巧借智能手机创新物理实验

孙成武 刘晓洁

摘 要：“利用日常用品改进实验或开发新实验。实验课程资源不仅限于实验室现有仪器和设备，日常用品、废旧材料也是重要的实验室资源。可利用日常用品和材料替代实验材料，使实验现象更明显、直观，或者利用这些材料创新物理实验开发出低成本、高质量的物理实验”[1]，已成为许多老师的共识。本文介绍了一种利用智能手机等日常用品设计制作“验证多普勒效应”等实验的方法，使用该创新方法可以使实验现象更直观、明显。

关键词：多普勒效应; 智能手机; 物理实验

中图分类号：G633.7          文献标识码：A     文章编号：1006-3315（2021）2-011-001

实验是物理学习的重要环节，是培养学生物理学科核心素养的重要途径和方式。高中物理教学中，无论老师还是学生都重视物理实验。因为物理实验是学生学习物理的重要手段，学生实验更是能让学生亲身参与、体验的学习方式。学生经过实验设计、动手去做、观察记录实验现象和数据、分析总结得出实验结论等环节，可以从多个方面培养学生的物理学科核心素养。随着信息化设备的不断发展，物理实验可利用的资源也愈加丰富。智能手机除了具有传统的通话、短信等基本功能外，还可以像电脑一样安装各种软件，借助智能手机中内置的各种传感器可以使智能手机具有时间测量、录像、录音、大气压测量、磁感应强度测量等多种功能。利用智能手机辅助物理实验教学，不仅能够详细记录实验数据，还能提高物理实验的直观性、可视性、趣味性，使学生拓展实验视野，增强实验探究能力。下面笔者以“验证多普勒效应”等实验为例介绍智能手机在创新物理实验中的应用。

1.用智能手机开发的物理实验

1.1验证多普勒效应

在智能手機1中安装一个乐器调音软件，比如“Tuner T1”，该软件可以采集、分析手机接收到的声音的频率，并实时显示在手机上。在另一部智能手机2中安装“phyphox”软件，用“phyphox”软件的音频发生器功能设置一个频率确定的声音信号，并播放该声音信号。当手机2和手机1相对静止时，可以在手机1中测得采集到的声音信号的频率，当声源手机和信号采集手机相互靠近时，可以观察到手机1接收到的信号频率升高。当声源手机和信号采集手机彼此远离时，可以观察到手机1接收到的信号频率降低。通过该现象，学生可直接定量“验证多普勒效应”。

1.2用智能手机测大气压

打开智能手机中的phyphox软件，找到原始传感器压力（从气压计获得原始数据），点开得到显示大气压强的界面，可直接测出当前的大气压强。

1.3用智能手机测自由落体加速度

打开智能手机的视频拍摄模式，拍摄一段小钢球自由下落过程，得到一段小钢球做自由落体运动影像。将拍摄得到的视频拷入计算机，使用一些带有逐帧播放功能的播放器播放刚才得到的影像。将拍摄所得视频的每一帧图片导出，另存为一张张图片，通过对图片中小球的位置坐标的分析可以得到小球做自由落体运动时各个时刻的位置信息，再查看视频拍摄模式（比如25帧/秒）就可以算出相邻两帧之间的时间间隔，对位置信息分析可以得出小球下落过程的加速度大小。

1.4利用智能手机的计时功能

智能手机都具有秒表功能，相比传统的秒表具有计时准确且便捷的特点，非常适用于教室、没有秒表的场合使用。除了秒表功能之外，计时功能也能方便地帮助我们记录时长。

1.5演示电磁波的屏蔽

将手机放入开口的金属罐内，用另一部手机拨打，能够打通。接着将金属罐的金属盖子盖上，密封紧闭，再拨打该手机时，提示无法拨通，说明了电磁波被密闭的金属罐屏蔽。

2.结语

通过以上几个实验可以发现，智能手机确实可以开发许多物理实验。以上列举的案例只是很小一部分，因为智能手机中内置的传感器种类非常多，各种各样的传感器为我们创新物理实验提供了可能。巧借智能手机创新物理实验的过程也体现了教育装备升级的过程，从过去的传统课堂到今天的信息化辅助教学课堂无不得益于科技的发展。利用各种数字实验系统也让过去许多难以测量或难以控制的实验得以顺利进行，也使许多实验的测量精度大大提升。因此我们在工作中要积极利用智能手机等日常用品开发物理实验，使物理实验对学生科学探究能力的培养效益最大化。

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M]北京：人民教育出版社，2018