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        基于手機(jī)傳感器的動(dòng)摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)

        2020-06-27 14:08:56李學(xué)智
        中學(xué)物理·高中 2020年6期
        關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn)智能手機(jī)

        李學(xué)智

        摘?要:隨著智能手機(jī)的普及,手機(jī)傳感器逐漸被應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中.以動(dòng)摩擦因數(shù)的測量為例,介紹手機(jī)傳感器在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.

        關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn);動(dòng)摩擦因數(shù);智能手機(jī);手機(jī)傳感器

        文章編號(hào):1008-4134(2020)11-0055中圖分類號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        動(dòng)摩擦因數(shù)是高中階段一個(gè)比較重要的物理量,關(guān)于動(dòng)摩擦因數(shù)的測量教材并沒有介紹,高考考綱對(duì)此也未作要求,但近年高考試題中關(guān)于測量動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)時(shí)常出現(xiàn).一些一線教師雖對(duì)測量動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究、總結(jié)[1-3],但無論是從力的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)還是從能量的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),基本上都采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段.本文以動(dòng)摩擦因數(shù)的測量為例,介紹手機(jī)傳感器在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.

        1?實(shí)驗(yàn)原理

        如圖1所示,將手機(jī)和木塊視為一個(gè)整體,設(shè)其總質(zhì)量為m,調(diào)節(jié)斜面傾角α,使木塊和手機(jī)可沿斜面加速下滑,加速度為a.

        由牛頓第二定律可得?mgsinα-f=ma(1)

        由平衡條件可得?FN-mgcosα=0(2)

        又?f=μFN(3)

        聯(lián)立(1)(2)(3)可得?μ=gsinα-agcosα(4)

        實(shí)驗(yàn)時(shí),通過手機(jī)Phyphox軟件測量本地重力加速度g、斜面傾角α及木塊下滑時(shí)的加速度a,即可得到木塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ.

        2?實(shí)驗(yàn)裝置及步驟

        如圖2所示,完成本實(shí)驗(yàn)需要裝有Phyphox軟件的智能手機(jī)、長木板、小木塊、紙箱及雙面膠.

        (1)將手機(jī)水平置于桌面,打開手機(jī)Phyphox軟件,選擇“含(g)的加速度”,點(diǎn)擊開始鍵,可測得本地重力加速度g=9.83m/s2(如圖3所示).

        (2)將長木板平放在水平桌面上,小木塊置于長木板上,用紙箱將長木板的一端墊高,使小木塊能沿長木板下滑.

        (3)用雙面膠將手機(jī)固定在小木塊上,打開Phyphox軟件,選擇“斜面”,點(diǎn)擊開始鍵,測得長木板的傾角α=19.12°(如圖4所示).

        (4)選擇“加速度(不含g)”,點(diǎn)擊開始鍵,釋放小木塊,記錄小木塊運(yùn)動(dòng)過程中的加速度a=0.68m/s2(如圖5所示).

        (5)移動(dòng)紙箱的位置以改變長木板的傾角,重復(fù)(3)、(4)的實(shí)驗(yàn)過程,可獲得多組數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)填入表1.

        3?數(shù)據(jù)處理及分析

        利用(4)式可求得木—木間的動(dòng)摩擦因數(shù),測量值見表2.

        人教版課本中給出木—木間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3,但由于實(shí)驗(yàn)中所使用的小木塊表面涂有清漆,使得動(dòng)摩擦因數(shù)的測量值偏小.若將小木塊換成鐵塊、書本或?qū)㈤L木板換成玻璃板、鋼板等不同材料,根據(jù)同樣的辦法即可測量不同材料之間的動(dòng)摩擦因數(shù).

        為了獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在測量小木塊加速度時(shí)應(yīng)選擇“定時(shí)運(yùn)行”,設(shè)置啟動(dòng)延時(shí)和實(shí)驗(yàn)時(shí)長,以獲取小木塊穩(wěn)定下滑過程的加速度,且隨著長木板傾角的增大,啟動(dòng)延時(shí)和實(shí)驗(yàn)時(shí)長的數(shù)值應(yīng)逐漸減小.

        4?結(jié)束語

        加快信息化時(shí)代教育變革是《中國教育現(xiàn)代化2035》的任務(wù)之一.但信息化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校甚至一些縣城學(xué)校都還未普及,然而高中生中智能手機(jī)幾乎人手一部,結(jié)合一些手機(jī)APP軟件合理利用智能手機(jī)中的傳感器開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化,是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的一種有效途徑.

        利用智能手機(jī)中的傳感器設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)不需要專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,如探究超重與失重[4]、自由落體運(yùn)動(dòng)、蹦極[5]、單擺周期和擺長的關(guān)系[6]、驗(yàn)證向心加速度與角速度的關(guān)系[7]等,使得物理實(shí)驗(yàn)生活化,實(shí)驗(yàn)探究常態(tài)化,有利于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力,是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一種有效方法.

        近年來因手機(jī)引發(fā)的各種校園沖突事件時(shí)常發(fā)生,智能手機(jī)對(duì)學(xué)生身心及學(xué)業(yè)的影響已經(jīng)引起人們的普遍關(guān)注,不同學(xué)校根據(jù)實(shí)際情況制定手機(jī)管理規(guī)定,但“堵”不如“疏”,引導(dǎo)學(xué)生合理利用智能手機(jī)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究,使學(xué)生由玩“機(jī)”喪志轉(zhuǎn)變?yōu)橥妗皺C(jī)”激趣,這也是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效策略.

        參考文獻(xiàn):

        [1]鄭行軍.測動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)命題設(shè)計(jì)研究[J].物理之友,2017,33(04):33-34+36.

        [2]王春旺.測量動(dòng)摩擦因數(shù)的六種實(shí)驗(yàn)方案和典例分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2013,42(03):68-72.

        [3]張波.綜述測量動(dòng)摩擦的四種方法[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2011,40(10):6-7.

        [4]丁彥龍,馬廣平,付靜.基于手機(jī)加速度傳感器的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].中學(xué)物理,2019,37(05):30-32.

        [5]康賢明.借助Phyphox軟件用手機(jī)做物理實(shí)驗(yàn)[J].物理之友,2019,35(03):36-37+39.

        [6]糜雪.淺談智能手機(jī)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理之友,2019,35(08):40-42.

        [7]惠宇潔.智能手機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].物理教學(xué)探討,2018,36(07):70-72.

        (收稿日期:2020-01-01)

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