江華 謝嬌 錢漢

(重慶市潼南中學(xué)校 重慶 402660)

學(xué)生能夠直接觀察到物理現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)物理理論的認(rèn)識(shí)和理解有非常大的幫助.但是,具體實(shí)驗(yàn)觀察中，部分實(shí)驗(yàn)由于其本身特點(diǎn)，其現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，人的肉眼無(wú)法及時(shí)捕捉到關(guān)鍵瞬間.因此，如何能夠讓學(xué)生更直接地觀察此類物理現(xiàn)象，一直以來(lái)都是各位一線教師研究的課題.多年來(lái)，苦于無(wú)良好實(shí)驗(yàn)器材、良好展現(xiàn)方式等條件的限制，部分教師對(duì)于此類實(shí)驗(yàn)，以理論知識(shí)灌輸?shù)姆绞竭M(jìn)行教學(xué)，當(dāng)然也有很大一部分教師勇于創(chuàng)新，使用頻閃照相等方式進(jìn)行展示.隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步，各種新的實(shí)驗(yàn)儀器和新興工具對(duì)教學(xué)也有很大的促進(jìn)作用，手機(jī)就是其中非常典型的一種[1～3].

1 手機(jī)“慢動(dòng)作”功能的原理及優(yōu)勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，智能手機(jī)已經(jīng)非常普遍，其功能也十分強(qiáng)大.絕大部分智能手機(jī)中均有“相機(jī)—慢動(dòng)作”功能，該功能能夠?qū)⒄ｄ洸サ囊曨l進(jìn)行慢放.以華為P10為例，正常視頻錄播為30幀每秒，而其“慢動(dòng)作”功能可以將視頻錄為120幀每秒，再以30幀每秒播放，將動(dòng)畫慢放了4倍，使轉(zhuǎn)瞬即逝的物理過程緩慢地、更清晰地呈現(xiàn)出來(lái).部分其他手機(jī)可以讓視頻幀數(shù)更多，讓放慢倍率更大，以達(dá)到更好的效果.因此，手機(jī)的“慢動(dòng)作”功能如果運(yùn)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的觀察，得以促進(jìn)物理教學(xué)的發(fā)展.

手機(jī)“慢動(dòng)作”功能能夠?qū)⑽矬w運(yùn)動(dòng)情況完整錄下來(lái)，并以慢放的形式展現(xiàn)給學(xué)生，該實(shí)驗(yàn)方式有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)器材易得，智能手機(jī)已經(jīng)普及，而且絕大部分智能手機(jī)均具有“慢動(dòng)作”功能，相比頻閃相機(jī)等儀器更普及.

(2)操作方便，課堂中，用手機(jī)錄取，并將錄取視頻通過展臺(tái)或者電腦給學(xué)生播放即可.

(3)學(xué)生可以現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)驗(yàn)過程、錄取視頻、觀察視頻效果，可信度高.

(4)可以讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與度高.

(5)錄取的視頻可以隨時(shí)暫停、重播、快放、慢放，觀察更加清晰、直接，可視性強(qiáng)，更容易達(dá)到良好的教學(xué)效果.

2 部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的不足

對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)的合成與分解等反應(yīng)速度過快的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)過程的一般做法是：描點(diǎn)法、頻閃照相法等.這些實(shí)驗(yàn)方法有以下不足.

(1)對(duì)于描點(diǎn)法

1)實(shí)驗(yàn)誤差較大，由于要多次實(shí)驗(yàn)，不能保證每次實(shí)驗(yàn)情況完全相同，因此偶然誤差較大.

2)需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果在課堂上進(jìn)行，課堂時(shí)間利用率較低；如果是教師在課前準(zhǔn)備，則直觀性不太好、學(xué)生參與度低、可信度低.

3)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果僅為“點(diǎn)”，而非其實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，雖然基本能夠表示其運(yùn)動(dòng)情況，但直觀性仍有不足.

(2)對(duì)于頻閃照相法

1)大部分學(xué)校不具有頻閃相機(jī)，這將嚴(yán)重影響物理實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行；

2)頻閃照相法與描點(diǎn)法一樣，也具有直觀性、可視性不強(qiáng)的特點(diǎn).

3 實(shí)際實(shí)驗(yàn)示例

3.1 平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解實(shí)驗(yàn)

平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)是由水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)合成的理解.傳統(tǒng)教學(xué)中，以平拋豎落儀實(shí)驗(yàn)或者平拋運(yùn)動(dòng)描點(diǎn)的方式來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué).其中，平拋豎落儀實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚯逦故拘∏蛩椒较虻倪\(yùn)動(dòng)和豎直方向的運(yùn)動(dòng)，但是由于小球下落速度過快，加上肉眼的局限性，學(xué)生不能捕捉到關(guān)鍵時(shí)期，也就不能清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.本實(shí)驗(yàn)在平拋豎落儀實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用“慢動(dòng)作”功能進(jìn)行改進(jìn)，并在課堂上進(jìn)行了實(shí)踐，達(dá)到了良好的教學(xué)效果.

