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        巧借智能手機(jī)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)

        2021-03-24 10:11:19孫成武劉曉潔
        科學(xué)大眾·教師版 2021年2期
        關(guān)鍵詞:物理實(shí)驗(yàn)智能手機(jī)

        孫成武 劉曉潔

        摘 要:“利用日常用品改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程資源不僅限于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器和設(shè)備,日常用品、廢舊材料也是重要的實(shí)驗(yàn)室資源??衫萌粘S闷泛筒牧咸娲鷮?shí)驗(yàn)材料,使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、直觀,或者利用這些材料創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)出低成本、高質(zhì)量的物理實(shí)驗(yàn)”[1],已成為許多老師的共識(shí)。本文介紹了一種利用智能手機(jī)等日常用品設(shè)計(jì)制作“驗(yàn)證多普勒效應(yīng)”等實(shí)驗(yàn)的方法,使用該創(chuàng)新方法可以使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀、明顯。

        關(guān)鍵詞:多普勒效應(yīng); 智能手機(jī); 物理實(shí)驗(yàn)

        中圖分類(lèi)號(hào):G633.7? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ?文章編號(hào):1006-3315(2021)2-011-001

        實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑和方式。高中物理教學(xué)中,無(wú)論老師還是學(xué)生都重視物理實(shí)驗(yàn)。因?yàn)槲锢韺?shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要手段,學(xué)生實(shí)驗(yàn)更是能讓學(xué)生親身參與、體驗(yàn)的學(xué)習(xí)方式。學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手去做、觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)、分析總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等環(huán)節(jié),可以從多個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。隨著信息化設(shè)備的不斷發(fā)展,物理實(shí)驗(yàn)可利用的資源也愈加豐富。智能手機(jī)除了具有傳統(tǒng)的通話(huà)、短信等基本功能外,還可以像電腦一樣安裝各種軟件,借助智能手機(jī)中內(nèi)置的各種傳感器可以使智能手機(jī)具有時(shí)間測(cè)量、錄像、錄音、大氣壓測(cè)量、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量等多種功能。利用智能手機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),不僅能夠詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),還能提高物理實(shí)驗(yàn)的直觀性、可視性、趣味性,使學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)視野,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究能力。下面筆者以“驗(yàn)證多普勒效應(yīng)”等實(shí)驗(yàn)為例介紹智能手機(jī)在創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

        1.用智能手機(jī)開(kāi)發(fā)的物理實(shí)驗(yàn)

        1.1驗(yàn)證多普勒效應(yīng)

        在智能手機(jī)1中安裝一個(gè)樂(lè)器調(diào)音軟件,比如“Tuner T1”,該軟件可以采集、分析手機(jī)接收到的聲音的頻率,并實(shí)時(shí)顯示在手機(jī)上。在另一部智能手機(jī)2中安裝“phyphox”軟件,用“phyphox”軟件的音頻發(fā)生器功能設(shè)置一個(gè)頻率確定的聲音信號(hào),并播放該聲音信號(hào)。當(dāng)手機(jī)2和手機(jī)1相對(duì)靜止時(shí),可以在手機(jī)1中測(cè)得采集到的聲音信號(hào)的頻率,當(dāng)聲源手機(jī)和信號(hào)采集手機(jī)相互靠近時(shí),可以觀察到手機(jī)1接收到的信號(hào)頻率升高。當(dāng)聲源手機(jī)和信號(hào)采集手機(jī)彼此遠(yuǎn)離時(shí),可以觀察到手機(jī)1接收到的信號(hào)頻率降低。通過(guò)該現(xiàn)象,學(xué)生可直接定量“驗(yàn)證多普勒效應(yīng)”。

        1.2用智能手機(jī)測(cè)大氣壓

        打開(kāi)智能手機(jī)中的phyphox軟件,找到原始傳感器壓力(從氣壓計(jì)獲得原始數(shù)據(jù)),點(diǎn)開(kāi)得到顯示大氣壓強(qiáng)的界面,可直接測(cè)出當(dāng)前的大氣壓強(qiáng)。

        1.3用智能手機(jī)測(cè)自由落體加速度

        打開(kāi)智能手機(jī)的視頻拍攝模式,拍攝一段小鋼球自由下落過(guò)程,得到一段小鋼球做自由落體運(yùn)動(dòng)影像。將拍攝得到的視頻拷入計(jì)算機(jī),使用一些帶有逐幀播放功能的播放器播放剛才得到的影像。將拍攝所得視頻的每一幀圖片導(dǎo)出,另存為一張張圖片,通過(guò)對(duì)圖片中小球的位置坐標(biāo)的分析可以得到小球做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)各個(gè)時(shí)刻的位置信息,再查看視頻拍攝模式(比如25幀/秒)就可以算出相鄰兩幀之間的時(shí)間間隔,對(duì)位置信息分析可以得出小球下落過(guò)程的加速度大小。

        1.4利用智能手機(jī)的計(jì)時(shí)功能

        智能手機(jī)都具有秒表功能,相比傳統(tǒng)的秒表具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確且便捷的特點(diǎn),非常適用于教室、沒(méi)有秒表的場(chǎng)合使用。除了秒表功能之外,計(jì)時(shí)功能也能方便地幫助我們記錄時(shí)長(zhǎng)。

        1.5演示電磁波的屏蔽

        將手機(jī)放入開(kāi)口的金屬罐內(nèi),用另一部手機(jī)撥打,能夠打通。接著將金屬罐的金屬蓋子蓋上,密封緊閉,再撥打該手機(jī)時(shí),提示無(wú)法撥通,說(shuō)明了電磁波被密閉的金屬罐屏蔽。

        2.結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),智能手機(jī)確實(shí)可以開(kāi)發(fā)許多物理實(shí)驗(yàn)。以上列舉的案例只是很小一部分,因?yàn)橹悄苁謾C(jī)中內(nèi)置的傳感器種類(lèi)非常多,各種各樣的傳感器為我們創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)提供了可能。巧借智能手機(jī)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程也體現(xiàn)了教育裝備升級(jí)的過(guò)程,從過(guò)去的傳統(tǒng)課堂到今天的信息化輔助教學(xué)課堂無(wú)不得益于科技的發(fā)展。利用各種數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也讓過(guò)去許多難以測(cè)量或難以控制的實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行,也使許多實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度大大提升。因此我們?cè)诠ぷ髦幸e極利用智能手機(jī)等日常用品開(kāi)發(fā)物理實(shí)驗(yàn),使物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)效益最大化。

        參考文獻(xiàn):

        [1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M]北京:人民教育出版社,2018

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