手机“慢动作”视频在物理演示实验中的妙用

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  慢动作视频,又叫高速摄影,可以显示肉眼看不见的瞬间动作:如子弹飞出膛时的运动状态;足球射门时的动作过程;还有我们在电视里看到一滴水珠落进水面产生优美的涟漪等等,都是采用高速摄影拍摄的,它能够揭示出人眼难以看到的自然界的现象。物理演示实验中,有的实验转瞬即逝,肉眼无法观察清楚,看不清现象,发现不了规律。现在很多手机都有慢动作的拍摄功能,以240帧每秒的速度拍摄的手机“慢动作”功能,让我们能够方便地拍摄这类稍纵即逝的物理演示实验的现象,并能精确的观察。
  一、用“慢动作”演示只有重力作用下的运动
  研究平抛运动时,做平抛运动的小球运动非常迅速,在平抛运动演示仪前学生很难清楚观察小球的运动状态。在验证平抛运动合运动、水平方向的匀速直线运动分运动与竖直方向自由落体运动的分运动具有等时性时,我们利用慢动作拍摄的演示视频展现给同学们看,三个小球同时释放同时到达同一个位置,让学生有着清晰、准确、深刻的体验。
  二、用“慢动作”分析物理超重失重现象
  1.用“慢动作”演示下蹲过程中的超重失重现象
  同学站在体重计上,做下蹲动作来探究超重和失重现象,然而在实验的时候,下蹲动作快,体重计上示数显示快而且变化复杂,学生难以看清,这时候用“慢动作”拍摄实验过程,让学生能够很惊讶看到体重计指针“来回”的摆动。于是教师引导学生分析指针来回摆动的原因,虽是一个下蹲,但涉及到两个过程,一个向下加速,接着向下减速,因而存在先超重后失重,所以体重计的指针读数先增大并大于自身重力,后减小且小于自身重力,因而指针来回摆动。当蹲下停止后处于静止状态,指针指在学生体重的位置处。我们利用“慢动作”视频,让过程清晰展现,并引导学生分析,使学生对下蹲过程中的既有超重又有失重现象能够深入理解。
  2.用“慢动作”演示装带孔小瓶完全失重时水流状态
  实验演示装水带孔饮料瓶悬空或匀速移动时,均有水从小孔中流出;当把饮料瓶从高处自由落下、饮料瓶竖直上抛或饮料瓶水平抛出,再让学生观察水流的情形。每当讲解到此处,感觉很尴尬,因为很多学生都喊没有看清,的确自由下落或抛出,在空中飞行的时间极短,学生很难观察到现象。此时用“慢动作”拍下空中下落或飞行的过程,水柱神奇的消失了,学生很清晰地观察到了,并且产生了强烈的好奇心,为什么在抛出的过程中,水柱会消失呢?引导学生进一步进行分析。
  三、用“慢动作”演示弹簧模型与绳模型瞬间受力的情景
  学生在学习受力分析时,会遇到弹力,产生弹力物体分为两类:一类是物体形变极不明显,其形变和弹力均在极短时间内可发生突变,可瞬间产生、瞬间消失,如钢丝、细绳和轻杆等这样的物体称为刚性体;另一类是物体的形变明显,其形变和弹力不能发生突变,在极短的时间内其形变和弹力均可认为不变,这样的物体称为弹性体,如弹簧、橡皮条等。对于这两类弹力物体在极短时间内可发生突变或在极短时间内其形变和弹力均可认为不变,这一点学生很难理解,作用的时间极短,实验现象也不明显。我们利用“慢动作”拍摄的演示视频展现给学生们观看,会收到了惊奇的效果。
  引导学生观察视频,会发现弹簧下端小球在释放的极短时间内位置几乎没有变化,细绳下端的小球位置發生了明显的变化,那位于下端的两小球的加速度肯定不一样,为什么不一样呢?由此从受力分析展开思考,学生能够明了下端两小球加速度不一样的原因,是因为细绳弹力在极短时间内可发生突变,而弹簧的弹力在极短时间内是缓慢变化的,在释放的瞬间弹力还没有来得急改变。
  四、用“慢动作”演示惯性
  物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性,惯性是物体本身固有的属性。如何来演示惯性呢?找来一只装满水的气球,然后用针扎破气球,结果气球破了,水溅一地,学生并没有任何发现。于是用手机“慢动作”功能拍摄下来这个过程,当我用“慢动作”播放时,学生们惊叹一声,原来在气球扎破的那一瞬间,水依然保持着气球原来的形状(如下图),晶莹剔透,然后在自身重力的作用下,形状才发生的改变,滴落下来。那惊奇而美丽的一瞬间,让学生清晰认识到惯性是物体本身固有的属性,具有保持物体本身原有的状态特性!
  随着科学技术日新月异,以往在物理教学中难以观察的现象,而今会有新的技术、方式与方法能够解决,我们多多学习、灵活运用,就能够使物理课堂变得更生动有趣,观察更精准。
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