Video Physics软件在物理实验中的创新应用

张慧

摘 要 发展学生物理学科核心素养，离不开信息技术与物理学习的融合，目前很多APP软件在物理实验中已得到广泛应用，学生通过APP可以更方便快捷并及时有效的分析和解决真实情境中的物理现象、探究自然规律，激发学生对物理学习的主动性和积极性。本文主要介绍了运用Video Physics软件探究平抛运动规律，展示利用信息技术研究物理规律开创了高中物理实验教学的新思路。

关键词 Video Physics 平抛运动 物理实验

在探究平抛运动规律实验中，如何描述平抛物的轨迹是关键，但传统实验方法存在一些不足，如实验设备复杂，数据采集繁琐，误差较大，局限于学校实验室，学生理解不够直观等。而本文运用video physics软件探究平抛运动规律时，采用可视化操作界面，数据采集方便快捷，误差小，而且使得物理实验探究不再只是学校学习的任务，学生可以观察生活中物体运动的规律，这样基于真实情景的物理实验，让学习成为了一种自主性趣味性的科学探究行为。

1 Video Physics软件简介

Video Physics软件操作界面如图1所示，它具有自动化的对象跟踪和视频分析功能，具体原理：首先设定视频画面中某一参照物的实际尺寸作为比例尺，并在画面中建立坐标系，再对研究对象自动或手动添加点到视频帧，那么视频中被研究对象的位置信息就可以记录下来了。接着，软件会将视频按照时间间隔逐帧播放，则每帧画面对应的时间信息也就被记录下来了，有了时间信息和位置信息，便可以定量的探究物体的运动规律了。

2 Video Physics软件应用

高中物理教学中的各种运动例如自由落体、平抛、单摆、圆周运动、简谐运动等，实际生活中的运动例如掷铅球、投篮球、荡秋千、过山车等都可以研究。下面我们将以分析平抛运动为例，介绍Video Physics软件在物理实验中的创新应用。

2.1 实验猜想与设计

通过生活实例引出抛体运动，再引导学生将复杂的曲线运动分解为简单的直线运动，猜想得到抛体运动水平方向和竖直方向的运动情况，最后运用Video Physics软件对猜想进行实验验证，从而分析得出结论。

2.2 实验仪器和步骤

本实验的主要仪器有手机或ipad，小球，刻度尺，平稳的桌面，其中刻度尺用来定标，平稳的桌面保证小球水平抛出。

2.2.1 打开Video Physics软件，点击左上方的“+”，即可现场拍摄或者上传已经拍摄好的小球平抛运动视频;

2.2.2 随后点击“Origin & Scale”，设定坐标系和画面比例尺，此处我们以小球抛出点为坐标原点，竖直向上为Y轴正向，水平向右为X轴正向;同时拖动两个比例尺定位圆使其与选定参照物对齐，本实验选定画面中的门边为参照物，量得选定部分真实长度为0.1m，并在软件对话框中输入该实际尺寸，这就完成了画面比例尺的设定;

2.2.3 点击“Point”，拖动界面中的目标定位圆，使定位圆的中心和需要追踪的小球中心重合，同时调节定位圆左边光标，调节定位圆大小与小球尺寸匹配;

2.2.4 点击软件右下角“Track”便可以自动追踪出小球的运动轨迹;

2.2.5 点击软件右上角数据输出导出小球平抛运动的具体数据。

2.3 数据输出与分析

点击软件右上角数据输出，就可以看到平抛运动的轨迹图X-Y图像，水平位移-时间图X-t图像，竖直位移-时间图Y-t图像，水平速度-时间图Vx-t图像，竖直速度-时间图Vy-t图像。还可以将这些图像连同带有定位点的视频（如图2，3）一起打包生成新的视频。

我们可以将复杂的平抛运动分解为简单的直线运动，观察X-t图像和Vx-t发现平抛运动水平方向近似匀速直线运动，观察Y-t图像和Vy-t图像发现平抛运动竖直方向近似匀加速直线运动，加速度约为重力加速度，则竖直方向近似可以看作自由落体。

2.4 误差分析

通过以上过程我们发现，本实验对拍摄视频质量要求较高，视频拍摄像素越高，轨迹追踪就更加准确，此外参考长度的设定越精确，数据结果越准确等。为了减小误差，拍摄时选用像素较高的设备，同时固定好设备以保证平抛运动整个过程在一个竖直平面内。

3 Video Physics软件特点

Video Physics软件是一款集数据采集、数据处理于一体的可视化实验平台，运用该软件最大的特点就是操作简单，误差较小，理解直观，可以开展课外实验探究，甚至可以用来探究一些目前在实验室很难进行的科学研究，比如很多真实的生活情景。将该软件在物理教学中加以合理应用的话，不仅大大激发学生学习乐趣，还培养促进了学生思考的能力，勇于探究科学真理的精神，充分利用现代信息技术助力学生物理学科核心素养的培养。

4 总结

物理实验在物理教学中具有重要的作用，加深学生对物理知识的理解，还可以培养学生积极正面的科学态度与科学品质，因此物理实验成为培养学生良好的科学素质的重要途径之一，而信息技术在物理实验中的创新应用，有助于学生提炼和升华物理概念物理规律，培养创造性的科学思维，促进科学探究的能力，形成科学态度与责任。

结合信息技术，学生会更加主动感受到物理源于生活并用于生活，在进行物理实验时就仿佛置身于生活，在生活中就仿佛在物理现象之中，见到现象就分析，这样掌握的知识更深刻，知识应用才会更灵活准确。不论是当下还是将来当遇到生活小问题时，能够利用物理切实的解决生活中的实际问题。

参考文献

[ 1 ] 周勇，郑丹.运用智能手机探究物体的运动规律[J].物理教学，2019.41.

[ 2 ] 赵露，王林.探究平抛运动规律的实验设计[J].实验教学，2016.21.

上海市奉賢区景秀高级中学 201412