羅慧+楊小芳

摘 要：結(jié)合多媒體技術(shù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論往往有意想不到的效果。本文闡述在單擺的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，利用手機(jī)錄像軟件錄制小球的運(yùn)動(dòng)情況并用常用電腦軟件kmplarer、PowerPoint對(duì)視頻進(jìn)行處理，獲得小球的x-t圖，并利用幾何畫板證明單擺小球運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，解決了教材中演示實(shí)驗(yàn)的不足，提高了課堂完整性。

關(guān)鍵詞：多媒體技術(shù)；單擺；簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）1-0054-2

1 問題的提出

在人教版選修3-4《單擺》這一節(jié)中，通過傳統(tǒng)的雙線擺演示實(shí)驗(yàn)得到物體的x-t圖，并通過理論推導(dǎo)回復(fù)力公式最終得到結(jié)論“在偏角很小的時(shí)候……單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)”[1]，體現(xiàn)了觀察實(shí)踐與理論探究結(jié)合的物理學(xué)科特點(diǎn)。但該演示實(shí)驗(yàn)存在幾個(gè)問題：注射器噴出墨水后，重心下移，擺長(zhǎng)的變化會(huì)引起周期變化；很難保證白紙做勻速運(yùn)動(dòng)；判斷得到的曲線為正弦曲線需用刻度尺測(cè)量曲線上若干個(gè)位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，不易在課堂上操作。因此，在實(shí)際教學(xué)中教師往往在繪制出一條x-t曲線后僅讓學(xué)生看下圖像，并認(rèn)為“覺得像”而草草得到該圖像是個(gè)正弦曲線的結(jié)論……

筆者對(duì)教材演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，用手機(jī)錄制小球的運(yùn)動(dòng)并利用kmplarer、PowerPoint兩個(gè)軟件記錄單擺小球運(yùn)動(dòng)（x-t），再通過Sketchpad（幾何畫板）驗(yàn)證該圖像是個(gè)正弦曲線，從而更直觀地得到結(jié)論：?jiǎn)螖[小球的運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足。

2 小球視頻錄制

如圖1所示，為了保證小球的運(yùn)動(dòng)在一個(gè)平面內(nèi)，將單擺改為雙線擺，掛在黑色支架上，支架在鐵架臺(tái)上固定，手機(jī)平放在鐵架臺(tái)的臺(tái)板上。由于在實(shí)驗(yàn)過程中需要觀察并調(diào)整小球在手機(jī)屏幕的位置，因此使手機(jī)正面朝上，利用前置攝像頭對(duì)小球的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行錄制。

圖2為錄像時(shí)手機(jī)屏幕截圖。調(diào)整手機(jī)位置，讓鐵球的運(yùn)動(dòng)軌跡緊貼手機(jī)屏幕的左邊緣擺動(dòng)，且不要超出屏幕上下邊緣，雙線擺的支架恰好在屏幕的中間。圖中實(shí)線框內(nèi)為后期取景區(qū)域，為保證小球運(yùn)動(dòng)的x-t圖清晰美觀，框內(nèi)盡量不要出現(xiàn)其他景物，調(diào)整好后開始錄制，時(shí)間為3～5秒。

3 視頻連續(xù)截圖

視頻截圖是指將看到的視頻畫面截取并保存為圖片文件，Kmplayer是一款功能豐富的視頻播放軟件，具備將視頻按相同時(shí)間的間隔進(jìn)行截圖的功能。在Kmplayer軟件中打開錄制好的視頻先暫停播放，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇“捕獲”—“畫面：高級(jí)捕獲”彈出“幀模式”對(duì)話框。如圖3所示，將“連續(xù)”“在一秒內(nèi)20幀”選中，表示在連續(xù)的時(shí)間內(nèi)每秒截圖20幅。兩幅圖的時(shí)間間隔為0.05 s，也可自行更改1 s內(nèi)的幀數(shù)。然后，點(diǎn)擊開始并讓視頻開始播放，視頻結(jié)束后點(diǎn)擊停止截圖，這樣就得到了小球在不同時(shí)刻的位置截圖，截圖文件保存的位置在C：＼KMPlayer＼Capture＼。

4 獲得x-t圖

如圖4所示，在截圖文件夾中選取鐵球從中間開始的一個(gè)全振動(dòng)的連續(xù)照片，刪除多余照片。打開PowerPoint軟件，新建一張空白幻燈片，點(diǎn)擊“插入圖片”選中之前選的所有照片一起插入。然后點(diǎn)擊“格式”—“對(duì)齊”—“頂端對(duì)齊”得到效果，選中并拉動(dòng)最左邊的一張圖片使第一個(gè)小球的位置與白板的最右邊對(duì)齊，選中并拉動(dòng)最右邊的一張圖片使最后一個(gè)小球與白板的最左邊對(duì)齊，接著全選所有圖片并點(diǎn)擊“對(duì)齊”—“橫向分布”就可以將所有照片按等間距排布，得到如圖4所示單擺小球的x-t圖，原理類似頻閃照片，中間黑色條紋（雙線擺支架）可以等效地看成時(shí)間軸。（圖4）

5 正弦曲線的證明

Sketchpad（幾何畫板）是中學(xué)數(shù)學(xué)輔助教學(xué)軟件，可以繪制各種函數(shù)圖像。用QQ 截圖軟件將完成的x-t圖截取并粘貼至幾何畫板中，點(diǎn)擊幾何畫板的“繪圖”—“繪制新函數(shù)”，在彈出的“新建函數(shù)”對(duì)話框中點(diǎn)擊“函數(shù)”并選擇“sin”填寫參數(shù)，如圖5所示，然后點(diǎn)擊確定，調(diào)整三角函數(shù)圖像的位置及“ω”及“A”參數(shù)，其與x-t圖幾乎重合，黑色實(shí)線為新建三角函數(shù)曲線。這說明單擺小球運(yùn)動(dòng)的x-t圖可以近似認(rèn)為是一個(gè)正弦函數(shù)圖像，該單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)束語

利用多媒體技術(shù)從圖像獲取到x-t圖是正弦曲線的驗(yàn)證一蹴而就，在教師熟練操作后，整個(gè)過程只要幾分鐘時(shí)間，具有成本低、小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間和位置同時(shí)采集等優(yōu)點(diǎn)，可以讓學(xué)生對(duì)單擺是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)有直觀的感受。物理學(xué)研究的結(jié)論可能被學(xué)生忘記，但物理學(xué)研究的思想和方法，研究的態(tài)度一定能夠長(zhǎng)久地支持學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活和工作[2]。利用現(xiàn)代教育技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)得到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，提高了課堂的完整性，何樂而不為呢！

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社教材編寫組.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理（選修3-1）[M].北京：人民教育出版社，2010.

[2]吳俊杰.用攝像頭和頻閃截頻技術(shù)研究單板運(yùn)動(dòng)[J].物理教師，2006，27（10）：37-38.endprint