Video Physics軟件在物理實驗中的創(chuàng)新應用

張慧

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

關鍵詞 Video Physics 平拋運動 物理實驗

在探究平拋運動規(guī)律實驗中，如何描述平拋物的軌跡是關鍵，但傳統(tǒng)實驗方法存在一些不足，如實驗設備復雜，數(shù)據(jù)采集繁瑣，誤差較大，局限于學校實驗室，學生理解不夠直觀等。而本文運用video physics軟件探究平拋運動規(guī)律時，采用可視化操作界面，數(shù)據(jù)采集方便快捷，誤差小，而且使得物理實驗探究不再只是學校學習的任務，學生可以觀察生活中物體運動的規(guī)律，這樣基于真實情景的物理實驗，讓學習成為了一種自主性趣味性的科學探究行為。

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：首先設定視頻畫面中某一參照物的實際尺寸作為比例尺，并在畫面中建立坐標系，再對研究對象自動或手動添加點到視頻幀，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間間隔逐幀播放，則每幀畫面對應的時間信息也就被記錄下來了，有了時間信息和位置信息，便可以定量的探究物體的運動規(guī)律了。

2 Video Physics軟件應用

高中物理教學中的各種運動例如自由落體、平拋、單擺、圓周運動、簡諧運動等，實際生活中的運動例如擲鉛球、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動為例，介紹Video Physics軟件在物理實驗中的創(chuàng)新應用。

2.1 實驗猜想與設計

通過生活實例引出拋體運動，再引導學生將復雜的曲線運動分解為簡單的直線運動，猜想得到拋體運動水平方向和豎直方向的運動情況，最后運用Video Physics軟件對猜想進行實驗驗證，從而分析得出結論。

2.2 實驗儀器和步驟

本實驗的主要儀器有手機或ipad，小球，刻度尺，平穩(wěn)的桌面，其中刻度尺用來定標，平穩(wěn)的桌面保證小球水平拋出。

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

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

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

2.2.4 點擊軟件右下角“Track”便可以自動追蹤出小球的運動軌跡;

2.2.5 點擊軟件右上角數(shù)據(jù)輸出導出小球平拋運動的具體數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)輸出與分析

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

我們可以將復雜的平拋運動分解為簡單的直線運動，觀察X-t圖像和Vx-t發(fā)現(xiàn)平拋運動水平方向近似勻速直線運動，觀察Y-t圖像和Vy-t圖像發(fā)現(xiàn)平拋運動豎直方向近似勻加速直線運動，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)，本實驗對拍攝視頻質(zhì)量要求較高，視頻拍攝像素越高，軌跡追蹤就更加準確，此外參考長度的設定越精確，數(shù)據(jù)結果越準確等。為了減小誤差，拍攝時選用像素較高的設備，同時固定好設備以保證平拋運動整個過程在一個豎直平面內(nèi)。

3 Video Physics軟件特點

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驗平臺，運用該軟件最大的特點就是操作簡單，誤差較小，理解直觀，可以開展課外實驗探究，甚至可以用來探究一些目前在實驗室很難進行的科學研究，比如很多真實的生活情景。將該軟件在物理教學中加以合理應用的話，不僅大大激發(fā)學生學習樂趣，還培養(yǎng)促進了學生思考的能力，勇于探究科學真理的精神，充分利用現(xiàn)代信息技術助力學生物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4 總結

物理實驗在物理教學中具有重要的作用，加深學生對物理知識的理解，還可以培養(yǎng)學生積極正面的科學態(tài)度與科學品質(zhì)，因此物理實驗成為培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)的重要途徑之一，而信息技術在物理實驗中的創(chuàng)新應用，有助于學生提煉和升華物理概念物理規(guī)律，培養(yǎng)創(chuàng)造性的科學思維，促進科學探究的能力，形成科學態(tài)度與責任。

結合信息技術，學生會更加主動感受到物理源于生活并用于生活，在進行物理實驗時就仿佛置身于生活，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，知識應用才會更靈活準確。不論是當下還是將來當遇到生活小問題時，能夠利用物理切實的解決生活中的實際問題。

參考文獻

[ 1 ] 周勇，鄭丹.運用智能手機探究物體的運動規(guī)律[J].物理教學，2019.41.

[ 2 ] 趙露，王林.探究平拋運動規(guī)律的實驗設計[J].實驗教學，2016.21.

上海市奉賢區(qū)景秀高級中學 201412