《基于手机传感器的物理实验》-理学论文，物理论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于手机传感器的物理实验

范文

付静丁彦龙袁世明曹怡姜俊江

摘? ?要：随着智能手机的普及，智能手机传感器在物理实验教学中的应用越来越广泛。文章用智能手机加速度传感器测物体做自由落体运动的加速度。传统频闪照片实验在高中实际教学过程中可操作性不强，学生参与度低。而手机加速度传感器可以小组合作实验的形式让学生初步了解手机传感器的功能，并在实验过程中感受自由落体运动的特点，操作强，更直观，体现了核心素养对高中物理教学的基本要求。

关键词：智能手机;加速度传感器;实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2019）12-0043-2

1? ? 引? 言

物理学是一门以实验为基础的科学，实验探究是高中物理核心素养的重要组成部分，高中物理中很多概念的建立、规律的探索与应用都与实验探究密不可分[1]。

随着智能手机和移动互联技术的快速发展，手机传感器、手机APP作为新兴技术，开拓了物理实验教学的新思路。一些难以测量、不便观察、效果不明显的难题得到了很好的解决，同时提升了课堂教学中学生的体验感和创新意识[2]。

《普通高中物理课程标准（2017年版）》增加了“用手机传感器测自由落体加速度”的活动。目的是让学生从手机加速度传感器测出的曲线直观地认识自由落体运动，培养学生的动手操作能力和学生的团队活动精神。本文重点介绍手机加速度传感器的使用方法和小组实验探究过程，为教师的实际教学过程提供参考。

2? ? 智能手机传感器

智能手机有多种传感器，可以检测加速度、光、声、磁场、力等各类非电信号，对周围环境的力、热、声、电、磁等物理量进行从简单到复杂的测量，并转化成电信号，供实验者分析[3]。实验借助加速度传感器软件（Accelerometer），它可以探测三个方向（x，y，z）的加速度随时间的变化关系，软件工作界面如图1所示，实验设置f=10 Hz，本实验加速度的方向沿z方向（图2）。

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图1 加速度传感器软件工作界面? ? 图2手机传感器x，y，z定位方式

3? ? 利用手机加速度传感器开展实验探究

通过演示轻重不同的物体下落快慢一致，得出自由落体运动的基本概念，当排除空气阻力的影响时，物体的自由落体运动与质量无关。

提出问题：自由落体运动具有怎样的规律？

学生猜想：自由落体运动可能是匀变速直线运动。

设计实验，让学生分组实验。

打开加速度传感器（Accelerometer），界面如图1所示，将Refresh rate调节到10 Hz，再点击Settings，将Remove? Gravity开启。

将手机沿图2中的z轴释放，点击Start measuring记录开关，手掌迅速向下运动，让手机脱离手掌而自由下落。平稳地将手机从两米高处由静止释放，用手接住手机。为了防止手机不慎落地而被摔坏，可以在手机正下方放置海绵。点击Start measuring，观察手机屏幕上加速度传感器的图像。从图3（a）可以看出，0.25 s～0.28 s之间，加速度a保持不变，说明自由落体运动是匀加速直线运动，加速度基本接近于1g。0.28 s以后的图像说明手机和海绵接触先做加速度逐渐减小的加速运动，再做加速度逐渐增大的减速运动。在图像上直接反映了加速度的变化过程。

将手机沿图2中的y轴释放，重复上述实验过程，得到的图像如图3（b）所示。从图3（b）可以看出，0.46 s～0.48 s之间，加速度a保持不变，说明自由落体运动是匀加速直线运动，加速度基本接近于1g。0.48 s以后的图像说明手机和海绵接触先做加速度逐渐减小的加速运动，再做加速度逐渐增大的减速运动。在图像上直接反映了加速度的变化过程。

将手机沿图2中的x轴释放，重复上述过程得到的图像如图3（c）所示。从图3（c）可以看出，0.40 s～0.43 s之间，加速度a保持不变，说明自由落体运动是匀加速直线运动，加速度基本接近于1g。0.43 s以后的图像说明手机和海绵接触先做加速度逐渐减小的加速运动，再做加速度逐渐增大的减速运动。在图像上直接反映了加速度的变化过程。

将以上三个实验的数据导出来，如表1所示。通过表1可以看出，沿不同方向测出的加速度值都接近9.8 m/s2。

表1? 沿不同方向的加速度值

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4? ? 结束语

用手机传感器测加速度的实验，沿不同方向做实验，得出的加速度更具有说服力。得到的图像清晰，数据的采集与处理过程锻炼了学生分析问题、提取数据的能力。除了智能手机传感器，还有很多应用APP，如根据拍摄物体运动视频，分析物体位置、速度、加速度的软件Video Physics，智能手机物理虚拟实验室，手机制作微课的APP“微课宝”、Course maker等。随着5G技术的实现，智能手机在教学中的应用将会更加广泛，以智能手机为代表的移动终端将会引领教育教学的发展潮流。

参考文献：

[1]丁彦龙，马广平，付静，曹怡. 基于手机加速度傳感器的高中物理实验教学探索[J]. 中学物理， 2019，37（9）：30-32.

[2]刘玲. 如何使用DIS数字化实验系统和APP开发学生实验[J]. 物理教学， 2018，40（9）：29-30.

[3]江敏丽，吴先球.用智能手机探究电梯中的超重与失重现象[J]. 物理通报，2016（12）：108-110.

（栏目编辑? ? 王柏庐）

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