手機“慢動作”功能在物理教學(xué)中的運用*

江華 謝嬌 錢漢

(重慶市潼南中學(xué)校 重慶 402660)

學(xué)生能夠直接觀察到物理現(xiàn)象，將會對物理理論的認(rèn)識和理解有非常大的幫助.但是,具體實驗觀察中，部分實驗由于其本身特點，其現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，人的肉眼無法及時捕捉到關(guān)鍵瞬間.因此，如何能夠讓學(xué)生更直接地觀察此類物理現(xiàn)象，一直以來都是各位一線教師研究的課題.多年來，苦于無良好實驗器材、良好展現(xiàn)方式等條件的限制，部分教師對于此類實驗，以理論知識灌輸?shù)姆绞竭M行教學(xué)，當(dāng)然也有很大一部分教師勇于創(chuàng)新，使用頻閃照相等方式進行展示.隨著我國科技的不斷進步，各種新的實驗儀器和新興工具對教學(xué)也有很大的促進作用，手機就是其中非常典型的一種[1～3].

1 手機“慢動作”功能的原理及優(yōu)勢

隨著科技的發(fā)展，智能手機已經(jīng)非常普遍，其功能也十分強大.絕大部分智能手機中均有“相機—慢動作”功能，該功能能夠?qū)⒄ｄ洸サ囊曨l進行慢放.以華為P10為例，正常視頻錄播為30幀每秒，而其“慢動作”功能可以將視頻錄為120幀每秒，再以30幀每秒播放，將動畫慢放了4倍，使轉(zhuǎn)瞬即逝的物理過程緩慢地、更清晰地呈現(xiàn)出來.部分其他手機可以讓視頻幀數(shù)更多，讓放慢倍率更大，以達到更好的效果.因此，手機的“慢動作”功能如果運用到物理實驗教學(xué)中，將有利于學(xué)生對實驗過程的觀察，得以促進物理教學(xué)的發(fā)展.

手機“慢動作”功能能夠?qū)⑽矬w運動情況完整錄下來，并以慢放的形式展現(xiàn)給學(xué)生，該實驗方式有以下優(yōu)勢：

(1)器材易得，智能手機已經(jīng)普及，而且絕大部分智能手機均具有“慢動作”功能，相比頻閃相機等儀器更普及.

(2)操作方便，課堂中，用手機錄取，并將錄取視頻通過展臺或者電腦給學(xué)生播放即可.

(3)學(xué)生可以現(xiàn)場觀察實驗過程、錄取視頻、觀察視頻效果，可信度高.

(4)可以讓學(xué)生現(xiàn)場操作實驗，學(xué)生參與度高.

(5)錄取的視頻可以隨時暫停、重播、快放、慢放，觀察更加清晰、直接，可視性強，更容易達到良好的教學(xué)效果.

2 部分傳統(tǒng)實驗方式的不足

對于平拋運動的合成與分解等反應(yīng)速度過快的實驗，教學(xué)過程的一般做法是：描點法、頻閃照相法等.這些實驗方法有以下不足.

(1)對于描點法

1)實驗誤差較大，由于要多次實驗，不能保證每次實驗情況完全相同，因此偶然誤差較大.

2)需要較長時間進行實驗，如果在課堂上進行，課堂時間利用率較低；如果是教師在課前準(zhǔn)備，則直觀性不太好、學(xué)生參與度低、可信度低.

3)因為實驗結(jié)果僅為“點”，而非其實際運動情況，雖然基本能夠表示其運動情況，但直觀性仍有不足.

(2)對于頻閃照相法

1)大部分學(xué)校不具有頻閃相機，這將嚴(yán)重影響物理實驗的進行；

2)頻閃照相法與描點法一樣，也具有直觀性、可視性不強的特點.

3 實際實驗示例

3.1 平拋運動合成與分解實驗

平拋運動合成與分解實驗是高中物理教學(xué)中的一個重要實驗，該實驗可以加深學(xué)生對平拋運動是由水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動合成的理解.傳統(tǒng)教學(xué)中，以平拋豎落儀實驗或者平拋運動描點的方式來進行實驗教學(xué).其中，平拋豎落儀實驗?zāi)軌蚯逦故拘∏蛩椒较虻倪\動和豎直方向的運動，但是由于小球下落速度過快，加上肉眼的局限性，學(xué)生不能捕捉到關(guān)鍵時期，也就不能清晰地觀察到實驗現(xiàn)象.本實驗在平拋豎落儀實驗的基礎(chǔ)上利用“慢動作”功能進行改進，并在課堂上進行了實踐，達到了良好的教學(xué)效果.

