借助数码相机辅助教学研究物体运动

借助数码相机辅助教学研究物体运动

借助数码相机辅助教学研究物体的运动丹阳市第五中学蔡红娟邮编：2123001.理论知识信息技术与中学物理教学的整合,是在中学物理教学过程中,运用计算机这种现代高科技手段作为主要教学媒介所进行的教学活动.它在调动学生学习的积极性、主动性、创造性,提高课堂教学效率等方面都有着传统教学手段无法比拟的优势,对传统的教学观念、教学方法带来了巨大的冲击,它已被公认为是二十一世纪推进中学物理教学改革、实施素质教育的有效途径.利用信息技术辅助物理教学在课堂教学中的优势是传统教学手段所不能比拟的。在多媒体设备未进入课堂之前，很多教师都深刻的体会到：有些物理概念和规律对学生来说确实很抽象，因此对教学增大了难度，学生对这些物理概念和规律在短时间内很难理解，同时教师也感到比较吃力，虽然教师想了很多办法，但教学效果却一般。如简谐运动图象的教学，波的干涉和多普勒效应的教学，一些物理过程进行的太快或太慢问题的教学，一些微观或肉眼看不见的物理过程的教学，电场和磁场里的一些抽象的概念和规律的教学等等。现在，我们有了多媒体设备，这给教师带来了施展教学技能的自由空间。7\n它为信息表现的直观、清晰提供了技术上的保证；为基础物理教学创设了一个虚拟的模拟实验环境，帮助学生认识物理实验过程，培养学生的观察能力和分析解决物理问题的能力；利用信息技术辅助分析手段，对物理现象和物理过程进行有序的物理分析，以揭示物理现象和物理规律的本质，既能够激发学生物理学习的兴趣，帮助学生建立物理模型，让学生更好的观察物理现象，分析思考物理过程，优化课堂教学，更有利于突出重点，突破难点，加大教学容量，拓宽教学“空间”，延长教学“时间”，让教师教得轻松，学生学的愉快，达到教学的最优化境界。2.数码相机的设置与频闪照片的制作相机：NikoncoolLp1x5000（具有超高速连拍功能的相机即可）相机设置：1．（拍摄摸式）按下menu按钮可显示当前设定的菜单，在高亮显示usersetting（用户设定）选项，选择用户设定1，2或32．以设定1用户为例，以后每次拍摄选择用户1，就可以，不需再设置3．设置快门速度和光圈：暴光模式要选择暴光模式：旋转指令拨盘同时按住MODE按钮本次拍摄选择了“S”快门悠闲自动的暴光模式，这样用高快门速度可以凝固动作快门速度选择了“1/500S”（物体自由落体，平抛运动等速度比较快，选择较小的快门速度，物体运动拍摄的比较模糊）4．白平衡设定（WhiteBalance）用户设定1后，用shooting菜单的白平衡，在选项中选择“incandesent（白帜灯）（室内白帜灯下进行拍摄时，可以使用此种设定）5．连拍菜单的设定（Continuous）选择：ultraHs（超高速）项该项功能：按住快门，相机可拍摄一百帧QVGA影品质，3202407\n像素大小的影像。影像品质设定为Normal，可以每秒30帧的速度拍摄影像。相机创建新文件夹，将一系列影像储存在里面，创建的文件夹的名称以“N-”开头，后面跟相机自动指定的三位数字。代替剩余的可拍摄帧数，控制屏和显示屏中曝光计数显示表示拍摄的影像数.拍摄环境要求在高速连拍模式下，曝光时间很短，因此为了得到清晰明亮的闪光照片，拍摄环境要求明亮、光线充足，且拍摄物与背景对比度明显。图像的处理拍摄完成后将照片导入电脑，并选择合适的照片，运用图形处理软件根据要求进行裁剪合成处理，得到理想的频闪照片。3.在物理教学中的具体应用3.1为物理教学提供了新方法观察和思考在物理学习中占用重要地位，人们的认识大多是从观察得来的，现象和理论的矛盾是物理学发展的直接动力。因此物理教学离不开演示或分组实验，但有些实验学生只能看到一些表面现象，实验的本质和物理意义学生很难看透，譬如有些实验变化太快，稍纵即逝，难以用肉眼观察到，给物理规律的获得与理解带来了一定障碍。3.1.1弹簧振子的振动图像图1是自制的弹簧振子的频闪照片。