王 蕾

(江蘇省蘇州第一中學(xué)校,江蘇 蘇州 215006)

智能手機(jī)進(jìn)入市場以來，相機(jī)的像素和分辨率大幅提升,同時拍攝功能也變得多樣化．近幾年,許多品牌手機(jī)的相機(jī)功能里除了正常照片、視頻的拍攝外,還有兩個攝影方式:慢鏡頭和延時攝影．

以電影技術(shù)為例,正常情況下,電影放映和拍攝轉(zhuǎn)換頻率是同步的,例如每秒拍24幀,放映時也是每秒24幀．如果拍攝時,加快拍攝頻率,例如每秒48幀,然后放映時恢復(fù)每秒24幀,看到的畫面就是原本很快速的運(yùn)動被放慢了．這就是通常講的“慢鏡頭”．相反,當(dāng)拍攝頻率減慢,小于每秒24幅時,放映時銀幕上就出現(xiàn)了快動作,又稱“延時攝影”功能．目前iphone手機(jī)慢動作可以達(dá)到每秒120幀和240幀,意思就是拍攝時,單位時間內(nèi)增加5倍和10倍的采集量,播放時則就會將1 s的運(yùn)動延長至5 s和10 s播放了．

慢動作可以讓我們看到更多的細(xì)節(jié),而快動作可以制造一些獨(dú)立個性的視頻,如天氣變化、車流等．下面談?wù)勥@些特殊的拍攝功能在高中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用．

1 智能手機(jī)拍攝之慢動作在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

高中物理課上演示的許多實(shí)驗(yàn)多發(fā)生在短暫的時間內(nèi),所以有心的教師會將一些比較難觀察的物理實(shí)驗(yàn)通過提前錄像的方式采集好視頻,課堂上回放．這樣做有兩個缺點(diǎn): (1) 視頻不是當(dāng)場錄制,多了份神秘感,讓學(xué)生產(chǎn)生懷疑．(2) 如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象短暫的話,那錄像呈現(xiàn)效果和實(shí)驗(yàn)是一樣的．而手機(jī)慢拍功能恰恰能彌補(bǔ)這兩個不足之處．

1.1 定性分析

案例1: 探究平拋運(yùn)動的分運(yùn)動.

常見的平拋實(shí)驗(yàn)演示儀如圖1所示,驗(yàn)證豎直方向與自由落體同步都是采用聽聲音的方法,即平拋與自由落體同時出發(fā),同時落地,說明豎直方向的同時性．可在如此短暫的瞬間,學(xué)生無法肉眼看清兩個運(yùn)動豎直方向的同時性．

圖1 平拋實(shí)驗(yàn)演示儀

打開手機(jī)慢拍功能如圖2所示,教師負(fù)責(zé)演示,請學(xué)生用手機(jī)同步錄相．將視頻投放到教室投影幕上,與學(xué)生共同探討兩種運(yùn)動豎直方向上的共性．學(xué)生在慢動作錄像中會清楚地看到,兩小球除了同時落地,其他任意時間兩小球始終在一條水平線上(教師可用暫停播放的方式),如圖3所示．如果有條件,也可以讓學(xué)生用自己的手機(jī)選擇正確的角度共同錄像,一同參與,這樣互動更好．

圖2 慢動作拍攝界面

圖3 平拋運(yùn)動與自由落體運(yùn)動的對比

建議: (1) 有的演示儀帶水平運(yùn)動分析的,那在慢鏡頭拍攝下,平拋運(yùn)動水平方向的勻速直線運(yùn)動特征也是一覽無遺,如圖4所示．

圖4 平拋運(yùn)動與勻速直線運(yùn)動的對比

(2) 有條件的班級(液晶顯示屏可以用專用筆留痕跡)甚至可以在顯示屏投放慢動作視頻的同時,描繪平拋小球的軌跡,并在軌跡上做等時間(水平方向等間距)處理,從而獲得頻閃照片的效果．

可見,慢拍功能在兩個快速運(yùn)動需要發(fā)生對比的時候,能體現(xiàn)出更好的效果．

1.2 半定量分析

案例2: 探究牛頓第二定律.

圖5 實(shí)驗(yàn)裝置(側(cè)視圖)

“兩個小車后端各系一條細(xì)繩,用一個物體,例如黑板擦,把兩條細(xì)線同時按在桌子上,使小車靜止．抬起黑板擦,兩個小車同時開始運(yùn)動,按下黑板擦,兩個小車同時停下來．用刻度尺測出兩個小車通過的位置,位移之比就等于它們的加速度之比．為了改變小車的質(zhì)量,可以在小車中增減物重” (如圖6).

圖6 實(shí)驗(yàn)裝置(俯視圖)

很顯然,教科書上提供的“抬起”、“按下”黑板擦是為了控制相同的運(yùn)動時間,在實(shí)際的操作中,還是有許多細(xì)節(jié)需要考慮,否則很可能導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確．

若采用慢拍功能,錄下一段短暫的運(yùn)動過程,回放過程,可取任意瞬間暫停,獲得位移比(如圖7),有效地避免了由按下黑板擦帶來的誤差．同時要注意,為了獲得比較準(zhǔn)確的位移比,長木板邊還是最好要有刻度．另外,拍攝要注意角度合適,避免讀數(shù)誤差．

圖7 對比探究牛頓第二定律慢動作拍攝效果

圖8 探究彈性勢能與形變量的關(guān)系裝置圖

1.3 定量分析

案例3: 探究彈性勢能表達(dá)式.

