物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量中智能手機(jī)的使用

王燕濤

摘要：介紹了將手機(jī)作為測(cè)量工具，利用其附屬功能和傳感器應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)量的學(xué)習(xí)興趣和效率。

關(guān)鍵詞：智能手機(jī)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量工具APP

隨著智能手機(jī)的普及，大學(xué)生基本上都有了智能手機(jī)，智能手機(jī)不但可以上網(wǎng)瀏覽新聞、發(fā)微信、聊QQ、看視頻、做虛擬實(shí)驗(yàn)等，還可以作為簡(jiǎn)單的測(cè)量工具。將智能手機(jī)用于物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量中得到越來(lái)越多教師的青睞，然而做普通物理實(shí)驗(yàn)的大多為非物理專(zhuān)業(yè)的工科學(xué)生，一方面他們還沒(méi)有接觸到軟件開(kāi)發(fā)，要熟悉用手機(jī)來(lái)測(cè)量物理量的整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，需花費(fèi)大量時(shí)間。另一方面很多測(cè)量用軟件和APP都具有商業(yè)目的，學(xué)生很少接觸到。所以對(duì)于文獻(xiàn)中開(kāi)發(fā)的測(cè)量項(xiàng)目只適用于專(zhuān)業(yè)測(cè)試或?qū)嶒?yàn)演示，不適合剛接觸到物理實(shí)驗(yàn)的大一或大二學(xué)生，不易于推廣。所以要想讓學(xué)生感覺(jué)到使用手機(jī)做物理實(shí)驗(yàn)的便利，更加愿意進(jìn)行科學(xué)研究，享受到利用手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀(guān)察和測(cè)量的樂(lè)趣。只需了解手機(jī)簡(jiǎn)單的功能，就可以為物理實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

本文利用智能手機(jī)具備的基本功能和安裝免費(fèi)簡(jiǎn)單的APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)整和基本物理參數(shù)的測(cè)量。

1智能手機(jī)必備功能的應(yīng)用

1.1智能手機(jī)——攝像功能

從以前到照相館拍照到現(xiàn)在人人都可以拍照、錄視頻發(fā)微博和微信，可以說(shuō)手機(jī)的攝像功能人人都會(huì)。而在物理實(shí)驗(yàn)的楊氏彈性模量測(cè)量、分光儀的使用、等厚干涉、旋光儀、阿貝折射儀等數(shù)據(jù)測(cè)量中，測(cè)量者需要單眼貼到望遠(yuǎn)鏡目鏡或顯微目鏡上長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量讀數(shù)，特別是近視的同學(xué)，要觀(guān)察到理想的圖像或數(shù)據(jù)，都需要費(fèi)盡九牛二虎之力方能準(zhǔn)確測(cè)量。如果在望遠(yuǎn)鏡或顯徽鏡的目鏡前置手機(jī)支架，利用手機(jī)攝像功能，攝像頭對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡目鏡，利用手機(jī)屏幕直接觀(guān)察圖像或數(shù)據(jù)，這樣不僅可以不用單目觀(guān)測(cè)，還可以在任意角度進(jìn)行讀數(shù)測(cè)量，還可以緩解視覺(jué)疲勞。其次，手機(jī)照相的連拍功能還可以實(shí)現(xiàn)速度、加速度、位移等測(cè)量，另外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有患有紅綠色盲疾病的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)字顯示（紅色數(shù)字）看不清楚，因此可以利用攝像頭的灰度圖像功能將圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，便于觀(guān)察和記數(shù)。

1.2手機(jī)輔助功能

手電筒

在很多光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如邁克爾遜和分光儀實(shí)驗(yàn)，整個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程，要求在暗環(huán)境下觀(guān)察測(cè)量，光線(xiàn)比較暗，而讀數(shù)時(shí)，儀器的精度非常小，很難分辨，這就需要有光照讀數(shù)，學(xué)生利用自己的智能手機(jī)作為光照光源，一方面測(cè)量讀數(shù)時(shí)更加清晰，另一方面，也不會(huì)影響別的同學(xué)進(jìn)行觀(guān)察測(cè)量。

1.5智能手機(jī)必備功能——科學(xué)計(jì)算器

大多數(shù)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量完物理量需要進(jìn)行計(jì)算，利用手機(jī)計(jì)算器的功能更方便，學(xué)生不用單獨(dú)去買(mǎi)科學(xué)計(jì)算器就可以直接計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果與理論值相差很大，那么就可以在課堂上迅速找出測(cè)量錯(cuò)誤或誤差過(guò)大的原因，重新測(cè)量，達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的目的，既方便又節(jié)省時(shí)間，何樂(lè)而不為。

1.4手機(jī)——計(jì)時(shí)器

自從手機(jī)一出世，就具備了時(shí)間顯示和秒表計(jì)時(shí)功能，物理實(shí)驗(yàn)中需要計(jì)時(shí)的實(shí)驗(yàn)如：熱電偶測(cè)量錫的熔點(diǎn)，通過(guò)手機(jī)便可觀(guān)測(cè)儀器預(yù)熱時(shí)間、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間等。

