巧用媒体技术研究抛体运动

姜胜民

(哈尔滨市第九中学 黑龙江 哈尔滨 150040)

笔者在经过一段时间的尝试之后，运用媒体技术再现了抛体运动的频闪过程.现介绍如下.

1 实验器材的准备与组装

J-2154型平

图1 组装好的仪器

抛运动实验器,40 cm见方的坐标纸(最小刻度1 mm)

1张,摄像机,100 W白炽灯1只,剪出圆形的小纸贴8片.

将J-2154型平抛运动实验器调整为竖直，斜槽末端水平，将坐标纸平整的帖上，记好坐标原点，过原点画出x,y轴，将白炽灯固定于顶部.组装好的仪器如图1所示.

2 实验操作

图2 “频闪照片”

本实验随堂进行.将组装好的仪器平放在讲台上，先打开白炽灯增强光照，这样成像清晰,没有拖尾现象.小球由斜槽上释放做平抛运动，用摄像机拍摄小球运动的影像，保存为avi或mpeg格式.将影像导入电脑，用软件播放，并投影到大屏幕上.坐标纸的高度约为40 cm，小球运动的时间不超过0.3 s，瞬间落地，学生看不清运动轨迹.所以,笔者采用逐帧播放的方式来显示小球的瞬时位置.能逐帧播放的软件很多，如会声会影，Premiere,QuickTime,Kmplayer,VirtualDub(推荐使用，小巧方便，功能强大).取小球离开斜槽时为第一帧，用圆形纸贴贴在大屏幕上标记出小球的位置，这就是小球平抛运动的第一个“像”.点击鼠标到下一帧，用纸帖再次标记位置，依次类推，在大屏幕上共有7个“像”.这样就形成了平抛运动的频闪照片，如图2所示.

3 数据处理

摄像机每秒拍摄25帧，所以,屏幕上两个“像”的时间间隔为0.04 s.让学生读出屏幕上像的位置坐标，列表格进行分析.很明显,水平方向两“像”间的距离接近相等，是匀速直线运动，由水平距离除以时间得出初速度;而竖直方向，二者间的距离越来越大，对其作差，发现接近为一常量，所以,小球做匀加速直线运动.接下来学生由逐差法计算出加速度约为10 m/s2，竖直方向明确为自由落体运动.表1为笔者用Excel对数据进行的分析.

表1 平抛运动数据分析

至此实验结束.学生对实验得出的规律十分信服.用同样的方法还可制作自由落体运动、竖直上抛运动和斜抛运动的频闪照片.

4 对实验的一些说明

在J-2154型平抛运动实验器上平整地贴好坐标纸，目的是可以方便、准确地读出小球不同时刻运动位置的坐标值.在屏幕上放映时，可以随意调整播放窗口的大小，坐标纸会同步变化，免去了实际尺寸与播放尺寸按比例换算的麻烦.

摄像机要与仪器正对，且保持最近的距离拍摄，以便坐标纸清晰可见.在光照强度不够时，录制的影像会有拖尾或双球现象，此时不必重录.每次都取“像”的前端(或后端)定标即可.

上面提到的播放软件较多，如果读者不是很熟悉，推荐大家使用视频剪辑软件VirtualDub.从网上下载，无需安装.打开软件，导入抛体运动的影像，调整窗口大小合适.点击下面按钮即可逐帧播放，同时在下面还会显示帧数及时间,如图3所示.

图3 软件截图

笔者所使用的小球直径是1.80 cm.由于影像清晰度的原因，小球的位置坐标读到mm即可.数据可用软件Excel进行计算，如表1，在表格中第3,5,6,7列事先插入相应函数公式，现场将位置坐标输入第2,4列，结果马上呈现出来，快捷准确.哈尔滨的重力加速度为9.806 65 m/s2，表1中数据算得的重力加速度为9.72 m/s2，相对误差为0.88%，精度很高.

用这种实验方案，从拍摄到播放到学生计算得出规律共计15 min.简单直观、科学严谨.再结合理论分析，学生从感性认识上升到理性认识，会对抛体运动有准确、深刻的理解.