楊 鵬

(江蘇省太湖高級中學(xué) 江蘇 無錫 214125)

智能手機(jī)(Smartphone)，是指“像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統(tǒng)，可由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，并可通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的一類手機(jī)的總稱”.

智能手機(jī)發(fā)展到如今，在硬件配置上堪稱強(qiáng)悍，多核CPU完全可以流暢處理多種程序和任務(wù)；內(nèi)置有多種傳感器，包括重力傳感器、聲音傳感器、慣性傳感器(陀螺儀)、氣壓計等，配合眾多應(yīng)用軟件，為生活和工作帶來許多便利；搭配具有自動調(diào)焦或高速連拍的照相機(jī),甚至有些搭配有NFC(近距離通訊)功能等，簡直就是一個便攜的多功能物理移動數(shù)字實驗室.

物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，也是普遍反映難學(xué)、難教、學(xué)生頭痛的學(xué)科.在中學(xué)階段，由于所學(xué)知識所限，不少實驗還是以觀察和分析實驗現(xiàn)象為主要目的.如果在實驗中，能夠根據(jù)實際情況引入多種實驗手段和直觀演示方式，就會增加物理課堂的新鮮感，對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，提高觀察事物的能力，發(fā)展其思維能力等諸方面都有一定的好處.

因為目前智能手機(jī)在筆者所在地區(qū)日常生活中普及率非常高，學(xué)生都比較熟悉手機(jī)的功能和使用方法，對智能手機(jī)的興趣和喜愛非常濃郁，所以，筆者就萌發(fā)了在實驗教學(xué)課堂上適當(dāng)引入智能手機(jī)作為助手的想法，一方面為自己的教學(xué)提供幫助，另一方面將學(xué)生對智能手機(jī)的喜愛轉(zhuǎn)換成對學(xué)習(xí)感興趣，從而提高課堂的效率.

筆者以某品牌智能手機(jī)為例，做了一些實際嘗試.手機(jī)為安卓系統(tǒng)，安裝兩款評價比較高的傳感器軟件,即安卓手機(jī)傳感器綜合分析工具和Tricorder 2.

1 安卓手機(jī)傳感器綜合分析工具軟件

圖1 手機(jī)傳感器界面

安卓手機(jī)傳感器綜合分析工具軟件界面，如圖1所示.

界面比較簡潔，具體有方向、聲音、磁場感應(yīng)器和加速度傳感器等(打叉的表示手機(jī)不支持)，如圖2(a)～(d)所示.

(a) 方向傳感器 (b) 聲音傳感器

(c) 磁力傳感器 (d) 加速度傳感器

2 Tricorder 軟件界面

Tricorder 軟件界面如圖3所示.

(a) 主界面及重力界面 (b) 磁場界面

(c) 聲音(ACO)界面 (d) 位置界面

圖3

3 個人的一些實際嘗試

由于兩款軟件各有特點，而且功能上有相通之處，所以,筆者在教學(xué)中根據(jù)實際情況和軟件的特點任意選擇.

3.1 方向傳感器

在物理實驗中，有些實驗要求在水平面上進(jìn)行，可以利用手機(jī)的方向傳感器進(jìn)行檢驗.

案例1：在“探究加速度、力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，由于用到了氣墊導(dǎo)軌，不需要平衡摩擦力，需要將氣墊導(dǎo)軌調(diào)整為水平，可以點擊手機(jī)傳感器的方向傳感器，觀察畫面中氣泡位置判斷導(dǎo)軌平面是否水平，如圖4所示.

圖4 放在氣墊導(dǎo)軌上的手機(jī)，“手機(jī)傳感器”中水平氣泡影像

案例2：在“研究平拋運動”實驗中，要求平拋運動演示儀的斜槽末端必須調(diào)整為水平，將手機(jī)如圖5所示放置，“手機(jī)傳感器”中水平氣泡影像居中.或者如圖6所示,“Tricorder 2”中上面兩紅色箭頭對準(zhǔn)，下面AZ讀數(shù)90度.

圖5 研究平拋運動實驗用手機(jī)傳感器調(diào)平

圖6 利用Tricorder 2調(diào)平

3.2 重力(加速度)傳感器

案例3：在講述“力的分解”一節(jié)內(nèi)容時，書上提到了橋的引橋做得很長的原因，可以利用手機(jī)做一個簡單演示進(jìn)行講解.將手機(jī)和小車一起放置在傾斜木板上，由靜止釋放，如圖7(a)所示，利用“手機(jī)傳感器”，得到圖7(b)的圖像，導(dǎo)軌與水平面夾角越大，對應(yīng)的藍(lán)線(中間一條)偏離紅線越遠(yuǎn)，說明加速度越大.

(a) 手機(jī)和小車電靜止釋放

(b) 利用手機(jī)傳感器得到圖像

案例4：簡單演示超重、失重以及完全失重.

圖8 “手機(jī)傳感器”中研究超重失重

圖9 “Tricorder”中研究完全失重

圖8中有明顯起伏的綠線表示豎直方向加速度變化情況.由圖8可看出，保證手機(jī)相對人上身靜止時，稍慢下蹲起立(左邊)和迅速下蹲起立(右邊)兩種情況下加速度的對比情況.圖9是讓手機(jī)在墊子上面做自由落體得到的圖像.

案例5：在課本中，向心加速度表達(dá)式an=ω2r是通過理論推導(dǎo)出來的，可以借助手機(jī)和水平轉(zhuǎn)盤簡單演示，加深印象.

