摄像头在物理实验中的妙用

郭钦财

(珠海市第八中学,广东珠海 519000)

1 引言

演示实验能够培养学生学习物理的兴趣,激发学生的求知欲望,但是中学物理实验中有些演示实验的可视性较差,如果作为学生实验又会影响正常的教学进度,如九年级中的力的作用效果,该实验需要以俯视的角度来观察,这样可以更好的观察,但是由于条件的限制,一般情况下只能够前面的几个学生观察到,达不到全部学生自主观察实验的目的.而利用实物投影仪,本身实验仪器比较笨重,在演示过程中很不方便,所以有一部分教师贪图方便,演示实验应付了事,因此摄像头在这方面的一些优点就显示出来了.

摄像头是一种利用光电技术采集影像的数字视频输入设备.它配合个人电脑,可以把外界的动态影像输入到电脑上,并通过投影设备把影像投射到屏幕上.摄像头的作用类同人的眼睛,负责接受外界的影像信息进行传输.

摄像头具有如下特点:(1)体积小.现在一般的摄像头都可以达到拇指大小,携带起来非常方便;(2)分辨率高.摄像头的像素130万,可以拍摄到较清晰的影像;(3)动态好.帧频最大可达30帧/秒,可以观察到比较流畅的画面;(4)焦距短.拍摄距离可以从2 cm到无穷远,并可以手动调焦;(5)使用方便.把摄像头连线插到电脑的USB接口上,配合多媒体就可以正常使用;(6)价格便宜.一般在30～100元之间.

摄像头所具有的这些特点,使得它在物理演示实验中进行广泛应用成为可能,在物理实验中发挥其重要的作用.

2 教学中的应用

(1)改变实验观察角度,提高实验的可视性

案例1.在研究通电直导线的磁场时,直导线竖直放置,小磁针只能在同一水平面上均匀置于导线周围.这个实验要求我们较近距离地俯视观察,对于课堂上大多数学生是很难直接观察到的.但如果我们在小磁针的正上方放置一摄像头,把实验现象投影到屏幕上,那么困难就迎刃而解了.

案例2.在研究力的作用效果,如图1同样以俯视的角度来观察实验效果最为明显.实验的时候可以将摄像头对准斜面,接着调整斜面的高度(为了保证小球的运动方向可以将斜面改成管子),让小球运动的速度不要太快,在没有放磁铁的时候小球的运动轨迹是直线的,为了和放磁铁后的小球轨迹做比较,可以先画出一条直线来表示不受力情况下的运动轨迹,再通过摄像头将实验细节放大到屏幕,解决了原有实验细节上的不足,原来只有少数学生看得清楚,现在投影到大屏幕上面,有助于全班学生观察和分析,增加了学生的感性认识,达到了我们的实验目的.

图1

案例3.同样在研究二力平衡的时候,如果按照传统的实验条件,如图2所示,学生可以观察到二力在同一直线上的情况,但是二力不在同一直线上的情况就比较难观察,如果在上面加上摄像头,力不在同一直线上的情形,学生就可以从大屏幕上观察到小车转动的情况.

图2

(2)实现实验动态分析,突破教学难点

案例1.教师在讲授相对运动时,一般是通过引导学生回忆生活中有关相对运动的感性体验去进行讲解,很少进行演示实验,但是仅仅让学生回忆很难让学生理解参照物这个抽象的概念.现在应用摄像头,可以轻易解决这一难题.

如图3所示,两平板车 A、B放在相隔一定距离又相互平行的导轨上,把一摄像头固定在其中一平板车(设为 A车)上,使摄像头能较好地“看到”B车,实验时可以按这样先后顺序进行:①观察 A静止,B运动时的情况;②观察B静止,A运动时的情况;③观察 A、B同向运动,速度不相等时的情况;④观察 A、B同向运动,速度相等时的情况.学生可清晰地看到实验现象,更好地理解相对运动的知识.

(3)模拟人眼,激发学生兴趣

八年级物理在讲完探究凸透镜成像的规律后,接着讲眼睛和眼镜这一节,教师通常只能通过展示眼睛构造模型及挂图讲解成像原理,而如何利用相应的透镜调节像在患病眼睛中的成像位置这一知识点相对来说比较抽象,可以利用摄像头来模拟“患病的眼睛”,让学生利用所学的知识来给“眼睛”配眼镜,培养学生的创新技能和提高学习物理的兴趣.

图3

为了与患病眼睛的成像效果形成对比,让学生体会到保护眼睛的重要,可以先展示对焦时候的摄像头,模拟正常眼睛看到的清晰景象.接着旋转摄像头前面的焦距调节钮,调整摄像头的焦距,制造出模糊的成像,模拟近视或者远视,再让学生根据所学知识,选择合理的透镜来矫正摄像头的成像效果,也即是矫正“视力”.

3 总结

将摄像头有机地应用在课堂教学中,放大演示实验细节,展示演示实验现象的动态过程,不仅提高了情景的真实性,而且强化了学生的感性认识,培养了学生获取、分析、加工和利用信息的知识和能力,同时也有效地优化了课堂教学,提高了课堂教学目标的达成度.

1 沈蔡林.摄像头和高中物理实验的整合探讨.物理教师,2009(6)

2 徐胜强.巧用普通摄像头做好光学演示实验.物理教学探讨,2009(3).

3 陈泽武.巧用摄像头破解演示实验的难点.物理教学探讨,2007(4)