實驗步驟：甲同學(xué)負(fù)責(zé)實驗操作，乙同學(xué)負(fù)責(zé)使用“慢動作”功能進行拍攝錄像.同學(xué)們將所錄視頻以“慢動作”的方式進行播放，觀察實驗現(xiàn)象；關(guān)鍵位置可以暫停播放，觀察兩小球位置關(guān)系.重復(fù)以上步驟，多次進行水平實驗和豎直實驗，觀察實驗現(xiàn)象.圖1為平拋運動合成與分解的實驗準(zhǔn)備，圖2為實驗中隨機時刻的截圖，結(jié)合其他截圖及動畫，發(fā)現(xiàn)兩小球總在同一豎直線上，說明兩小球的水平運動情況相同——都是勻速直線運動.豎直方向也能夠通過該實驗得到結(jié)論——兩小球都做自由落體運動.

圖1 平拋運動合成與分解的實驗準(zhǔn)備

圖2 平拋運動合成與分解的實驗效果

根據(jù)該實驗，學(xué)生能夠非常清晰、直觀地看清實驗現(xiàn)象，也能夠非常容易地得出實驗結(jié)果.

3.2 非輕彈簧與剛性繩的力突變實驗

彈簧和剛性繩的彈力突變與否一直以來是學(xué)生難以理解的知識點，而彈簧的變化又非常快，一般實驗時學(xué)生無法觀察到兩者的變化情況.利用“慢動作”功能，可以將兩小球的運動情況放慢，如此將會非常容易觀察到剛性繩與非輕彈簧作用下兩小球的運動情況，并推導(dǎo)出剛性繩和非輕彈簧彈力是否發(fā)生突變.如圖3所示，通過該實驗，很容易觀察到當(dāng)繩剪斷瞬間，小球立即開始下落，說明繩的彈力在剪斷瞬間發(fā)生了突變；而非輕彈簧所連的小球在一段時間內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，說明非輕彈簧的彈力沒有發(fā)生變化，也就是說非輕彈簧的彈力不會發(fā)生突變.

圖3 非輕彈簧與剛性繩力突變實驗

對于稍微復(fù)雜的力突變問題，比如既有剛性繩又有非輕彈簧的情況，也可以通過該功能進行清晰地觀察.通過實驗，我們可以得到如圖4和圖5所示的情況.如圖4所示，當(dāng)剛性繩被剪斷時，上小球立即向下運動，而下小球在一段時間內(nèi)保持不動，這說明剛性繩的力發(fā)生了突變，而非輕彈簧的彈力沒有發(fā)生突變.如圖5所示，當(dāng)非輕彈簧上端被剪斷時，兩小球均未發(fā)生運動，說明非輕彈簧彈力沒有發(fā)生突變.

圖4 剛性繩經(jīng)小球連接非輕彈簧示意圖

圖5 非輕彈簧經(jīng)小球連接剛性繩示意圖

其他更加復(fù)雜的情況(如圖6)也可以通過這個方式進行實驗，利用其可視性強、直觀清晰等優(yōu)點對物理實驗進行教學(xué).

圖6 其他情況的力突變示意圖

3.3 最大靜摩擦力和滑動摩擦力大小關(guān)系實驗

滑動摩擦力和最大靜摩擦力大小的關(guān)系用實驗來清晰證明一直是高中物理實驗中的一個難點，傳統(tǒng)教學(xué)中，通常使用在彈簧測力計上卡一小紙團的方式進行，拉動彈簧測力計時，小紙團會被彈簧測力計的標(biāo)度推動，直到物塊開始移動，一旦物塊開始移動，彈簧的拉力變小，而紙團所在位置示數(shù)即等于最大靜摩擦力，其大于彈簧測力計最終示數(shù)——滑動摩擦力.此傳統(tǒng)實驗方法雖然能夠達到較好的實驗效果，但也存在以下不足之處：

(1)可視性不是很強，難以觀察清楚突變瞬間變化情況；

(2)紙團與測力計之間有摩擦，導(dǎo)致實驗誤差較大；

(3)紙團不是規(guī)則的幾何體，導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大等.

利用“慢動作”方式，不需要紙團，只需要將本實驗過程全程錄像，通過慢放的方式，即可較為清晰地觀察到彈力大小在物塊滑動瞬間的變化，能夠很清晰、直觀地將靜摩擦力、最大靜摩擦力、滑動摩擦力的關(guān)系展現(xiàn)出來，將更利于學(xué)生的觀察和理解.

4 結(jié)束語

除以上3個實驗以外，其他現(xiàn)象較快的實驗，如自由落體運動，都可以通過“慢動作”功能“減慢”其反應(yīng)速度，將物體的運動過程、實驗反應(yīng)過程、實驗現(xiàn)象，更慢、更清晰地展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生能夠“親眼目睹”并“看清楚”實驗過程和現(xiàn)象，促進學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察和對物理理論的理解，這對物理教學(xué)有一定的促進作用.科技的發(fā)展不僅僅對生活有著很大的影響，對教育教學(xué)的方式也有很好地促進作用.發(fā)掘、利用新科技方法和產(chǎn)品，將其利用在日常教育教學(xué)活動當(dāng)中，也是未來教育教學(xué)的必然方向.相信在各種新科技、新方式加入教育教學(xué)的基礎(chǔ)上，我們的教學(xué)活動將會越來越精彩.