手機軟件在物理實驗中的運用*

鄧 蒙 張 雄 楊為民

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

林 靈

(普洱學院理工學院物理系 云南 普洱 665000)

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物理實驗教學

手機軟件在物理實驗中的運用*

鄧 蒙 張 雄 楊為民

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

林 靈

(普洱學院理工學院物理系 云南 普洱 665000)

手機軟件在物理實驗教學中的運用越來越普遍，運用手機軟件輔助教學可以激發學生的學習興趣，拓展物理實驗教學.本文主要介紹了PASCO的sparkVUE手機軟件在物理實驗教學中的運用，演示了利用sparkVUE手機測量圓周運動中繩子的拉力以及單擺運動的周期.教學實踐表明，這種新穎有趣的實驗教學方法提高了課堂效率.

手機 sparkVUE軟件 物理實驗

隨著信息技術的發展，教師的教學活動越來越多媒體化，不再局限于講授、做實驗，教師可以利用多媒體從視覺、聽覺上直觀地描述物理現象，從而為學生們呈現出一個更豐富多彩的物理世界.現在僅借助多媒體也無法滿足學生和教師的需要，所以一種新的輔助工具被介紹到我們的教學中，那就是手機軟件.本文將為大家介紹sparkVUE軟件在物理實驗中的運用.

sparkVUE是PASCO公司推出的一款教育類軟件，該軟件可以安裝在iPhone，iPod touch和iPad上.利用該軟件，教師可將物理實驗教學內容、實時數據進行收集和分析，尤其在物理教學中，我們可以利用該軟件分析物體的受力情況，運動的物體的加速度、速度，顯示聲波，同時還可以對實驗數據進行分析和處理.把該軟件安裝在iPhone手機上，這樣我們就可以隨時隨地利用該軟件進行物理實驗.本文主要介紹sparkVUE軟件在物理實驗中的具體運用.

1 研究小球做圓周運動時繩子的張力

sparkVUE可以與70多個傳感器相連，利用不同的傳感器可以測出不同的物理量，比如溫度、力的大小以及聲波，在這里主要是利用力傳感器和該軟件分析物體做圓周運動時繩子所受的拉力，并對垂直于水平面和平行于水平面所做的圓周運動進行對比.教師在授課時會發現學生往往很難理解物體做垂直于平面的圓周運動時，物體所受到的繩子拉力大小的改變，然而利用該軟件可以真實地反映出繩子的拉力大小，并且該實驗簡單易操作，學生可以自己動手做，自己分析解決問題，從而加深學生的理解和記憶.

首先準備1個小球，1根尼龍繩，1個力傳感器，1個iPhone手機，藍牙以及1根玻璃管(直徑為2～3 mm,長度為5～6 cm).接著打開手機里的sparkVUE找到“實驗”這一欄，按右上角的“+”，將會制造一個實驗，將測量設置為“力”，單位為“N”，再設置合理的實驗時間.之后將藍牙與手機相連，再將藍牙另一端與力傳感器連接，傳感器的掛鉤拴上一根繩子，并且使繩子穿過玻璃管，接著在繩子的另一端系上小球，如圖1所示，一只手拿著玻璃管使小球在平行于水平面的方向上運動，首先讓小球做速度較慢的圓周運動，接著加快速度，當小球達到勻速圓周運動時，按下手機上的開始鍵，這樣我們就可以看到小球在做勻速圓周運動的同時，手機上也同步顯示出繩子所受的拉力大小.從sparkVUE繪制的圖表中我們可以知道小球在水平面上做勻速圓周運動時，繩子所受到的拉力是保持不變的.