實(shí)驗(yàn)步驟：甲同學(xué)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)操作，乙同學(xué)負(fù)責(zé)使用“慢動(dòng)作”功能進(jìn)行拍攝錄像.同學(xué)們將所錄視頻以“慢動(dòng)作”的方式進(jìn)行播放，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；關(guān)鍵位置可以暫停播放，觀察兩小球位置關(guān)系.重復(fù)以上步驟，多次進(jìn)行水平實(shí)驗(yàn)和豎直實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.圖1為平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，圖2為實(shí)驗(yàn)中隨機(jī)時(shí)刻的截圖，結(jié)合其他截圖及動(dòng)畫，發(fā)現(xiàn)兩小球總在同一豎直線上，說(shuō)明兩小球的水平運(yùn)動(dòng)情況相同——都是勻速直線運(yùn)動(dòng).豎直方向也能夠通過該實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論——兩小球都做自由落體運(yùn)動(dòng).

圖1 平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

圖2 平拋運(yùn)動(dòng)合成與分解的實(shí)驗(yàn)效果

根據(jù)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠非常清晰、直觀地看清實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也能夠非常容易地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

3.2 非輕彈簧與剛性繩的力突變實(shí)驗(yàn)

彈簧和剛性繩的彈力突變與否一直以來(lái)是學(xué)生難以理解的知識(shí)點(diǎn)，而彈簧的變化又非常快，一般實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生無(wú)法觀察到兩者的變化情況.利用“慢動(dòng)作”功能，可以將兩小球的運(yùn)動(dòng)情況放慢，如此將會(huì)非常容易觀察到剛性繩與非輕彈簧作用下兩小球的運(yùn)動(dòng)情況，并推導(dǎo)出剛性繩和非輕彈簧彈力是否發(fā)生突變.如圖3所示，通過該實(shí)驗(yàn)，很容易觀察到當(dāng)繩剪斷瞬間，小球立即開始下落，說(shuō)明繩的彈力在剪斷瞬間發(fā)生了突變；而非輕彈簧所連的小球在一段時(shí)間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，說(shuō)明非輕彈簧的彈力沒有發(fā)生變化，也就是說(shuō)非輕彈簧的彈力不會(huì)發(fā)生突變.

圖3 非輕彈簧與剛性繩力突變實(shí)驗(yàn)

對(duì)于稍微復(fù)雜的力突變問題，比如既有剛性繩又有非輕彈簧的情況，也可以通過該功能進(jìn)行清晰地觀察.通過實(shí)驗(yàn)，我們可以得到如圖4和圖5所示的情況.如圖4所示，當(dāng)剛性繩被剪斷時(shí)，上小球立即向下運(yùn)動(dòng)，而下小球在一段時(shí)間內(nèi)保持不動(dòng)，這說(shuō)明剛性繩的力發(fā)生了突變，而非輕彈簧的彈力沒有發(fā)生突變.如圖5所示，當(dāng)非輕彈簧上端被剪斷時(shí)，兩小球均未發(fā)生運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明非輕彈簧彈力沒有發(fā)生突變.

圖4 剛性繩經(jīng)小球連接非輕彈簧示意圖

圖5 非輕彈簧經(jīng)小球連接剛性繩示意圖

其他更加復(fù)雜的情況(如圖6)也可以通過這個(gè)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用其可視性強(qiáng)、直觀清晰等優(yōu)點(diǎn)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué).

圖6 其他情況的力突變示意圖

3.3 最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力大小關(guān)系實(shí)驗(yàn)

滑動(dòng)摩擦力和最大靜摩擦力大小的關(guān)系用實(shí)驗(yàn)來(lái)清晰證明一直是高中物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)難點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)中，通常使用在彈簧測(cè)力計(jì)上卡一小紙團(tuán)的方式進(jìn)行，拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，小紙團(tuán)會(huì)被彈簧測(cè)力計(jì)的標(biāo)度推動(dòng)，直到物塊開始移動(dòng)，一旦物塊開始移動(dòng)，彈簧的拉力變小，而紙團(tuán)所在位置示數(shù)即等于最大靜摩擦力，其大于彈簧測(cè)力計(jì)最終示數(shù)——滑動(dòng)摩擦力.此傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法雖然能夠達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，但也存在以下不足之處：

(1)可視性不是很強(qiáng)，難以觀察清楚突變瞬間變化情況；

(2)紙團(tuán)與測(cè)力計(jì)之間有摩擦，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差較大；

(3)紙團(tuán)不是規(guī)則的幾何體，導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大等.

利用“慢動(dòng)作”方式，不需要紙團(tuán)，只需要將本實(shí)驗(yàn)過程全程錄像，通過慢放的方式，即可較為清晰地觀察到彈力大小在物塊滑動(dòng)瞬間的變化，能夠很清晰、直觀地將靜摩擦力、最大靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力的關(guān)系展現(xiàn)出來(lái)，將更利于學(xué)生的觀察和理解.

4 結(jié)束語(yǔ)

除以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)以外，其他現(xiàn)象較快的實(shí)驗(yàn)，如自由落體運(yùn)動(dòng)，都可以通過“慢動(dòng)作”功能“減慢”其反應(yīng)速度，將物體的運(yùn)動(dòng)過程、實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更慢、更清晰地展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生能夠“親眼目睹”并“看清楚”實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和對(duì)物理理論的理解，這對(duì)物理教學(xué)有一定的促進(jìn)作用.科技的發(fā)展不僅僅對(duì)生活有著很大的影響，對(duì)教育教學(xué)的方式也有很好地促進(jìn)作用.發(fā)掘、利用新科技方法和產(chǎn)品，將其利用在日常教育教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中，也是未來(lái)教育教學(xué)的必然方向.相信在各種新科技、新方式加入教育教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們的教學(xué)活動(dòng)將會(huì)越來(lái)越精彩.