羅慧 楊小芳

摘? ?要：電容式觸摸屏的透明玻璃夾層中含有特殊金屬導電物質(zhì)ITO，教具將手機與另一塊電容屏平行放置形成平行板電容器，當小球靠近手機屏幕做平拋運動時，無需接觸手機也可以同步顯示小球的運動軌跡，具有一次成像、原理簡單、現(xiàn)象明顯、易于推廣的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：平拋運動軌跡;自制教具;智能手機

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）4-0046-2

探究平拋運動的實驗是平拋運動教學的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)，而平拋運動的規(guī)律以及通過軌跡推算平拋運動的初速度等運動參量是建立在描繪出平拋運動軌跡的基礎(chǔ)之上的。常用的平拋運動軌跡獲取的方法有傳統(tǒng)手動描繪點跡[1-2]、觀察水平管中噴出的水流[1][3][4]以及利用二維平面運動傳感器在計算機中顯示軌跡[1][5]等，存在有的需多次實驗、有的無法留下痕跡、有的原理不直觀且成本較高等問題。經(jīng)過筆者的思考與實踐，設(shè)計出一套利用智能手機直接顯示金屬小球平拋運動軌跡的器材，具有一次成像、原理簡單、成本低廉等優(yōu)點，得到軌跡后還可利用多媒體技術(shù)對軌跡圖片進行平拋運動規(guī)律的研究。

1? ? 實驗原理

當下智能手機已經(jīng)普及，屏幕多數(shù)為電容式觸摸屏，觸摸原理較為復雜[6]，簡單講是在玻璃夾層中有一層透明的特殊金屬導電物質(zhì)ITO，當手指觸摸在屏幕上，觸點的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置信息。那么，用一塊透明的電容屏和手機表面平行放置，兩塊屏幕表面都有透明金屬導電物質(zhì)，構(gòu)成一個平行板電容器，如圖1所示。當直徑略小于兩板間距的金屬球通過時，手機感應(yīng)到電容發(fā)生了變化，即可獲取小球的位置信息。在手機中的畫圖軟件中同步“留下筆跡”，從而得到小球做平拋運動的軌跡。

該教具由軌道、直徑為14 mm的小球、透明電容觸摸屏、面板A、面板B、智能手機、水平泡、重錘和底座等構(gòu)成，正面實物如圖2所示。

軌道是由兩塊相同的亞克力板和中間一塊高度略小的亞克力板粘合而成，軌道中間形成凹槽，凹槽寬度為6 mm，使小球在軌道上經(jīng)斜面加速進入水平軌道，離開軌道后做平拋運動。軌道厚度為15 mm，與面板A、B間的距離相等，夾在兩塊面板之間，水平軌道位于面板內(nèi)，下方開槽放入水平泡，如圖3所示。

亞克力面板A厚度為3 mm，其上開口并嵌合入一塊大小為227 mm×147 mm×1.5 mm的透明電容屏，使電容屏表面和面板A內(nèi)表面在同一平面上。透明電容屏為平板電腦的觸摸外屏，網(wǎng)上購買價格在30元左右。

亞克力面板B厚度為9? mm，其上開口160 mm×83 mm，在內(nèi)表面粘貼厚度為15 mm的擋板，在背面設(shè)置卡槽，用于卡住不同大小及型號的手機，同時使手機屏幕與面板B的內(nèi)表面在同一平面上，面板B背面如圖4所示。

小球做平拋運動，不能與電容屏接觸，因此面板A、B內(nèi)表面之間的距離為15 mm，即略大于小球的直徑，一起固定在亞克力底座上，如圖5所示。

為了提高手機感應(yīng)小球位置的靈敏度，手機需打開觸摸屏手套模式（筆者使用的手機為華為暢享7），可以在手機“設(shè)置—智能輔助”中設(shè)置。

3? ? 實驗步驟及效果

先利用手機中的畫圖軟件（筆者用獅子畫板）打開提前做好的坐標系圖片，坐標系實際單位長度為1 cm，點擊軟件中的畫筆使軟件處于畫圖模式，并將手機固定在手機卡槽內(nèi)的相應(yīng)位置，調(diào)節(jié)手機位置使小球的拋出點與坐標系原點在同一位置。

然后，根據(jù)水平泡和重錘線調(diào)節(jié)支架的三個立腳，使小球水平拋出，且平拋運動的軌跡和手機屏幕在同一平面內(nèi)。

調(diào)節(jié)好后將小球從斜面的某點釋放，小球在離開水平軌道后做平拋運動，此時手機同步顯示小球在空中的運動軌跡。從不同的點釋放可以得到不同的軌跡。由于手機屏幕較小，為了便于觀察可以用手機同屏軟件將手機畫面同步到電腦上進行觀察，實驗效果如圖6所示。

利用該器材顯示小球做平拋運動的軌跡，操作簡單、快捷，具有極強的創(chuàng)新性與趣味性，加之學生經(jīng)常使用手機，對產(chǎn)生軌跡的方法容易接受。經(jīng)實踐該教具在課堂上的使用提高了課堂效率，對于提高學生對平拋運動軌跡的直觀認識有很好的促進作用。

參考文獻：

[1]人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書物理（必修2）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]馮永清，王林.平拋運動演示儀的改進與實驗設(shè)計[J].物理通報，2017（9）：69-71.

[3]孫策.基于教材方案的改進與創(chuàng)新——平拋運動的實驗研究[J].物理教師，2017，38（12）：52-55.

[4]羅慧.由一道高考物理實驗題談實驗教學[J].物理之友，2018（2）：29-31.

[5]金松.DIS電磁定位平拋運動實驗儀[J].物理教學，2017（2）：37-39.

[6]趙鵬昊.手機觸摸屏是如何工作的[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（11）：239.

（欄目編輯? ? 王柏廬）

收稿日期：2019-01-24

作者簡介：羅慧（1985-），男，中學一級教師，主要從事物理課堂教學和實驗創(chuàng)新研究，曾獲全國中學物理青年教師教學大賽自制教具二等獎，多篇論文在省級及以上期刊發(fā)表;楊小芳（1983-），女，中學二級教師，研究方向為信息技術(shù)在教學中的應(yīng)用，曾獲衢州市賽課二等獎。