổ chức theo từng ngăn lớn, trong mỗi ngăn lại có các ngăn riêng. Gồm: : Các dụng cụ thia nghiệm về điện, điện tử. : Các dụng cụ thí nghiệm về quang học. : Các dụng cụ thí nghiệm cơ học. : Các dụng cụ thí nghiệm về sóng âm, sóng cơ và sóng điện từ. : Các thiết bị trình diễn, hiển thị. 1. Tổng quan kho thiết bị điện Analog: Mạch tương tự. Pictorial: Nguồn. Digital: Mạch số. 1.1. Analog Bao gồm các dụng cụ thuộc thành phần điện dưới dạng các biểu tượng. Power Supplies: Chứa các dạng nguồn điện. Switches: Chứa các loại công tắc điện. Input Components: Chứa các thiết bị nhận tín hiệu. Passive Components: Chứa các thiết bị thụ động (điện trở, tụ điện, cuộn cảm). Discrete Semiconductors: Chứa các dụng cụ bán dẫn riêng biệt. Integrated Circuits: Chứa các loại vi mạch (mạng tích hợp). Signal Generators & Sound: Gồm một số dụng cụ để tạo ra âm thanh (máy phát hình sin, còi, loa). Light Outputs: Bao gồm các loại đèn chiếu sáng như đèn dây tóc, đèn bán dẫn… Meters: Chứa các dụng cụ đo như vôn kế, am pe kế, thước. 1.1.1. Power Supplies Đây là những nguồn phát dòng điện không đổi. Các nguồn điện áp ở trên đều có thể cung cấp điện áp theo yêu cầu. 1.1.2. Switches Các công tắc được thiết kế không có điện trở trong, có thể chịu được dòng điện tối đa là 15A và hiệu điện thế tối đa là 400V. Các rơle có hiệu điện thế danh định là 6V, hiệu điện thế hoạt động là 4V, hiệu điện thế giải phóng (lúc này rơle không hoạt động) là 2V, điện trở của cuộn dây là 100Ω, điện trở của công tắc là 0, cường độ dòng điện và hiệu điện thế tối đa là 5A và 400V. 1.1.3. Input Components - Float switch: là công tắc điều chỉnh bằng phao có điện trở bằng 0, cường độ dòng điện và điện áp cực đại cho phép qua nó là 1A và 250V. - Thermistor: là điện trở có giá trị thay đổi theo nhiệt độ. - LDR with lamp và LDR and lamp là quang điện có điện trở là 1MΩ. - Light dependent resistor: là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng, có cường độ dòng điện và hiệu điện thế cực đại là 50mA và 320V, công suất tiêu tán cực đại là 250mW. - Photo-transistor with lamp: là transistor quang điện, nó sẽ hoạt động khi điện áp đặt vào nó lớn hơn hoặc bằng 0,7V. Cường độ dòng điện và điện áp cực đai là 50mA và 35V. - Opto-isolator: bộ cách li quang. - Variable resistor: biến trở con chạy, chịu được điện áp tối đa là 400V, công suất tiêu tán cực đại là 5W. - Potentionmeter: là cái phân thế, chịu được điện áp tối đa và công suất tiêu tán giống như biến trở con chạy. - Fuse: là cầu chì. 1.1.4. Passive Componen - Điện trở (resitor) có công suất và điện áp cực đại qua nó là 2W và 1200V. - Cuộn cảm (inductor) không có điện trở thuần và có dòng cực đại là 1A. - Tụ điện (capacitor) là tụ điện chưa tích điện có hiệu điện thế cho phép là 35V. Ngược lại Electrolytic capacitor là tụ điện đã tích điện và hiệu điện thế cho phép là 100V. - Máy biến thế (Transformer) có điện trở của cuộn sơ cấp là 1Ω, tần số của dòng xoay chiều tối thiểu để máy hoạt động là 50Hz, cường độ dòng điện lớn nhất là 10A. 1.1.5. Discrete Semiconductors