梁振華

(德清縣第一中學(xué) 浙江 湖州 313200)

頻閃照片是在暗室里采用每隔相等的時間間隔曝光一次的方法,在同一張相片上記錄物體在不同時刻的位置.頻閃照片拍攝困難、成本高，難于在課堂教學(xué)中進(jìn)行，那么能否用身邊的普通器材拍攝并快速制作頻閃照片呢？本文介紹了如何利用手機(jī)和電腦PowePoint軟件快速拍攝制作“頻閃照片”.

1 物體運(yùn)動“頻閃圖像”類的制作

1.1 實(shí)例：簡諧運(yùn)動的振動圖像

簡諧運(yùn)動圖像的繪制一直是教學(xué)過程中的一個難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，常用的方法有沙漏、毛筆、打點(diǎn)計(jì)時器描跡法、傳感器描繪圖像等，這些實(shí)驗(yàn)方法中有些實(shí)驗(yàn)裝置過于復(fù)雜、有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、有些與學(xué)生的認(rèn)知沖突.筆者設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置取材簡單，效果明顯，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材，與教師的手機(jī)、電腦相結(jié)合，能夠快速地輸出簡諧運(yùn)動的頻閃圖像.

實(shí)驗(yàn)器材:

自制磁吸式支架、軟彈簧和振子、手機(jī)支架、智能手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)、裝有PowerPoint軟件的電腦.

實(shí)驗(yàn)過程:

(1)利用磁吸式支架將彈簧及振子懸掛在黑板上，振子靠近黑板但不接觸，在振子的平衡位置處畫上一條水平橫線.

(2)打開手機(jī)的攝像軟件，將手機(jī)攝像模式調(diào)整為50 fps或60 fps，調(diào)節(jié)手機(jī)鏡頭方向，使彈簧振子處在手機(jī)畫面的左側(cè)邊緣，如圖1所示.

圖1 彈簧振子懸掛在畫面最左側(cè)

(3)將彈簧振子豎直向下拉離平衡位置并釋放，待振子穩(wěn)定振動后，點(diǎn)擊手機(jī)的錄像開始按鈕,錄制幾秒后結(jié)束，將手機(jī)錄制的錄像文件發(fā)送至電腦.

(4)在電腦上用視頻播放軟件Potplayer打開手機(jī)錄制的錄像，定位到錄像的開頭并暫停，點(diǎn)擊右鍵后點(diǎn)擊“視頻→圖像截取→連續(xù)截圖”，如圖2所示.截圖設(shè)置為“截圖數(shù)為30”“按幀間隔”，設(shè)置截圖保存的文件夾.點(diǎn)擊“開始”按鈕后，繼續(xù)播放視頻，軟件自動截圖30張至文件夾，如圖 3所示.

(5)打開PPT軟件，在空白幻燈片內(nèi)一次插入用軟件截取的所有30張圖片，將最后一張圖片拖至幻燈片的右側(cè)，用“”Ctrl+A”選中所有圖片，點(diǎn)擊“格式”菜單下的“對齊”選項(xiàng)，選擇“頂端對齊”和“橫向分布”如圖4所示，即可得到彈簧振子的頻閃運(yùn)動圖像如圖5所示.

圖2 連續(xù)截圖

圖4 圖片格式對齊、分布設(shè)置

圖5 簡諧運(yùn)動“頻閃圖像”

1.2 “頻閃圖像”制作要點(diǎn)

通過對運(yùn)動的物體拍攝視頻并按幀截取圖像，就可以利用照片每隔相同的時間記錄物體運(yùn)動的位置信息，在PPT中對照片進(jìn)行橫向(或縱向)分布處理就相當(dāng)于在橫向(或縱向)建立時間軸.采用此方法得到物體運(yùn)動圖像時需要注意：

(1)所研究的物體運(yùn)動軌跡為直線，必須將運(yùn)動的物體放在畫面邊緣，并平行于邊緣運(yùn)動.

(2)使用Potplayer軟件截取所需運(yùn)動過程照片時，可先暫停播放并在視頻播放進(jìn)度條上定位所需運(yùn)動過程的開頭，再點(diǎn)擊右鍵后選擇“視頻→圖像截取→連續(xù)截圖”，點(diǎn)擊“開始”后，繼續(xù)播放視頻即可截取圖像.

(3)插入圖片時必須將所需照片一次性按順序?qū)?，可采用的方法為點(diǎn)擊“插入圖片”后，在對話框內(nèi)先鼠標(biāo)點(diǎn)擊所需的第一張照片，按住Shift鍵同時數(shù)遍點(diǎn)擊最后一張照片，最后點(diǎn)擊對話框的“插入”按鈕.

(4)插入圖片后默認(rèn)是全選所有照片的，因此平移最后一張圖片時，可在PPT界面內(nèi)、圖片范圍外鼠標(biāo)單擊一下，然后再點(diǎn)擊最后一張照片，平移至幻燈片頁面邊緣.

(5)物體豎直方向運(yùn)動時，對齊和平移后直接選擇橫向分布；物體水平方向運(yùn)動時，對齊和平移設(shè)置時，還需要將所有圖片旋轉(zhuǎn)90°處理，再進(jìn)行橫向分布，例如水平方向做勻加速運(yùn)動小車的“頻閃圖像”，如圖6所示.

