張慧

摘 要 發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，離不開信息技術(shù)與物理學(xué)習(xí)的融合，目前很多APP軟件在物理實(shí)驗(yàn)中已得到廣泛應(yīng)用，學(xué)生通過APP可以更方便快捷并及時(shí)有效的分析和解決真實(shí)情境中的物理現(xiàn)象、探究自然規(guī)律，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的主動性和積極性。本文主要介紹了運(yùn)用Video Physics軟件探究平拋運(yùn)動規(guī)律，展示利用信息技術(shù)研究物理規(guī)律開創(chuàng)了高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路。

關(guān)鍵詞 Video Physics 平拋運(yùn)動 物理實(shí)驗(yàn)

在探究平拋運(yùn)動規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，如何描述平拋物的軌跡是關(guān)鍵，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法存在一些不足，如實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集繁瑣，誤差較大，局限于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生理解不夠直觀等。而本文運(yùn)用video physics軟件探究平拋運(yùn)動規(guī)律時(shí)，采用可視化操作界面，數(shù)據(jù)采集方便快捷，誤差小，而且使得物理實(shí)驗(yàn)探究不再只是學(xué)校學(xué)習(xí)的任務(wù)，學(xué)生可以觀察生活中物體運(yùn)動的規(guī)律，這樣基于真實(shí)情景的物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)習(xí)成為了一種自主性趣味性的科學(xué)探究行為。

1 Video Physics軟件簡介

Video Physics軟件操作界面如圖1所示，它具有自動化的對象跟蹤和視頻分析功能，具體原理：首先設(shè)定視頻畫面中某一參照物的實(shí)際尺寸作為比例尺，并在畫面中建立坐標(biāo)系，再對研究對象自動或手動添加點(diǎn)到視頻幀，那么視頻中被研究對象的位置信息就可以記錄下來了。接著，軟件會將視頻按照時(shí)間間隔逐幀播放，則每幀畫面對應(yīng)的時(shí)間信息也就被記錄下來了，有了時(shí)間信息和位置信息，便可以定量的探究物體的運(yùn)動規(guī)律了。

2 Video Physics軟件應(yīng)用

高中物理教學(xué)中的各種運(yùn)動例如自由落體、平拋、單擺、圓周運(yùn)動、簡諧運(yùn)動等，實(shí)際生活中的運(yùn)動例如擲鉛球、投籃球、蕩秋千、過山車等都可以研究。下面我們將以分析平拋運(yùn)動為例，介紹Video Physics軟件在物理實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新應(yīng)用。

2.1 實(shí)驗(yàn)猜想與設(shè)計(jì)

通過生活實(shí)例引出拋體運(yùn)動，再引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜的曲線運(yùn)動分解為簡單的直線運(yùn)動，猜想得到拋體運(yùn)動水平方向和豎直方向的運(yùn)動情況，最后運(yùn)用Video Physics軟件對猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而分析得出結(jié)論。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和步驟

本實(shí)驗(yàn)的主要儀器有手機(jī)或ipad，小球，刻度尺，平穩(wěn)的桌面，其中刻度尺用來定標(biāo)，平穩(wěn)的桌面保證小球水平拋出。

2.2.1 打開Video Physics軟件，點(diǎn)擊左上方的“+”，即可現(xiàn)場拍攝或者上傳已經(jīng)拍攝好的小球平拋運(yùn)動視頻;

2.2.2 隨后點(diǎn)擊“Origin & Scale”，設(shè)定坐標(biāo)系和畫面比例尺，此處我們以小球拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，豎直向上為Y軸正向，水平向右為X軸正向;同時(shí)拖動兩個(gè)比例尺定位圓使其與選定參照物對齊，本實(shí)驗(yàn)選定畫面中的門邊為參照物，量得選定部分真實(shí)長度為0.1m，并在軟件對話框中輸入該實(shí)際尺寸，這就完成了畫面比例尺的設(shè)定;

2.2.3 點(diǎn)擊“Point”，拖動界面中的目標(biāo)定位圓，使定位圓的中心和需要追蹤的小球中心重合，同時(shí)調(diào)節(jié)定位圓左邊光標(biāo)，調(diào)節(jié)定位圓大小與小球尺寸匹配;

2.2.4 點(diǎn)擊軟件右下角“Track”便可以自動追蹤出小球的運(yùn)動軌跡;

2.2.5 點(diǎn)擊軟件右上角數(shù)據(jù)輸出導(dǎo)出小球平拋運(yùn)動的具體數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)輸出與分析

點(diǎn)擊軟件右上角數(shù)據(jù)輸出，就可以看到平拋運(yùn)動的軌跡圖X-Y圖像，水平位移-時(shí)間圖X-t圖像，豎直位移-時(shí)間圖Y-t圖像，水平速度-時(shí)間圖Vx-t圖像，豎直速度-時(shí)間圖Vy-t圖像。還可以將這些圖像連同帶有定位點(diǎn)的視頻（如圖2，3）一起打包生成新的視頻。

我們可以將復(fù)雜的平拋運(yùn)動分解為簡單的直線運(yùn)動，觀察X-t圖像和Vx-t發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動水平方向近似勻速直線運(yùn)動，觀察Y-t圖像和Vy-t圖像發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動豎直方向近似勻加速直線運(yùn)動，加速度約為重力加速度，則豎直方向近似可以看作自由落體。

2.4 誤差分析

通過以上過程我們發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)對拍攝視頻質(zhì)量要求較高，視頻拍攝像素越高，軌跡追蹤就更加準(zhǔn)確，此外參考長度的設(shè)定越精確，數(shù)據(jù)結(jié)果越準(zhǔn)確等。為了減小誤差，拍攝時(shí)選用像素較高的設(shè)備，同時(shí)固定好設(shè)備以保證平拋運(yùn)動整個(gè)過程在一個(gè)豎直平面內(nèi)。

3 Video Physics軟件特點(diǎn)

Video Physics軟件是一款集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理于一體的可視化實(shí)驗(yàn)平臺，運(yùn)用該軟件最大的特點(diǎn)就是操作簡單，誤差較小，理解直觀，可以開展課外實(shí)驗(yàn)探究，甚至可以用來探究一些目前在實(shí)驗(yàn)室很難進(jìn)行的科學(xué)研究，比如很多真實(shí)的生活情景。將該軟件在物理教學(xué)中加以合理應(yīng)用的話，不僅大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)樂趣，還培養(yǎng)促進(jìn)了學(xué)生思考的能力，勇于探究科學(xué)真理的精神，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)助力學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4 總結(jié)

物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有重要的作用，加深學(xué)生對物理知識的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生積極正面的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)品質(zhì)，因此物理實(shí)驗(yàn)成為培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素質(zhì)的重要途徑之一，而信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新應(yīng)用，有助于學(xué)生提煉和升華物理概念物理規(guī)律，培養(yǎng)創(chuàng)造性的科學(xué)思維，促進(jìn)科學(xué)探究的能力，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

結(jié)合信息技術(shù)，學(xué)生會更加主動感受到物理源于生活并用于生活，在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)就仿佛置身于生活，在生活中就仿佛在物理現(xiàn)象之中，見到現(xiàn)象就分析，這樣掌握的知識更深刻，知識應(yīng)用才會更靈活準(zhǔn)確。不論是當(dāng)下還是將來當(dāng)遇到生活小問題時(shí)，能夠利用物理切實(shí)的解決生活中的實(shí)際問題。

參考文獻(xiàn)

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上海市奉賢區(qū)景秀高級中學(xué) 201412