攝像頭在物理實驗中的妙用

郭欽財

(珠海市第八中學,廣東珠海 519000)

1 引言

演示實驗能夠培養學生學習物理的興趣,激發學生的求知欲望,但是中學物理實驗中有些演示實驗的可視性較差,如果作為學生實驗又會影響正常的教學進度,如九年級中的力的作用效果,該實驗需要以俯視的角度來觀察,這樣可以更好的觀察,但是由于條件的限制,一般情況下只能夠前面的幾個學生觀察到,達不到全部學生自主觀察實驗的目的.而利用實物投影儀,本身實驗儀器比較笨重,在演示過程中很不方便,所以有一部分教師貪圖方便,演示實驗應付了事,因此攝像頭在這方面的一些優點就顯示出來了.

攝像頭是一種利用光電技術采集影像的數字視頻輸入設備.它配合個人電腦,可以把外界的動態影像輸入到電腦上,并通過投影設備把影像投射到屏幕上.攝像頭的作用類同人的眼睛,負責接受外界的影像信息進行傳輸.

攝像頭具有如下特點:(1)體積小.現在一般的攝像頭都可以達到拇指大小,攜帶起來非常方便;(2)分辨率高.攝像頭的像素130萬,可以拍攝到較清晰的影像;(3)動態好.幀頻最大可達30幀/秒,可以觀察到比較流暢的畫面;(4)焦距短.拍攝距離可以從2 cm到無窮遠,并可以手動調焦;(5)使用方便.把攝像頭連線插到電腦的USB接口上,配合多媒體就可以正常使用;(6)價格便宜.一般在30～100元之間.

攝像頭所具有的這些特點,使得它在物理演示實驗中進行廣泛應用成為可能,在物理實驗中發揮其重要的作用.

2 教學中的應用

(1)改變實驗觀察角度,提高實驗的可視性

案例1.在研究通電直導線的磁場時,直導線豎直放置,小磁針只能在同一水平面上均勻置于導線周圍.這個實驗要求我們較近距離地俯視觀察,對于課堂上大多數學生是很難直接觀察到的.但如果我們在小磁針的正上方放置一攝像頭,把實驗現象投影到屏幕上,那么困難就迎刃而解了.

案例2.在研究力的作用效果,如圖1同樣以俯視的角度來觀察實驗效果最為明顯.實驗的時候可以將攝像頭對準斜面,接著調整斜面的高度(為了保證小球的運動方向可以將斜面改成管子),讓小球運動的速度不要太快,在沒有放磁鐵的時候小球的運動軌跡是直線的,為了和放磁鐵后的小球軌跡做比較,可以先畫出一條直線來表示不受力情況下的運動軌跡,再通過攝像頭將實驗細節放大到屏幕,解決了原有實驗細節上的不足,原來只有少數學生看得清楚,現在投影到大屏幕上面,有助于全班學生觀察和分析,增加了學生的感性認識,達到了我們的實驗目的.

圖1

案例3.同樣在研究二力平衡的時候,如果按照傳統的實驗條件,如圖2所示,學生可以觀察到二力在同一直線上的情況,但是二力不在同一直線上的情況就比較難觀察,如果在上面加上攝像頭,力不在同一直線上的情形,學生就可以從大屏幕上觀察到小車轉動的情況.

圖2

(2)實現實驗動態分析,突破教學難點

案例1.教師在講授相對運動時,一般是通過引導學生回憶生活中有關相對運動的感性體驗去進行講解,很少進行演示實驗,但是僅僅讓學生回憶很難讓學生理解參照物這個抽象的概念.現在應用攝像頭,可以輕易解決這一難題.

如圖3所示,兩平板車 A、B放在相隔一定距離又相互平行的導軌上,把一攝像頭固定在其中一平板車(設為 A車)上,使攝像頭能較好地“看到”B車,實驗時可以按這樣先后順序進行:①觀察 A靜止,B運動時的情況;②觀察B靜止,A運動時的情況;③觀察 A、B同向運動,速度不相等時的情況;④觀察 A、B同向運動,速度相等時的情況.學生可清晰地看到實驗現象,更好地理解相對運動的知識.

(3)模擬人眼,激發學生興趣

八年級物理在講完探究凸透鏡成像的規律后,接著講眼睛和眼鏡這一節,教師通常只能通過展示眼睛構造模型及掛圖講解成像原理,而如何利用相應的透鏡調節像在患病眼睛中的成像位置這一知識點相對來說比較抽象,可以利用攝像頭來模擬“患病的眼睛”,讓學生利用所學的知識來給“眼睛”配眼鏡,培養學生的創新技能和提高學習物理的興趣.

圖3

為了與患病眼睛的成像效果形成對比,讓學生體會到保護眼睛的重要,可以先展示對焦時候的攝像頭,模擬正常眼睛看到的清晰景象.接著旋轉攝像頭前面的焦距調節鈕,調整攝像頭的焦距,制造出模糊的成像,模擬近視或者遠視,再讓學生根據所學知識,選擇合理的透鏡來矯正攝像頭的成像效果,也即是矯正“視力”.

3 總結

將攝像頭有機地應用在課堂教學中,放大演示實驗細節,展示演示實驗現象的動態過程,不僅提高了情景的真實性,而且強化了學生的感性認識,培養了學生獲取、分析、加工和利用信息的知識和能力,同時也有效地優化了課堂教學,提高了課堂教學目標的達成度.

1 沈蔡林.攝像頭和高中物理實驗的整合探討.物理教師,2009(6)

2 徐勝強.巧用普通攝像頭做好光學演示實驗.物理教學探討,2009(3).

3 陳澤武.巧用攝像頭破解演示實驗的難點.物理教學探討,2007(4)