1、    手機傳感器在向心加速度教學中的應用    楊潤蓮 葉子萱 龔杰 吳彬垚 龔曉波 陳曉莉【摘 要】利用智能手機中的傳感器技術，借助傳感器套件phyphox軟件中加速度與陀螺儀傳感器功能，分別測出加速度和角速度的大小。通過計算機處理數據，定量地得出向心加速度的大小公式，從而加深學生對公式的理解與記憶。本文主要介紹了phyphox 軟件的安裝與功能、實驗過程與實驗結果。【關鍵詞】手機傳感器;phyphox 軟件;向心加速度;應用g633.7  a  1671-8437（2020）04-0244-021   引言做勻速圓周運

2、動的物體速度大小不變但方向時刻改變，稱之為向心加速度。2019年新版高中物理人教版教材先學習向心力，再學習向心加速度。向心加速度的大小根據牛頓第二定律由向心力大小公式得出，在后面的拓展學習中，再運用運動學方法結合數學中極限、微分等推導得出向心加速度的計算公式，但是向心力的大小只是在定性實驗探究基礎上得出的1。由此可見，如何得出向心加速度定量公式是值得廣大教師思考的。目前，越來越多的老師嘗試在物理課堂上使用智能手機幫助物理教學，如：文獻2使用手機拍照、錄像功能，為學生展示物理現象，增強課堂的趣味性;文獻3使用手機作為光源或接收源，向學生展示光學現象;文獻4利用手機上物理實驗室程序，開展虛擬仿真實

3、驗，等。隨著智能手機的功能被不斷開發，智能手機輔助教學將逐漸成為一種流行的教學方式。本文利用智能手機中的傳感器技術，使用加速度與陀螺儀傳感器分別測量出加速度和角速度的大小，從而定量地得出向心加速度的大小公式。2   傳感器套件phyphox 軟件下載及功能簡介2.1  下載軟件打開智能手機“應用市場”軟件或百度、谷歌瀏覽器，搜索關鍵字“傳感器”或“sensor”，選擇傳感器套件 phyphox 軟件下載并安裝。2.2  功能簡介打開phyphox軟件，該軟件為我們提供6大類29個分類實驗，包括基礎傳感器（raw sensors）、聲學（acoustics）、日常生

4、活（everyday life）、機械類（mechanics）、計時（timers）、工具（tools）部分。在基礎傳感器當中，軟件為我們提供了加速度數據的兩種表示方式，即有重力加速度與無重力加速度的情況，根據實驗要求選擇不同類型，以排除重力加速度對實驗測量的影響，如圖1所示。實驗得到的數據，可利用分享功能保存到手機上或者傳輸到電腦上，進行數據處理，方法如圖2所示。陀螺儀功能，可以測量手機轉動的角速度，absolute 值表示各方向角速度的矢量和，如圖3所示。陀螺儀的角速度數據，可以在高中物理圓周運動相關實驗中使用。利用phyphox軟件上述功能，可以為學生演示許多物理實驗，為學生展示生活中的

5、物理，使學生體會到物理學帶給生活的改變。3   手機傳感器在高中物理向心加速度教學中的應用3.1   實驗目的探究做勻速圓周運動的物體加速度與角速度、半徑的關系。3.2   實驗器材安裝phyphox軟件智能手機一部、電腦一臺、轉盤一個。3.3   實驗步驟在實驗中，保持半徑r不變，通過測量加速度與角速度大小，確定與的定量關系;再改變半徑r大小，重復實驗，確定與r的定量關系。（1）打開手機，選擇phyphox軟件，點擊 centripetal acceleration功能，將手機固定在轉盤上;（2）測量此時手機固定點到轉盤圓心的距離，并記錄數據;（3）點

6、擊運行后以不同轉速充分轉動轉盤，使手機記錄足夠的數據;（4）停止轉動并關閉運行，將實驗曲線截圖保存，后續用電腦處理;（5）更換手機固定點，即改變半徑r再次進行實驗;（6）處理實驗數據。3.4   實驗數據記錄與處理（1）手機到轉盤圓心的距離r1=0.2m，旋轉轉盤至自動停止后，得到數據如圖4左所示，縮短手機到轉盤圓心的距離r2=0.1m，得到數據如圖4右所示。（2）軟件自動為我們自動繪制2幅圖像，圖5所示為r2=0.1m時的2幅圖像，其中上圖表示角速度與向心加速度的關系，下圖表示角速度2與向心加速度的關系。（3）將實驗的兩組數據導入電腦，繪制角速度2與向心加速度的圖像至同一圖像中，同

7、時為實驗數據添加趨勢線，并顯示公式，如圖6所示。3.5  實驗分析與結論通過上述圖像，可以得出：當半徑r相同時向心加速度與角速度2存在線性關系，即向心加速度正比于角速度2，即2。當角速度相同時，半徑越大，物體運動的向心加速度越大。圖像中斜率表示向心加速度與角速度2的比值，由圖像擬合的直線方程可得，當手機以半徑r1=0.2m做圓周運動時，比值為0.1941，當手機以半徑r2=0.1m做圓周運動時，比值為0.1076。測得的半徑大小與實際半徑大小的百分誤差分別為2.95%和7.06%，兩組數據均在實驗誤差之內，由此可以判斷，當運動角速度一定時，向心加速度與物體做圓周運動的半徑r成正比，即

8、r。結合以上結論，可得加速度與角速度、半徑r之間的關系：=2r。4   結束語隨著科技的不斷發展，智能手機的功能也會越來越強大，在今后的教學中，科技產品輔助教學的可行性將會越來越高，虛擬現實（vr）等技術很有可能在今后的物理教學中扮演越來越重要的角色，教師要跟隨時代潮流，將理論運用于實踐，發揮智能手機的教育價值。【參考文獻】1毛明駿，陳增宇，黃宏銳，等.基于手機傳感器的中學物理實驗設計j.教育現代化，2019（20）.2張丹彤.讓智能手機成為中學物理實驗教學的好幫手j.物理教師，2014（11）.3林春丹，葛運通，成君寶，張晶晶，張萬松.巧用智能手機做偏振光實驗和超重失重實驗j.物理實驗，2017（9）.4孫少輝.智能手機在中學物理教學中的運用j.物理之友，20