Lĩnh vực này bao gồm các loại dụng cụ bán dẫn như điốt (điốt silic), điốt zener, điốt Thyristor, bóng bán dẫn thường được chế tạo theo công nghệ MOS (MOSFET) loại kênh dẫn n và kênh dẫn p. Transistor (silic) loại n-p-n và p-n-p, hiệu điện thế giữa cực đại giữa 2 cực C-E là 60V, C-B là 75V, E-B là 5V, công suất tiêu tán tối đa (nếu công suất sinh ra trên transistor lớn hơn giá trị này thì transistor sẽ bị hỏng) là 1W. 1.1.6. Integrated Circuits - Bao gốm các loại cổng logic và các vi mạch (mạch tích hợp) được sử dụng nhiều trong kỹ thuật điện tử. Do đó chương trình vật lí đại cương ở trường Đại học hoặc các trường kỹ thuật có thể sử dụng Crocodile Physics để xây dựng các mạch tích hợp, một số loại máy điện tử đơn giản (ví dụ như đồng hồ…), ở trường THPT chỉ sử dụng rất ít trong số các dụng cụ này. 1.1.7. Signal Generators & Sound - Signal generator là nguồn phát tín hiệu (nguồn phát dòng điện xoay chiều) có điện trở bằng 0. - Buzzer (còi) có hiệu điện thế danh định là 6V, điện áp làm việc là 3V, hiệu điện thế cực đại là 9V, điện trở là 240Ω. - Loudspeaker (loa) có công suất tiêu tán là 400W, nếu vượt qua giá trị này loa sẽ bị hỏng. 1.1.8. Light Outputs - Signal Lamp (đèn signal) là đèn chịu được hiệu điện thế cực đại là 9V. Đây là đèn 6V – 0,36W, có thể chịu được hiệu điện thế cực đại là 9V. - Filament Lamp (đèn dây tóc) là đèn chịu được hiệu điện thế cực đại là 15V. - LED là các loại điốt phát quang, có dòng điện cho phép tối đa là 30mmA; điện áp làm việc bình thường (ở 10mmA) của đèn LED đỏ, xanh và vàng lần lượt là: 1,9V; 2,1V và 2V. - Seven segment display là đèn hiển thị 7 thanh, với mỗi thanh là một LED. 1.1.9. Meters - Bao gốm ampe kế, vôn kế. 1.2. Pictorial - Các hình vẽ các công cụ trong phần này chứa các nguồn, các công tắc 3 cực, biến trở, điện trở, còi, bóng đèn dây tóc, các điốt LED, mô tơ. 1.3. Digital - Optical Space: Buồng tối để thực hiện thí nghiệm. - Ray Diagrams: Chứa các vật thật, màn hứng ảnh, mắt,… - Light Sources: Chứa các nguồn sáng. - Lenses: Chứa các thấu kính. - Mirrors: Chứa các gương. - Transparent Objects: Chứa các bản trong suốt (lăng kính, bản mỏng,…). - Opaque Objects: Chứa các vật chắn sáng. - Measurement Tools: Chứa các loại thước đo góc, đo độ dài. 2. Tổng quan kho thiết bị quang 2.1. Optical Space - là không gian trong đó diễn ra các thí nghiệm mô phỏng phần quang học. 2.2. Ray Diagrams - Bao gồm các vật ở gần (Near Object Maker), các vật ở xa vô cùng (Far Object Maker). - Screen (màn ảnh): Chọn phần này nếu muốn xem ảnh của vật qua dụng cụ quang học. - Eye: Mắt. 2.3. Light Sources - Bao gồm các loại nguồn sáng như chùm sáng phân kì, chùm sáng song song và chùm tia sáng. - Nguồn sáng có thể thay đổi theo yêu cầu về màu sắc và hướng. 2.4. Lenses - Gồm có thấu kính phân kì và thấu kính hội tụ. 2.5. Mirrors - Gồm có gương phẳng, gương cầu lõm, gương cầu lồi và gương Parabolic. 