巧借智能手機(jī)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)

孫成武 劉曉潔

摘 要：“利用日常用品改進(jìn)實(shí)驗(yàn)或開發(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。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)

中圖分類號：G633.7? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：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)過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動手去做、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、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)間測量、錄像、錄音、大氣壓測量、磁感應(yīng)強(qiáng)度測量等多種功能。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，并播放該聲音信號。當(dāng)手機(jī)2和手機(jī)1相對靜止時(shí)，可以在手機(jī)1中測得采集到的聲音信號的頻率，當(dāng)聲源手機(jī)和信號采集手機(jī)相互靠近時(shí)，可以觀察到手機(jī)1接收到的信號頻率升高。當(dāng)聲源手機(jī)和信號采集手機(jī)彼此遠(yuǎn)離時(shí)，可以觀察到手機(jī)1接收到的信號頻率降低。通過該現(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)測大氣壓

打開智能手機(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)開得到顯示大氣壓強(qiáng)的界面，可直接測出當(dāng)前的大氣壓強(qiáng)。

1.3用智能手機(jī)測自由落體加速度

打開智能手機(jī)的視頻拍攝模式，拍攝一段小鋼球自由下落過程，得到一段小鋼球做自由落體運(yùn)動影像。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，通過對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，對位置信息分析可以得出小球下落過程的加速度大小。

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、沒有秒表的場合使用。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。

1.5演示電磁波的屏蔽

將手機(jī)放入開口的金屬罐內(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)，提示無法撥通，說明了電磁波被密閉的金屬罐屏蔽。

2.結(jié)語

通過以上幾個(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)的過程也體現(xiàn)了教育裝備升級的過程，從過去的傳統(tǒng)課堂到今天的信息化輔助教學(xué)課堂無不得益于科技的發(fā)展。利用各種數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也讓過去許多難以測量或難以控制的實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行，也使許多實(shí)驗(yàn)的測量精度大大提升。因此我們在工作中要積極利用智能手機(jī)等日常用品開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)，使物理實(shí)驗(yàn)對學(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