基于Phyphox软件探究电梯运行加速度

李丹丹

摘  要：高中《物理》必修一第一章涉及到的速度与加速度关系，学生刚学习时对于加速度的感知并不能与数据建立联系。借助Phyphox软件通过对电梯运动的数据进行采集与处理，可培养学生认识事物从定性认识到定量研究的科学思维，善于利用工具解决实际问题的能力，从而提高学生科学核心素养。

关键词：电梯运行;Phyphox软件;加速度

1.Phyphox软件介绍

Phyphox是德国亚琛工业大学第二物理研究所基于传感设计开发的物理实验手机软件，Phyphox软件可实现29种内置功能，可用于光学、声学、力学、磁场等实验[错误！未定义书签。]。Phyphox通过访问手机内置的传感器，直接测量相关数据。利用它可以研究、分析一些基本运动，如滚动、弹性碰撞、圆周运动等。

2.测量电梯运行规律

打开Phyphox软件点击“电梯”项目，将手机放置在电梯底面上，切勿人为干扰，使手机与电梯相对静止。笔者选择某师范大学理科第二综合楼的7层电梯，从1楼到7楼进行多次测试。在没有启动电梯前，点击右上方的开始按钮即“三角按钮”之后，启动电梯从1层乘坐到7层;当电梯停止时按下暂停键（相同位置），得到如下运动图像（图1）。

2.1加速度與时间的关系

常识中电梯在运行中经历先加速、再匀速、最后减速直到速度为0的过程。鲜有学生知道加速度随时间如何变化。经多次测量对导出的数据各项物理量求平均值，并对加速度和时间两个物理量进行图像处理（图2）。以上知电梯运行中的加速度变化经历7个阶段，且加速度的正向增加和减少与反向增加和减少的变化时间具有对称性，由此特性便能轻易求出电梯运行最大速度。

2.2加加速度

类比加速度定义，加加速度即为：加速度对时间的变化率，用字母j表示

有些人在乘坐电梯刚启动或者停止时会感受到不舒服或者有眩晕的感觉，其实因为加加速度过大;加速度值变化太快会对人形成冲击力，人对加加速度的忍受有一定范围，对于汽车人可以忍受的最大横向加加速度约为0.4～1.0m·s-3，在铁路设计中，一般采用法向加加速度：

因此由以上的数据分析，对第二理科综合楼的加加速度进行计算：

可以看到笔者所测试的电梯的加加速度在人体所能承受的范围之内。对于这部分内容学生不仅明白了加速度的定义，更会根据类比理解加加速度概念，拓展学生的科学视野，增强学生对物理学习的浓厚兴趣。

2.3电梯运行物理模型

从以上真实的数据图像中，很容易建立起加速度与时间关系的模型，因此速度与时间的关系模型也能轻易得出。

图3中a-t图v-t图的时间一一对应，学生便能清晰地解释v-t图的速度是如何变化的即：0～t1电梯在启动时先做加速度增大的加速直线运动;t1～t2电梯做匀加速直线运动;t2～t3做加速度减小的加速直线运动;t3～t4做匀速直线运动，此时电梯的速度达到最大值;t4～t5做加速度增大的减速直线运动;t5～t6做匀减速直线运动;t6～t7电梯做加速度减小的减速直线运动。

3.教学应用

学生利用Phyphox软件非常方便就可以测出电梯在运动时的各种物理量的一系列数据。通过自己动手处理数据，画出图像，增强学生对一个实际问题的研究能力、对数据的处理能力。更加重要的是，学生能从具体地数据和运动图像中抽象出物体运动模型，明显的提升学生的计算思维，使学生不再局限于课本图像的认识和学习，而是自己经历一个科学探究、体会科学的本质。

参考文献：

[1]郭雪鹏.借助“科学杂志”探究电梯的运行规律[J].物理教师，2017，38（06）：77-79.