2.6. Transparent Objects - Là các vật trong suốt, cho ánh sáng truyền qua nó gần như hoàn toàn như: Lăng kính bằng thủy tinh, bản mặt song song và bản hình bán trụ. - Tính chất của các vật trong suốt này có thể lựa chọn bằng cách Click vào nó và chọn chất liệu trong hộp thoại khi ta Click vào dòng chữ ở giữa vật đó. 2.7. Opaque Objects Là vật chắn sáng, không cho ánh sáng truyền qua nó, bao gồm: Khe hẹp, vật có dạng hình tròn, hình chữ nhật và dạng hình tam giác. 2.8. Measurement Tools Đây là những dụng cụ dùng để đo lường, gồm: - Ruler: Thước thẳng. - Protractor: Thước đo góc. - Marker: Vạch dấu. 3. Tổng quan về kho thiết bị cơ Mechanisms: Cơ học Motion: Sự chuyển động 3.1. Mechanisms Bao gồm các thiết bị thuộc về máy mốc cơ khí (chúng ta ít dùng tới) như: Chain: Dây xích. Constant speed motor: Mô tơ có tốc độ không đổi. Flywheel: Bánh đà. Gear: Bánh răng. Generator: Máy phát điện. Electric motor: Mô tơ điện. Rack and pinion: Thanh răng và bánh răng. Torque: Momen xoắn. Microswitch, Solenoid: Đây là cuộn dây kim loại nên có từ tính khi có dòng chạy qua. 3.2. Motion Bao gồm các dụng cụ, các mô hình thí nghiệm cơ học, như: Space: Không gian để tiến hành làm thí nghiệm. Grounds: Mặt đất. Slopes: Mặt phẳng nghiêng. Balls: Những quả bóng làm bằng các vật liệu khác nhau. Blocks: Các khối vật chất. Cart: Xe hai bánh thường dùng để chở hàng. Rol: Thanh nối không có khối lượng. Spring: Lò xo không khối lượng. 4. Tổng quan về kho thiết bị sóng Phần sóng trong Crocodile Physics cho phép mô phỏng các thí nghiệm về sóng cơ học. 4.1. Sóng 1D - Wave propagation space: Mô hình sự truyền sóng trong không gian. - Wave penetration space: Mô hình sóng truyền qua các môi trường vật chất khác nhau. - Wave reflection space: Mô hình sóng phản xạ. - Wave interference space: Mô hình sự tổng hợp hai sóng. - Wave pinned space: Mô hình truyền sóng có một biên bị giới hạn. - Wave plucking space:Mô hình sóng truyền cưỡng bức trên dây có hai đầu bị buộc chặt. 4.2. Sóng 2D - Electromagnetic wavespace: Không gian thí nghiệm sóng điện từ (ánh sáng, sóng vô tuyến…). - Sound wavespace: Không gian thí nghiệm sóng âm. - Water wavespace: Không gian thí nghiệm sóng cơ trên nước. - Sources: Các nguồn phát sóng….. - Reflectors: Các vật phản xạ. - Obstaccles: Các vật cản các môi trường truyền sóng. - Slits: Các vật có khe hở. - Measurement: Thiết bị thu sóng. 5. Tổng quan về kho thiết bị hiển thị Gồm các thiết bị để trình bày thí nghiệm, bao gồm: 5.1. Measurement Tools - Những dụng cụ dùng để đo lường đã trình bày ở mục 2.8. 5.2. Các dụng cụ còn lại - Graph: Công cụ vẽ đồ thị. - Text: Hộp nhập các đoạn văn bản ngắn. - Instructions: Hộp nhập các đoạn văn bản dài. - Picture: Thể hiện hình ảnh được chèn. - Animation: Trình diễn một loạt các hình ảnh. - Button: Nút bấm. - Number: Hộp thay đổi thuộc tính kiểu số các đối tượng. - Checkbox: Hộp kiểm thay đổi thuộc tính các đối tượng. - Drop-down lits: Hộp lựa chọn thuộc tính các đối tượng. - Edit box: Hộp thay đổi thuộc tính text các đối tượng. - Pause: Nút Play/Pause (chạy/tạm dừng mô phỏng). - Reload: Tải lại trạng thái ban đầu để chạy mô phỏng. - Part Tray: Nút tạo khung (khay) chứa các dụng cụ.