巧用媒體技術研究拋體運動

姜勝民

(哈爾濱市第九中學 黑龍江 哈爾濱 150040)

筆者在經過一段時間的嘗試之后，運用媒體技術再現了拋體運動的頻閃過程.現介紹如下.

1 實驗器材的準備與組裝

J-2154型平

圖1 組裝好的儀器

拋運動實驗器,40 cm見方的坐標紙(最小刻度1 mm)

1張,攝像機,100 W白熾燈1只,剪出圓形的小紙貼8片.

將J-2154型平拋運動實驗器調整為豎直，斜槽末端水平，將坐標紙平整的帖上，記好坐標原點，過原點畫出x,y軸，將白熾燈固定于頂部.組裝好的儀器如圖1所示.

2 實驗操作

圖2 “頻閃照片”

本實驗隨堂進行.將組裝好的儀器平放在講臺上，先打開白熾燈增強光照，這樣成像清晰,沒有拖尾現象.小球由斜槽上釋放做平拋運動，用攝像機拍攝小球運動的影像，保存為avi或mpeg格式.將影像導入電腦，用軟件播放，并投影到大屏幕上.坐標紙的高度約為40 cm，小球運動的時間不超過0.3 s，瞬間落地，學生看不清運動軌跡.所以,筆者采用逐幀播放的方式來顯示小球的瞬時位置.能逐幀播放的軟件很多，如會聲會影，Premiere,QuickTime,Kmplayer,VirtualDub(推薦使用，小巧方便，功能強大).取小球離開斜槽時為第一幀，用圓形紙貼貼在大屏幕上標記出小球的位置，這就是小球平拋運動的第一個“像”.點擊鼠標到下一幀，用紙帖再次標記位置，依次類推，在大屏幕上共有7個“像”.這樣就形成了平拋運動的頻閃照片，如圖2所示.

3 數據處理

攝像機每秒拍攝25幀，所以,屏幕上兩個“像”的時間間隔為0.04 s.讓學生讀出屏幕上像的位置坐標，列表格進行分析.很明顯,水平方向兩“像”間的距離接近相等，是勻速直線運動，由水平距離除以時間得出初速度;而豎直方向，二者間的距離越來越大，對其作差，發現接近為一常量，所以,小球做勻加速直線運動.接下來學生由逐差法計算出加速度約為10 m/s2，豎直方向明確為自由落體運動.表1為筆者用Excel對數據進行的分析.

表1 平拋運動數據分析

至此實驗結束.學生對實驗得出的規律十分信服.用同樣的方法還可制作自由落體運動、豎直上拋運動和斜拋運動的頻閃照片.

4 對實驗的一些說明

在J-2154型平拋運動實驗器上平整地貼好坐標紙，目的是可以方便、準確地讀出小球不同時刻運動位置的坐標值.在屏幕上放映時，可以隨意調整播放窗口的大小，坐標紙會同步變化，免去了實際尺寸與播放尺寸按比例換算的麻煩.

攝像機要與儀器正對，且保持最近的距離拍攝，以便坐標紙清晰可見.在光照強度不夠時，錄制的影像會有拖尾或雙球現象，此時不必重錄.每次都取“像”的前端(或后端)定標即可.

上面提到的播放軟件較多，如果讀者不是很熟悉，推薦大家使用視頻剪輯軟件VirtualDub.從網上下載，無需安裝.打開軟件，導入拋體運動的影像，調整窗口大小合適.點擊下面按鈕即可逐幀播放，同時在下面還會顯示幀數及時間,如圖3所示.

圖3 軟件截圖

筆者所使用的小球直徑是1.80 cm.由于影像清晰度的原因，小球的位置坐標讀到mm即可.數據可用軟件Excel進行計算，如表1，在表格中第3,5,6,7列事先插入相應函數公式，現場將位置坐標輸入第2,4列，結果馬上呈現出來，快捷準確.哈爾濱的重力加速度為9.806 65 m/s2，表1中數據算得的重力加速度為9.72 m/s2，相對誤差為0.88%，精度很高.

用這種實驗方案，從拍攝到播放到學生計算得出規律共計15 min.簡單直觀、科學嚴謹.再結合理論分析，學生從感性認識上升到理性認識，會對拋體運動有準確、深刻的理解.