圖6 勻加速運(yùn)動小車“頻閃圖像”

2 物體運(yùn)動“頻閃照片”制作

2.1 實(shí)例：平拋運(yùn)動“頻閃照片”

平拋運(yùn)動是高中物理中重要的基本運(yùn)動，教師在講解平拋運(yùn)動特點(diǎn)時，由于難以觀察平拋運(yùn)動的過程，因而放棄了利用實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動.通過課堂拍攝平拋運(yùn)動“頻閃照片”可以很好地解決這一問題，利用頻閃照片能夠在課堂上對平拋運(yùn)動的運(yùn)動過程進(jìn)行清晰的觀察，同時可以進(jìn)行平拋運(yùn)動與水平方向勻速運(yùn)動、自由落體運(yùn)動的對比，并可以定量探究平拋運(yùn)動的規(guī)律.

實(shí)驗(yàn)器材:自制平拋運(yùn)動演示儀、智能手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)支架、裝有PowerPoint的筆記本電腦.

實(shí)驗(yàn)過程:

(1)采用了120幀的慢動作攝像模式，利用手機(jī)拍攝平拋小球、同步運(yùn)動的水平方向運(yùn)動小球和豎直方向自由落體運(yùn)動小球的運(yùn)動過程，并將拍攝的視頻文件上傳至電腦中.

(2)在電腦上用視頻播放軟件Potplayer打開手機(jī)錄制的錄像，定位到錄像中平拋運(yùn)動的開始時刻并暫停，點(diǎn)擊右鍵后點(diǎn)擊“視頻→圖像截取→連續(xù)截圖”，截圖設(shè)置為“截圖數(shù)為30”“按幀間隔”，設(shè)置截圖保存的文件夾.點(diǎn)擊“開始”按鈕后，播放視頻，軟件自動截圖30張至設(shè)置文件夾.

(3)打開PPT軟件，在空白幻燈片內(nèi)一次插入用軟件截取的平拋運(yùn)動過程圖片，點(diǎn)擊“格式”菜單下的“對齊”選項(xiàng)，選擇“頂端對齊”和“左對齊”，如圖7所示.

(4)利用PPT中圖片的裁剪功能，將圖片的左上角至小球部分的內(nèi)容依次裁剪，最后即可得到平拋運(yùn)動的頻閃照片，如圖8所示.

圖7 圖片格式對齊設(shè)置

圖8 平拋運(yùn)動的“頻閃照片”

2.2 “頻閃照片”制作要點(diǎn)

頻閃照片是將運(yùn)動的物體每隔一個相同的時間成像在同一張照片中，本文所述的“頻閃照片”是利用視頻拍攝和圖像截取得到每隔相同時間拍攝的照片，再利用PPT軟件的圖像截取功能將每隔相同時間拍攝的照片“合成”為一張“頻閃照片”.運(yùn)用此方法制作物體運(yùn)動的“頻閃照片”時需要注意以下幾個問題.

(1)拍攝時手機(jī)需用手機(jī)支架或三腳架，防止拍攝時手機(jī)移動.

(2)物體應(yīng)緊貼背景板，同時手機(jī)適當(dāng)遠(yuǎn)離物體拍攝，防止照片失真.

(3)良好的光照條件，視頻拍攝時若光照條件不佳，截取得到的照片中運(yùn)動物體會有拖影，難于判斷此時物體的位置，如圖9所示.

圖9 光照不佳時物體拖影嚴(yán)重

(4)PPT照片剪裁時需要根據(jù)物體位置剪裁，選擇圖片某一側(cè)(或某一角)開始剪裁，只要能夠?qū)⑾乱粡堈掌械奈矬w顯示出來即可.

2.3 簡易頻閃照片制作

以平拋運(yùn)動為例，將拍攝的視頻利用無線或有線的方式上傳至電腦，在電腦上播放時采用逐幀播放的方式播放視頻(筆者所使用的播放器軟件為Potplayer)，將運(yùn)動定格，如圖10所示，同時利用投影儀將畫面投影在黑板(或電子白板)上.

圖10 逐幀播放

利用按鍵F逐幀播放視頻，每播放一幀畫面，在黑板上用粉筆標(biāo)記出小球，這樣可以在黑板上得到小球做平拋運(yùn)動時的“頻閃照片”，如圖11所示.

圖11 黑板描點(diǎn)“頻閃照片”

3 結(jié)束語

隨著信息和通訊技術(shù)的發(fā)展，特別是具有多種功能的智能手機(jī)的普及，使每個普通人都能擁有高智能的手機(jī)，這也為學(xué)校的師生在教學(xué)與學(xué)習(xí)上提供了極大的方便.

本文所述方法可以方便、快速地得到物體運(yùn)動的頻閃圖像和頻閃照片，為課堂物理實(shí)驗(yàn)研究提供了可行的實(shí)驗(yàn)觀察方案，也為學(xué)生研究生活中物體運(yùn)動時拍攝頻閃照片提供了簡便方式.此外，在其他物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，我們也可以去嘗試?yán)檬謾C(jī)的攝像功能探究運(yùn)動物體的運(yùn)動規(guī)律，只要師生共同努力探索，相信會有更好的應(yīng)用前景，對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到積極的作用.