圖10中有明顯起伏波動的紅線表示x方向加速度變化，轉(zhuǎn)動半徑一定，轉(zhuǎn)動越快，其波動越明顯.

圖10 “Tricorder”中研究向心加速度表達(dá)式

3.3 聲音傳感器

在學(xué)習(xí)波的干涉現(xiàn)象中，敲擊音叉，轉(zhuǎn)動音叉會聽到或高或低的聲音，也可以用Tricorder進(jìn)行研究，點擊ACO，敲擊音叉，轉(zhuǎn)動音叉，可以觀察到手機(jī)聲音傳感器讀數(shù)(dB值)大小變化,如圖11所示.

圖11 “Tricorder”中研究波的干涉現(xiàn)象

3.4 磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器

案例6：研究磁場強(qiáng)弱的分布情況.

條形磁鐵或者通電螺旋管周圍磁場的強(qiáng)弱分布情況，可以用“手機(jī)傳感器”的磁場傳感器界面形象地表示出來.以條形磁鐵為例，先測定環(huán)境背景磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖12所示，再進(jìn)行研究，如圖13表示.

圖13 磁鐵各部分磁感應(yīng)強(qiáng)度大小

可以明顯看到條形磁鐵磁場強(qiáng)弱分布情況為中間磁性弱，兩極磁性強(qiáng).

案例7：研究磁場方向的情況.

以一個磁性很強(qiáng)的磁針為例，其中紅色為北極，藍(lán)色為南極，手機(jī)的指南針圖案如圖14所示.保持磁針靜止，看手機(jī)指南針的變化情況，如圖15所示.

圖14 “ Tricorder”位置界面的指南針

圖15 保持磁針靜止，手機(jī)指南針變化情況

當(dāng)然，對于兩個條形磁鐵疊在一起的情況也可以進(jìn)行研究,如圖16所示.

圖16 “手機(jī)傳感器”研究兩條重疊的條形磁鐵

可見，相比單根條形磁鐵，無論是中間還是兩極，磁場減弱了很多.

案例8：研究磁場特別是通電導(dǎo)線周圍磁場的方向.

利用“Tricorder”的“位置”界面的指南針影像研究通電導(dǎo)線周圍的磁場方向(注意，這里有些手機(jī)需要打開GPS功能).圖17(a)為通電情況，電流表滿偏，(b)為未通電時的情況.

圖17 研究通電導(dǎo)線周圍的磁場的方向

3.5 GPS以及慣性傳感器(陀螺儀)

圖18 “Tricorder”中位置界面(打開GPS)

現(xiàn)在智能手機(jī)一個重要作用就是可以作為GPS導(dǎo)航使用.先打開手機(jī)的GPS，打開“Tricorder ”，點擊位置，即可出現(xiàn)如圖18所示界面.

可以看到這款軟件能夠顯示手機(jī)所在位置經(jīng)度(E)和緯度(N)以及手機(jī)運動速度(Spd)，這樣,可以研究長距離或較長時間內(nèi)手機(jī)的運動情況，如將手機(jī)放在某運動物體上，每隔一定時間記錄該物體的速度和位置，描繪其速度圖像、路程圖像等.

地理知識告訴我們，如果知道地球上同高度兩點經(jīng)緯坐標(biāo)值可以估算地球的半徑，因此,可以利用該軟件估算地球半徑，有興趣的朋友不妨一試.

以上僅僅是筆者在教學(xué)過程中,利用智能手機(jī)傳感器豐富課堂的幾個例子，但在教學(xué)中使用時需要注意幾點：

(1)不要為了用手機(jī)而勉強(qiáng)用手機(jī)，能否用需要看具體場合，不是什么實驗都能用.

(2)筆者個人只把手機(jī)用在定性觀察現(xiàn)象的實驗中，不能讓其代替物理器材做精密測量，因為手機(jī)本身制造初衷不是物理實驗儀器，所以，對其測量精確度做保留.

(3)實驗前要做周密準(zhǔn)備，例如，手機(jī)充好電，關(guān)閉鬧鐘，打開飛行模式，備好實物展臺，最重要的是利用手機(jī)廠家的軟件對傳感器做適當(dāng)校準(zhǔn).

(4)除了實物展臺現(xiàn)場展示之外，利用軟件，如“BUMP”或者NFC，可以將手機(jī)中的文件(如拍攝的圖片、視頻等)向筆記本電腦進(jìn)行迅速傳遞，這樣，可以把手機(jī)中的影像資料迅速傳到筆記本電腦進(jìn)而放大到投影屏幕上，使得效果更加明顯.

當(dāng)下，很多學(xué)校把學(xué)生攜帶手機(jī)當(dāng)成是洪水猛獸，如果轉(zhuǎn)換一下思路，讓手機(jī)為教育助力，不僅能使得課堂更生動、更有活力，而且能讓他們從刷微博、掛扣扣等“低玩”階段中走出來，逐步走向利用手機(jī)智能功能促進(jìn)學(xué)習(xí)和豐富實驗方法的“高玩”階段.

參考文獻(xiàn)

1 2013年4月 中國Android智能手機(jī)市場分析.中國項目資源網(wǎng)，2013(4)

2 梁振華.基于手機(jī)的物理實驗開發(fā)和應(yīng)用.物理教學(xué)探討，2012(10):30

3 蔣大成.生活中的趣味物理實驗探究.物理教學(xué)探討，2011(12):27