在学习机械振动时，大多数学生很难理解振动图像，老师虽做了演示实验，学生对图像的物理意义仍然难以理解，因为过程太过复杂抽象,但利用频闪照片能很好的解决这个问题。7\n图13.1.2单摆的运动图像图2记录的是单摆的运动，摆球从右侧最高点由静止摆下，从照片可以看出。图2a.7\n摆球在左右两处最高点动能皆为零，而竖直高度相等，则势能相等，故验证了机械能守恒定律。a.从图中可以清楚的看到钢球在一个摆动周期内的运动状况，在平衡位置钢球稀疏，说明在这个位置速度快，在最高位置钢球密集，说明在这个位置速度慢。平时只能从理论上分析摆球在某个位置的速度、加速度、受力情况，如今可以通过照片直观展示各个状态，这对学生的理解是很有益的。b.根据相机每s拍摄一帧的原理可以算出单摆的周期，在处理图片的过程中，为了便于分析，不是将拍摄到的每个小球，处理在照片上，而是每隔一球处理在照片上，也就是说在上面的单摆照片中，其实拍摄到的小球共17个，那么周期应该是。当然在做实验时如果将单摆的摆长测出，则可根据公式验证一下我们根据相机算出的周期。3.1.3快门线在“电视雷达”这节课的教材中，提到电视图像信号是通过电子枪发出的电子束逐行扫描呈现的。但由于视觉暂留，肉眼却不能感觉到这一特点。为了证明这一特点，笔者想到了用数码相机给电视屏幕拍照，在相机快门打开的瞬间，电视屏幕上电子束没有扫到的地方就会在照片中出现暗线，俗称“快门线”。曝光时间越短，“快门线”越粗越明显，曝光时间越长，“快门线”越细越不明显、当曝光时间长于1/20s时，几乎看不到“快门线”了。上课时，向学生展示事先拍好的一组照片，并对他们简要介绍“快门线”的成因，学生就会对教材中的说法表示信服。图3即是拍摄的组图中的其中一张。7\n图33.2为解决一些有争议的物理问题提供了途径在物理教学中，往往因为直接经验或前概念的影响而对物理过程产生错误的理解，而且根深蒂固，仅仅从理论上解释很难让学生信服。3.2.1机械能守恒定律的应用（1）有这样一个问题：长为L的绳子，一端栓一质量为m的小球，另一端固定于O，在O的正下方L/2处有一钉子O’,现将绳子拉至水平位置后由静止释放，求绳子上升的最高高度。对于这个问题，有的同学不假思索地回答：“根据机械能守恒定律，小球能上升到原高度。”实际上，小球在上升到原高度以前，绳子已松弛，球已改做斜抛运动，可以计算出最高点的高度为25L/27。（2）还有一道题：长为L=0.45m的绳子，一端栓一质量为m=0.4kg的小球，另一端固定于O。现将细绳拉直后从偏离水平方向θ=30°的位置由静止释放，求小球运动到最低点时绳子受到的拉力。对于这道题，有的同学也会根据机械能守恒定律，直接求出在最低点的速度。其实小球从静止释放，运动到7\n绳子拉直，这段过程中，小球做自由落体运动。在绳子拉直的一瞬间，绳的拉力突然发生变化时，一般有机械能损失。因此，在绳拉直时小球的速度发生了突变。对于以上两道题中学生所产生的困惑，可通过图5加以辅助理解。图53.2.2最低点是否是平衡位置例如这样一道题：质量均为m的两个物体A、B悬挂在相隔2L的两个滑轮的两边，位于同一高度。现又在绳子中央轻轻挂一质量为m的物体C，则由静止释放C后，C下降的最大距离为什么？CAB解法一：当三根绳子互成120°时系统处于平衡状态，可以算出C下落距离为h=L×cot60°7\n图7解法二：由机械能守恒定律，C减少的势能等于A、B增大的势能，即mgh=2mg[(h2+L2)1/2-L]得h=4L/3究竟哪种解法正确，一般都由老师从理论上说明解法一错而解法二正确。实际上通过做实验去研究这个问题，实际观察到h>L，清晰地显示出物体运动的规律。3.3结束语以上举了一些关于频闪照片在物理教学中运用的实例，当然可开发的实验还有很多，关键是通过这种方法来一切有利用学生学习的方式。运用多媒体教学整合常规教学中不易观察、记录及用语言难于描述的物理现象的教学，并且所述问题的处理方法在实际教学中操作性强，这也是现代教育技术运用于教学的价值所在。7