如圖8所示,彈簧下端掛上鉤碼,鉤碼下落過程重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧彈性勢能．當(dāng)鉤碼運(yùn)動到最低點(diǎn)時,速度為0,減小的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為彈簧彈性勢能．這樣可以求得彈性勢能的大小．要求得減少的重力勢能,難度在于捕捉運(yùn)動的最低點(diǎn)．縱然在整個裝置后面立襯一把毫米刻度尺,也會因?yàn)檎褡舆\(yùn)動太快而來不及觀察．此時手機(jī)慢拍功能又可以助上一臂之力．

打開手機(jī)慢拍功能,將實(shí)驗(yàn)全過程拍攝記錄下來．分別找出未掛鉤碼時、彈簧伸長到最長時,鉤碼的相關(guān)位置,計算出高度的變化(彈簧相對于原長的形變量),再求出重力勢能的減少量，并獲得多組彈簧形變量與彈性勢能關(guān)系,作出圖像,進(jìn)一步探尋得到彈性勢能的表達(dá)式．當(dāng)然,慢拍視頻畢竟是動態(tài)的,如需準(zhǔn)確讀數(shù),還需錄像暫停功能加以輔助．

可見,只要細(xì)心發(fā)掘,慢拍功能在高中物理課堂還是可以有很多出彩的地方．如果僅用于現(xiàn)象觀察的話,慣性定律(如圖9)、超失重(如圖10)、自感現(xiàn)象、楞次定律等都能拍出不錯的效果．

圖9 慣性定律慢拍效果

圖10 完全失重慢拍效果

2 智能手機(jī)拍攝之延時攝影在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

延時攝影是一種將時間壓縮的拍攝技術(shù),把幾分鐘、幾小時、甚至幾天、幾年的過程壓縮在一個較短的時間內(nèi)以視頻的方式播放．有部分物理實(shí)驗(yàn)過程比較長,甚至有些在課堂時間內(nèi)無法完成,就可以考慮用延時攝影技術(shù)了．

案例4: 氣體(固體)的擴(kuò)散現(xiàn)象.

液體的擴(kuò)散現(xiàn)象非常便于觀察,但氣體擴(kuò)散時間就稍長,固體擴(kuò)散時間更長．

兩瓶NO2氣體分別與兩個空集氣瓶對接,中間用薄玻璃板分隔,抽去其中一塊玻璃板,會發(fā)現(xiàn)氣體擴(kuò)散現(xiàn)象．時間越長,擴(kuò)散越充分．利用延時攝影技術(shù),在十幾秒內(nèi)的時間里將NO2充分?jǐn)U散的全過程一氣呵成．這樣可以避免截視頻片段破壞實(shí)驗(yàn)完整性或課堂中不必要的等待(如圖11)．

蘋果IOS 8 相機(jī)應(yīng)用的延時攝影有“動態(tài)選擇間隔”的功能,任何長度的延時攝影都會被縮減至20～40s．用戶不需要知道延時攝影視頻的長度,相機(jī)應(yīng)用會在攝影時間增加時自動切換幀率．這樣就是說,哪怕是很長的實(shí)驗(yàn)過程也可以利用課堂時間展示．當(dāng)然考慮到內(nèi)存以及手機(jī)能耗等自身限制,用手機(jī)拍攝的話還是不建議時間過長．有興趣的教師不妨借用更高級的攝影裝備進(jìn)行拍攝．

圖11 氣體擴(kuò)散現(xiàn)象

3 關(guān)于智能手機(jī)攝像的幾點(diǎn)補(bǔ)充

(1) 關(guān)于支持特殊拍攝功能的手機(jī)型號.

目前支持慢拍功能的手機(jī)主要是蘋果系列,iphone5S以上的機(jī)型都可以嘗試使用．安卓系列手機(jī)也有部分款具備該功能．網(wǎng)上也有介紹手機(jī)軟件可以后期將正常視頻處理為慢動作視頻．事實(shí)上,慢鏡頭高幀率實(shí)質(zhì)是因?yàn)樵谂臄z過程中提高了頻率(每秒采集更多幀),其他手機(jī)若無法滿足該要求,后期即使放慢播放頻率,看到的也不是連貫的慢動作視頻,視覺上會有明顯頓挫感．因此慢鏡頭取決于硬件,而不是軟件．

(2) 關(guān)于手機(jī)與電腦的鏈接.

實(shí)驗(yàn)完畢,教師可通過應(yīng)用軟件(例如AirPlay)、網(wǎng)絡(luò)聊天工具(QQ、微信)等方式投于大顯示屏.但前提是手機(jī)及投頻設(shè)備都可以鏈接網(wǎng)絡(luò),甚至是同一個局域網(wǎng)(例AirPlay)．在條件無法滿足時,實(shí)物投影直接取景手機(jī)屏幕效果也很好．

(3) 關(guān)于慢拍或延時拍攝視頻的保存.

將手機(jī)拍攝好慢鏡頭或延時攝影錄像后轉(zhuǎn)存于電腦上播放時,慢動作效果消失了．所以如需保存,必須先在iPhone手機(jī)中iMove軟件上進(jìn)行轉(zhuǎn)換后保存．

參考文獻(xiàn)：

1 人民教育出版社.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修1(第3版)[M].北京:人民教育出版社,2010:72-73.

2 唐光善.例談智能手機(jī)在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2016(7)： 64-65.