浅谈摄像头在两个演示实验中的重要应用

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物理是一门以实验为基础的学科，中学物理中的许多概念和规律，都是在观察生活与实验的基础上总结出来的.因此，物理教师需要准备不同类型的演示实验以达到创设物理情境的目的，让学生置身于这个物理情境，通过形象直观的实验现象，引导学生的大脑和感觉器官并用获得生动的感性认识，并且最终能够理解并建立正确的物理概念或形成物理规律.教师在演示实验时，由于实验条件、场地的限制，有时很难将实验现象及过程很好地展示在学生面前，肯定会有学生由于实验现象不易观察而游离于课堂情境之外，达不到预期的教学效果.所以如何让全部学生都获得相同且直观可信的实验现象，是需要我们教师思考的.下面我就结合本人在教学中的实践，谈谈摄像头在两个演示实验中的重要应用.

在“用牛顿运动定律解决问题（二）――超重失重”这一节的教学中，很多老师都会选择将弹簧测力计和砝码发给学生，期望通过学生亲自动手实验独立总结出超重失重的概念.可是学生在独立实验中手提砝码运动时，弹簧测力计示数变化过快，很多学生并没有很明确的观察到示数改变.砝码向上先加速后减速，运动过程时间短，弹簧测力计示数先变大后变小，学生即便观察到了示数的变化，也不容易与相应的运动过程匹配上，从而很难获得正确的超重失重概念.有些教师会再演示一遍，让加速运动或者减速运动过程变长，延长弹簧测力计示数可观察的时间，这样也只能够让一部分离教师比较近的学生观察到实验现象.那么如何让全部学生都获得相同而直观可信的实验现象呢？可以自行制作一个超重失重演示仪.

超重失重演示仪是在由晾衣架和两个滑轮组成的骨架上，左侧挂弹簧测力计和砝码，右侧挂一重物（如图1、图2所示）.为了便于所有学生观察到实验现象，左侧不是简单的将弹簧测力计和砝码直接挂上，而是找一方形透明塑料板，在塑料板一侧适当位置开两个孔，把摄像头用绳固定在孔前，塑料板另一侧用胶将一个弹簧测力计侧放粘上（如图3所示）.

弹簧测力计侧放方向及位置刚好可以使摄像头拍摄并显示弹簧测力计的示数，弹簧测力计的下方挂一适当砝码.然后在塑料板上方适当位置开孔，让其重心为开孔竖直正下方，以保证把这个塑料板挂到骨架左侧时，整个塑料板装置可以在竖直方向上上下运动.当右侧重物质量等于左侧塑料板装置质量时，两侧静止，弹簧测力计示数为砝码重力.当右侧重物质量大于左侧塑料板装置质量时，教师把重物一松手，学生就可以观察到塑料板装置整体加速向上运动.同时，通过投影在黑板上的摄像头所捕捉的弹簧测力计示数（如图4所示），很容易的就可以让全体学生获得相同的实时实验数据，建立相同的形象直观的认识，集中了同学们的注意力，调动了他们的学习积极性，在愉快的情境里，充分发挥他们的分析能力，最终把实验获得的感性认识归纳、综合为超重这一物理概念，完成认识过程的飞跃.当右侧重物质量小于左侧塑料板装置时，可以让学生观察并总结出失重这一概念；当右侧不挂重物时，让弹簧测力计和砝码自由下落，可以观察并得到完全失重的概念（如图5所示）.

自制超重失重演示仪有很多优点.重物的运用比起手提使弹簧测力计运动更稳定，示数更可信.晾衣架的使用延长了加速过程的时间，使示数显示的时间更长，便于学生观察.而摄像头的使用可以让全体学生获得相同的感官体验，为理解物理知识提供了可靠可信的事实依据，使单调枯燥的学习变得生动、有趣了.在演示实验中，也培养了学生的观察能力、整合能力、理解和表达能力.

摄像头作为一种即时的可视设备，在很多演示实验里都可以发挥巨大的作用.在“带电粒子在匀强磁场中的运动”一节的教学中，教师一定会利用洛伦兹力演示仪演示带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.如果直接在讲台演示，肯定会有一些同学观察不到明显的实验现象，所以有些老师会利用ppt在黑板打出之前做好的实验图片让学生观察，这样做能够让同学们获得一致的实验结论，可是实验结论的可信度就会大打折扣，利用摄像头就可以解决这一问题.在洛伦兹力演示仪的不同位置上可以安装三个摄像头：一个在玻璃泡的左侧，可以实时显示带电粒子运动轨迹的侧面图；一个在玻璃泡的正前方，可以显示带电粒子运动轨迹的正面图；最后一个在加速电压和励磁电流表盘的正上方，可以实时显示表盘内示数的改变.通过投影在黑板上的摄像头所捕捉的画面（如图6所示），就可以让学生获得多角度全方位真实可信的实验现象，最终总结获得带电粒子在匀强磁场中到底做什么运动这一教学重点.

新课标旨在让学生感受物理知识探究过程走科学家探索之路.利用摄像头结合计算机、投影仪这些设备就可以克服真实物理实验中现象不明显、过程不清楚的缺点，让学生获得相同的直观实验现象，在实验所得真实可靠结论的基础上加以推理，才能达到预期的教学效果.