巧借智能手機創(chuàng)新物理實驗

孫成武 劉曉潔

摘 要：“利用日常用品改進實驗或開發(fā)新實驗。實驗課程資源不僅限于實驗室現(xiàn)有儀器和設備，日常用品、廢舊材料也是重要的實驗室資源。可利用日常用品和材料替代實驗材料，使實驗現(xiàn)象更明顯、直觀，或者利用這些材料創(chuàng)新物理實驗開發(fā)出低成本、高質量的物理實驗”[1]，已成為許多老師的共識。本文介紹了一種利用智能手機等日常用品設計制作“驗證多普勒效應”等實驗的方法，使用該創(chuàng)新方法可以使實驗現(xiàn)象更直觀、明顯。

關鍵詞：多普勒效應; 智能手機; 物理實驗

中圖分類號：G633.7? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2021）2-011-001

實驗是物理學習的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的重要途徑和方式。高中物理教學中，無論老師還是學生都重視物理實驗。因為物理實驗是學生學習物理的重要手段，學生實驗更是能讓學生親身參與、體驗的學習方式。學生經過實驗設計、動手去做、觀察記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)、分析總結得出實驗結論等環(huán)節(jié)，可以從多個方面培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)。隨著信息化設備的不斷發(fā)展，物理實驗可利用的資源也愈加豐富。智能手機除了具有傳統(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，借助智能手機中內置的各種傳感器可以使智能手機具有時間測量、錄像、錄音、大氣壓測量、磁感應強度測量等多種功能。利用智能手機輔助物理實驗教學，不僅能夠詳細記錄實驗數(shù)據(jù)，還能提高物理實驗的直觀性、可視性、趣味性，使學生拓展實驗視野，增強實驗探究能力。下面筆者以“驗證多普勒效應”等實驗為例介紹智能手機在創(chuàng)新物理實驗中的應用。

1.用智能手機開發(fā)的物理實驗

1.1驗證多普勒效應

在智能手機1中安裝一個樂器調音軟件，比如“Tuner T1”，該軟件可以采集、分析手機接收到的聲音的頻率，并實時顯示在手機上。在另一部智能手機2中安裝“phyphox”軟件，用“phyphox”軟件的音頻發(fā)生器功能設置一個頻率確定的聲音信號，并播放該聲音信號。當手機2和手機1相對靜止時，可以在手機1中測得采集到的聲音信號的頻率，當聲源手機和信號采集手機相互靠近時，可以觀察到手機1接收到的信號頻率升高。當聲源手機和信號采集手機彼此遠離時，可以觀察到手機1接收到的信號頻率降低。通過該現(xiàn)象，學生可直接定量“驗證多普勒效應”。

1.2用智能手機測大氣壓

打開智能手機中的phyphox軟件，找到原始傳感器壓力（從氣壓計獲得原始數(shù)據(jù)），點開得到顯示大氣壓強的界面，可直接測出當前的大氣壓強。

1.3用智能手機測自由落體加速度

打開智能手機的視頻拍攝模式，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動影像。將拍攝得到的視頻拷入計算機，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出，另存為一張張圖片，通過對圖片中小球的位置坐標的分析可以得到小球做自由落體運動時各個時刻的位置信息，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利用智能手機的計時功能

智能手機都具有秒表功能，相比傳統(tǒng)的秒表具有計時準確且便捷的特點，非常適用于教室、沒有秒表的場合使用。除了秒表功能之外，計時功能也能方便地幫助我們記錄時長。

1.5演示電磁波的屏蔽

將手機放入開口的金屬罐內，用另一部手機撥打，能夠打通。接著將金屬罐的金屬蓋子蓋上，密封緊閉，再撥打該手機時，提示無法撥通，說明了電磁波被密閉的金屬罐屏蔽。

2.結語

通過以上幾個實驗可以發(fā)現(xiàn)，智能手機確實可以開發(fā)許多物理實驗。以上列舉的案例只是很小一部分，因為智能手機中內置的傳感器種類非常多，各種各樣的傳感器為我們創(chuàng)新物理實驗提供了可能。巧借智能手機創(chuàng)新物理實驗的過程也體現(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課堂無不得益于科技的發(fā)展。利用各種數(shù)字實驗系統(tǒng)也讓過去許多難以測量或難以控制的實驗得以順利進行，也使許多實驗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等日常用品開發(fā)物理實驗，使物理實驗對學生科學探究能力的培養(yǎng)效益最大化。

參考文獻：

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