圖1 小球在平行于水平面的方向上做圓周運動

再用同樣的方法來測量小球在垂直于水平面的方向上做勻速圓周運動時，繩子所受的拉力.同樣把手機、傳感器、繩子等物體連接起來，此時一只手也要拿著玻璃管，只不過與上個實驗拿的方式不同，如圖2所示，這樣小球就能在垂直于水平面的方向上做勻速圓周運動.從sparkVUE繪制的圖表里可以看到物體在豎直方向上做勻速圓周運動時繩子所受的拉力隨時間而改變，并且物體運動到最高點繩子所受的拉力最小，運動到最低點，繩子所受到的拉力最大.

圖2 小球在垂直于水平面的方向上做勻速圓周運動

2 利用sparkVUE測量iPhone手機的單擺周期

在單擺實驗中，測量單擺周期是通過秒表來實現的，即把物體拉離豎直方向一個小角度，手放開繩子，當物體開始運動時按下秒表，并開始數數，用秒表讀出的時間除以單擺次數即可得到單擺周期.這種傳統實驗方法測量要求學生必須仔細盯著小球，認真數數，一旦數錯就要重做實驗，然而利用sparkVUE可以很好地解決該問題.iPhone手機內部的加速計和sparkVUE結合起來就可以測量物體在x軸、y軸以及z軸方向上的加速度.在這里利用x軸上的加速度的周期性來找出iPhone手機的單擺周期，首先打開軟件，把測量設置為“加速度，y”，單位為“m/s/s”,設置頻率為“50 Hz”，實驗時間為“60 s”[1].需要注意的是這里的x軸方向是豎直方向.

把手機放在一個手機包里，用一根繩子拴住手機包的左右兩邊，接著把繩子掛在鐵架臺上，調整繩子使手機包平行于地面，再拿出手機按下開始鍵，并且迅速地放在手機包里，把在最低點的手機包拉開一小段距離，使其與豎直方向成一個小角度，然后輕輕地釋放，手機包開始做單擺運動，直到60 s后停止運動.在運動的同時單擺周期的數據也被收集在PASCO的光電門定時器模型ME-9215B里[2].

圖3 iPhone手機的單擺周期分析

3 手機軟件sparkVUE在物理實驗中的其他運用

sparkVUE這款軟件除了可以在物理實驗中對物理量進行測量，同時也可以對已有的實驗數據進行分析，這就要利用sparkVUE內置的統計工具,用該工具即可得到多個實驗數據的最小值、最大值、平均值、標準偏差等.并且可用圖表、柱狀圖、模擬儀或表格直觀地顯示數據.當然有的實驗時間很短，我們很難觀察實驗現象和記錄實驗數據，比如自由落體運動、平拋運動，此時用集成攝像頭把實驗過程拍攝下來，再利用sparkVUE的圖片分析功能即可對實驗進行分析.

本文只是大致介紹了sparkVUE在物理實驗中的運用，該軟件還有許多其他功能可以幫助我們的物理教學.

身為一名教師，我們的知識不要僅局限在課本上，還應該與時俱進，不斷地探索，適當地借用一些輔助工具不僅可使課堂變得更有效率，而且更能吸引學生的學習興趣.當然教師也需熟練地掌握這些輔助工具，這就要求教師“活到老，學到老”,只有通過不斷地學習，教師才能提供給學生最新的教學信息.

1 JustinBriggle. Analysis of pendulum period with an iPod touch/iPhone..Physics Education,2013

2 Photogate Timer Model ME-9215B,PASCO scientific 2011 http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=50682&groupID=351&page=Manuals

3 吳月江.用數碼相機研究自由落體運動和平拋運動.教學儀器與實驗,2008(12):18

4 蔡兆峰.談談頻閃攝影.初中生世界(八年級物理版),2013(1):51

5 Haber Schaim U, Dodge J H, Gardner R,etal. PSSC Physics.7.Kendall Hunt Pub Co,1991:60

*國家教育部高等學校“專業綜合改革試點”項目“物理學專業”資助.

鄧蒙(1992- )，女，研究生在讀，主要研究方向為學科教學(物理).指導教師：張雄(1956- )，男，教授，主要研究方向為學科教學(物理)和天體物理.

2015-10-13)