利用信息技術探究平拋運動的規律

陳曉慧 沈希克

摘? ?要：在探究平拋運動規律時，可以采用多種形式的信息技術輔助教學，從而獲取更加直觀的實驗現象，結合使用Tacker等開源物理軟件，追蹤物體的運動軌跡，通過數學建模獲取實驗數據推導運動規律。充分運用手機、計算機等現代化工具，大力開發學生實驗創新能力，改變學生傳統的實驗思維方式，投入到探索性的物理實驗活動中來。

關鍵詞：信息技術；實驗探究；平拋運動

高中物理教學過程中，對于運動規律的推導通常以觀察實驗現象為基礎，結合實驗相關數據總結和歸納運動規律。平拋運動是曲線運動，在探究曲線運動時通常使用運動的分解法，將復雜的運動分解成兩個方向的直線運動，以此簡化運動的復雜性，便于學生對知識點的理解和運用。在魯科版高中物理課本中使用描跡法探究平拋運動的特點，既不直觀也缺乏科學趣味。利用信息技術輔助課堂教學，通過對視頻分析和數學建模，使實驗現象更加直觀，分析實驗數據更加便捷，在運用各種現代化工具中激發學生創新能力，開拓新的探究思路。

1? 利用手機拍攝功能

手機拍照的原理是感光器件工作原理，感光元件因受到光的照射產生電流、電壓的變化，傳輸到手機中的芯片中處理，經過芯片處理的光影投射到手機的屏幕，按快門時手機系統會記錄此時芯片處理的數據，經過轉化成圖片文件。

在物理實驗探究過程中，可以利用手機拍攝中的連拍功能，按下快門不松手，可連續快速地啟閉電子快門獲取數字圖片，捕捉到運動物體多個瞬間所處位置。

在使用平拋豎落儀探究平拋運動時，由于小球運動速度過快，實驗過程過短，學生用肉眼觀察實驗現象較為困難。引導學生分組使用手機連拍功能記錄實驗過程，從獲取的圖片中（圖1）可以觀察到自由落體的B球與平拋運動的A球在下落過程中總是處于同一高度，由此推導平拋運動在豎直方向是自由落體運動的規律。

2? 利用視頻剪輯降幀處理

使用手機錄下平拋豎落儀彈簧扳機扣動后小球A、B下落過程的視頻，拍攝到的視頻實際是由單幀靜止畫面連續播放而成。將實驗視頻導入到視頻剪輯應用程序中進行降幀，在每一幀Decode后加入Sleep處理中，可以得到清晰的實驗慢放過程視頻。

學生可以分組合作，在實驗過程中培養學生的實驗動手能力，和團隊合作的能力，熟練使用現代化軟件對物體運動情況進行分析。在觀察平拋運動的降幀視頻后，學生可直接推導出平拋運動豎直方向的運動規律。

3? 利用動態鏡頭抓拍技術

高中物理在實驗探究自由落體、平拋運動等運動規律時常使用頻閃照相法。通過調節頻閃儀的閃動頻率觀測高速運動的物體，使其與被測物運動速度接近并同步時，看上去卻是緩慢運動或相對靜止的。這種視覺暫留現象，使人目測到高速運動物體的運行狀況。但運動頻閃儀價格昂貴，在高中分組實驗中使用頻率不高，較難保管和維護，所以實際購買使用頻閃儀是比較難實現的。

隨著信息技術的飛躍發展，各種應用程序不斷開發完善，對于運動軌跡捕捉技術逐漸成型。使用手機下載動態鏡頭應用程序，即可實現類似頻閃儀的功能，在拍攝連續影像時只檢測移動的被攝體，通過疊加多張影像創建單張靜止影像捕捉被攝體的運動軌跡。學生通過熟練使用動態鏡頭捕捉平拋運動A球與同時下落的自由落體運動B球的運動軌跡，得到單張靜止影像（如圖2）。

從實驗所得的捕捉影像中，可以很容易地推導出平拋運動豎直方向上的運動性質與自由落體運動性質一致。但所得影像是通過疊加多張影像合成的，呈現出的圖像上小球兩個位置時間間隔有所不同，導致圖像與高中物理課本中使用全息照相拍攝平拋運動呈現的圖像有所出入，會對學生探究運動規律可能會形成誤導。

4? 利用Tracker軟件數學建模

Tracker是一款建立在Java框架下的開源物理軟件，可用于物理視頻的影像分析和數學建模。該軟件由美國卡布利洛大學物理系的道格拉斯·布朗教授開發和升級維護，免費提供給用戶使用。Tracker軟件通過對運動物體的視頻進行逐幀分析，自動追蹤物體的運動軌跡。

實際教學過程中在教師的指導下，學生使用Tracker軟件對自己所拍的物理視頻進行分析。先將視頻導入軟件中，將小球A所在位置設置為坐標原點，視頻中墻上一塊磚的長度為定標，CTRL+SHIFT點擊球A自動搜索球A的運動軌跡，在數據窗口中就能得到球A隨時間推移位置的變化情況。

到此學生通過多項自主探究活動，很好地掌握各種信息技術在探究物體運動實驗中的使用，同時推導出了平拋運動的運動性質，為后面探究其他復雜的運動規律提供了新的物理實驗思維方法。

5? 結束語

總而言之，在高中物理教學中利用信息技術是為了更好地解決在傳統教學中不能或難以解決的問題，根據不同的實驗探究內容，合理利用不同應用程序和軟件，使課堂教學更具趣味性和科學性，拓寬學生對已有知識框架的認知。教師教學理念、思想的現代化，推進了教學方法、學習方式與現代化“高科技”相結合，形成多種形式的綜合啟發式探究方法。