1.5智能手機(jī) office手機(jī)軟件，結(jié)合現(xiàn)在的手機(jī)都可以有Excel處理表格軟件，對(duì)于繁雜計(jì)算的數(shù)據(jù)可以很快的計(jì)算出來(lái)，比如測(cè)量雙臂電橋的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生利用手機(jī)，將數(shù)據(jù)直接輸入到電子表格中，平均誤差和相對(duì)誤差很快就計(jì)算出來(lái)，寫(xiě)出數(shù)據(jù)處理，并計(jì)算出誤差大小。對(duì)于需要在坐標(biāo)紙上作圖的實(shí)驗(yàn)，利用Excel散點(diǎn)圖便可畫(huà)出一次擬合直線(xiàn)圖、曲線(xiàn)圖和折線(xiàn)圖等，然后打印出來(lái)，相比于坐標(biāo)紙上作圖，更加準(zhǔn)確、美觀(guān)。

2智能手機(jī)傳感器的使用

其實(shí)，智能手機(jī)內(nèi)置有許多傳感器，磁傳感器、光線(xiàn)傳感器、距離傳感器、GPS、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤(pán)、麥克風(fēng)等，利用這些傳感器，下載安裝免費(fèi)的APP，可以方便學(xué)生使用額外功能和記錄很多環(huán)境參數(shù)，如：溫度、濕度、水平儀、光強(qiáng)計(jì)、頻率計(jì)、分貝儀等。

2.1溫度計(jì)App

物理實(shí)驗(yàn)中個(gè)別實(shí)驗(yàn)需要記錄環(huán)境實(shí)時(shí)溫度，一般情況下實(shí)驗(yàn)室里僅配備一個(gè)水銀溫度計(jì)，學(xué)生人數(shù)較多的班級(jí)對(duì)環(huán)境溫度的影響較大，再有都要圍觀(guān)勢(shì)必會(huì)影響溫度測(cè)量，更別說(shuō)有的同學(xué)拿起溫度計(jì)就看，根本不注意水銀泡不能接觸，導(dǎo)致溫度計(jì)迅速升溫，測(cè)出該學(xué)生的體溫，鬧出笑話(huà)，結(jié)果差的更離譜，如果觀(guān)察手機(jī)溫度計(jì)的話(huà)，不同位置溫度不同，也很快讀出溫度值，不影響其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。

2.2水平儀App

物理實(shí)驗(yàn)中，很多物理實(shí)驗(yàn)儀器在使用前需要調(diào)節(jié)儀器水平，如：邁克爾遜干涉儀、楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)架、可調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)等，而這些設(shè)備上都沒(méi)有安裝水平系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水平只能根據(jù)主觀(guān)感覺(jué)，而調(diào)節(jié)儀器水平一般要借助水平儀，但是每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都在不同的教室里，勢(shì)必就需要每臺(tái)儀器配備一把水平尺，雖然價(jià)錢(qián)不貴，但是沒(méi)有必要，有了智能手機(jī)水平儀APP，問(wèn)題就迎刃而解。

2.3頻率計(jì)App

頻率計(jì)FreqCounter，作為一款專(zhuān)業(yè)強(qiáng)大且又簡(jiǎn)單易用的音頻分析工具?？梢杂脕?lái)實(shí)時(shí)顯示聲音的波形，分析輸入音頻信號(hào)的頻率構(gòu)成及強(qiáng)度。強(qiáng)大的手勢(shì)操作可以分級(jí)放大或縮小波形，觀(guān)察聲波的細(xì)節(jié)。內(nèi)置強(qiáng)大的FFT頻譜分析功能可以將您所關(guān)心頻段內(nèi)最強(qiáng)的5個(gè)頻率標(biāo)示出來(lái)。它是一個(gè)非常棒的噪音檢測(cè)器，可以方便地找到讓您不安的聲音來(lái)源。它也是一個(gè)很好的聲學(xué)教學(xué)演示程序。

2.4光強(qiáng)計(jì)App

光強(qiáng)計(jì)（Light Meter）v1.6可以把手機(jī)變成一個(gè)專(zhuān)業(yè)的光強(qiáng)計(jì)，測(cè)量以lux為單位的照明強(qiáng)度。

2.5分貝計(jì)APP

分貝計(jì)是一個(gè)能測(cè)量聲音分貝指數(shù)的app，分貝計(jì)的實(shí)用也是很簡(jiǎn)單，主要是使用手機(jī)的麥克風(fēng)進(jìn)行噪音的檢測(cè)，不僅可以幫你測(cè)量身邊的噪音指數(shù)，還適用于專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員對(duì)于聲音的測(cè)量。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)功能越來(lái)越多，但是當(dāng)代大學(xué)生怎樣才能利用好手機(jī)，作為實(shí)踐性更強(qiáng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，合理引導(dǎo)學(xué)生使用手機(jī)資源為教學(xué)服務(wù)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)測(cè)量方式和方法，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)效率，從而引領(lǐng)時(shí)代潮流。

參考文獻(xiàn)

[1]歐劍雄.智能手機(jī)在多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]，物理實(shí)驗(yàn)，2015，35（11）：13-16.

[2]宋伊，丁益民，胡琦珩，馮一帆，楊杰，李正天，李嘯越.利用智能手機(jī)磁傳感器測(cè)重力加速度[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2018，31（02）：39-41.

[3]胡琦珩，丁益民.利用智能手機(jī)測(cè)定重力加速度[J]，物理實(shí)驗(yàn)，2017，37（08）：l4 -16.