PDF《单摆实验的视频分析教学案例 *》

单摆实验的视频分析教学案例* 郭中华 郑隆举 朱振珲 ( 兰州城市学院电子与信息工程学院 甘肃 兰州

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1 2 ) 摘要: 以单摆实验为例, 利用视频分析软件 T r a c k e r进行数字化实验教学, 提高了实验的教学效果, 为基础物 理实验的数字化分析提供了有益的补充.

关键词: 数字化实验 视频分析 T r a c k e r软件 单摆实验 随着数字化技术在生活中各方面的广泛普及, 如何将自然科学基础知识借助数字化技术应用于基 础教学之中, 提高学习者对信息的接受和分析能力, 以响应社会对人才培养综合素质的要求, 借助数字 化实验平台建设, 探索新型的物理实验教学模式, 就 值得尝试、 研究和探索. 本文借助 T r a c k e r软件分析 单摆实验, 进行数字化实验教学的尝试, 为普通物理 实验的教学提供一种有益的参考. T r a c k e r软件源于美国国家科学基金会( N S F) 资助, 始于

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0 3 年的开源物理项目( O p e nS o u r c e P h y s i c sP r o j e c t , O P S ) , 是其中很重要的一款 开源软件之一. 该软件主要功能是视频分析和建模, 它能 精确地捕获视频中质点的位移时间数据, 并具有简 洁高效的数据分析功能, 建模模拟, 可应用于运动 学、 动力学及光谱分析等的教学与研究[ 1] . 单摆实验是普通物理实验( 力学部分)中最基 础、 最重要的一个实验, 在生活中, 常见的秋千、 钟摆 等实物中都可以抽象出这种物理模型. 传统的力学 实验中, 单摆实验基本有3点要求: (

1 )利用单摆测定当地的重力加速度;

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2 )验证单摆周期与摆长的关系;

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3 )观察单摆周期随摆角的变化情况. 但在传统实验中, 实验者不能直观地观察到摆 球做简谐振动的运动规律, 而且单摆的周期不易测 准, 摆长、 摆角对单摆周期的影响也不能及时得到验 证, 影响实验效果. 力学实验是物理学专业学生首先 接触到的专业实验, 但是低年级学生往往专业知识 储备较少, 计算机基础应用能力不强, 编程语言能力 差, 借助 T r a c k e r软件来分析单摆实验, 不仅可以直 观地得到简谐振动的运动规律, 测量相关物理量, 还 可借助其数据拟合功能, 进一步分析实验中涉及到 的物理现象规律. 在较短的时间内, 经过指导及自学 练习, 学生们就可以了解到物理建模、 研究分析及计 算模拟的整个研究型学习的过程, 这对于科研能力 的训练是十分有益的.

1 单摆实验 一个一端悬挂、 质量忽略不计的轻绳( 长为 L) 连接一个重物( 质量为 m) , 在摆角θ