基于Phyphox軟件探究電梯運行加速度

李丹丹

摘? 要：高中《物理》必修一第一章涉及到的速度與加速度關系，學生剛學習時對于加速度的感知并不能與數據建立聯系。借助Phyphox軟件通過對電梯運動的數據進行采集與處理，可培養學生認識事物從定性認識到定量研究的科學思維，善于利用工具解決實際問題的能力，從而提高學生科學核心素養。

關鍵詞：電梯運行;Phyphox軟件;加速度

1.Phyphox軟件介紹

Phyphox是德國亞琛工業大學第二物理研究所基于傳感設計開發的物理實驗手機軟件，Phyphox軟件可實現29種內置功能，可用于光學、聲學、力學、磁場等實驗[錯誤！未定義書簽。]。Phyphox通過訪問手機內置的傳感器，直接測量相關數據。利用它可以研究、分析一些基本運動，如滾動、彈性碰撞、圓周運動等。

2.測量電梯運行規律

打開Phyphox軟件點擊“電梯”項目，將手機放置在電梯底面上，切勿人為干擾，使手機與電梯相對靜止。筆者選擇某師范大學理科第二綜合樓的7層電梯，從1樓到7樓進行多次測試。在沒有啟動電梯前，點擊右上方的開始按鈕即“三角按鈕”之后，啟動電梯從1層乘坐到7層;當電梯停止時按下暫停鍵（相同位置），得到如下運動圖像（圖1）。

2.1加速度與時間的關系

常識中電梯在運行中經歷先加速、再勻速、最后減速直到速度為0的過程。鮮有學生知道加速度隨時間如何變化。經多次測量對導出的數據各項物理量求平均值，并對加速度和時間兩個物理量進行圖像處理（圖2）。以上知電梯運行中的加速度變化經歷7個階段，且加速度的正向增加和減少與反向增加和減少的變化時間具有對稱性，由此特性便能輕易求出電梯運行最大速度。

2.2加加速度

類比加速度定義，加加速度即為：加速度對時間的變化率，用字母j表示

有些人在乘坐電梯剛啟動或者停止時會感受到不舒服或者有眩暈的感覺，其實因為加加速度過大;加速度值變化太快會對人形成沖擊力，人對加加速度的忍受有一定范圍，對于汽車人可以忍受的最大橫向加加速度約為0.4～1.0m·s-3，在鐵路設計中，一般采用法向加加速度：

因此由以上的數據分析，對第二理科綜合樓的加加速度進行計算：

可以看到筆者所測試的電梯的加加速度在人體所能承受的范圍之內。對于這部分內容學生不僅明白了加速度的定義，更會根據類比理解加加速度概念，拓展學生的科學視野，增強學生對物理學習的濃厚興趣。

2.3電梯運行物理模型

從以上真實的數據圖像中，很容易建立起加速度與時間關系的模型，因此速度與時間的關系模型也能輕易得出。

圖3中a-t圖v-t圖的時間一一對應，學生便能清晰地解釋v-t圖的速度是如何變化的即：0～t1電梯在啟動時先做加速度增大的加速直線運動;t1～t2電梯做勻加速直線運動;t2～t3做加速度減小的加速直線運動;t3～t4做勻速直線運動，此時電梯的速度達到最大值;t4～t5做加速度增大的減速直線運動;t5～t6做勻減速直線運動;t6～t7電梯做加速度減小的減速直線運動。

3.教學應用

學生利用Phyphox軟件非常方便就可以測出電梯在運動時的各種物理量的一系列數據。通過自己動手處理數據，畫出圖像，增強學生對一個實際問題的研究能力、對數據的處理能力。更加重要的是，學生能從具體地數據和運動圖像中抽象出物體運動模型，明顯的提升學生的計算思維，使學生不再局限于課本圖像的認識和學習，而是自己經歷一個科學探究、體會科學的本質。

參考文獻：

[1]郭雪鵬.借助“科學雜志”探究電梯的運行規律[J].物理教師，2017，38（06）：77-79.