利用Phyphox和一次性口罩做蹦极实验

1 引言

2020年3月7日，学校新冠肺炎疫情防控安转值班轮班，在值班的闲暇，微主与安徽池州一中詹善生老师和北京市和平街一中梅晓璇老师利用网络围绕Phyphox在高中物理实验教学中的应用展开了深入的讨论，当时就决定用智能手机做一次蹦极实验，测定一下在蹦极过程中的加速度变化。

实际上，利用弹簧模拟弹性绳，利用智能手机模拟人，利用Phyphox测定人在蹦极过程中的加速度变化是非常容易的。

但是在疫情防控、延期开学的关键时期，你让微主到哪里去找实验用的弹簧呢？

2 实验器材

在和安全值班组陈老师一起排查校园安全隐患的时候，微主看到了值班组人员戴的一次性口罩，这种一次性口罩每隔一段时间就会扔掉，换上新的。

微主下意识地摸了摸自己的口罩，又摸了摸自己的耳朵，顿时有了灵感；因为口罩挂在耳朵上的细绳是有弹性的，里面有橡皮筋。

微主到办公室的垃圾篓里去寻找，果然找到了两个自己先前废弃的一次性口罩，连忙用剪刀把橡皮筋剪下来，与塑料捆扎绳连在一起，就做成一个演示蹦极用的弹性绳。

3 实验搭建

一般而言，做蹦极实验的弹性绳需要悬挂起来，找来找去，看到办公室的门头上有一个金属物件，那就挂这儿吧，毕竟把门打开，实验空间还是比较敞亮的。

为了防止弹性绳断裂导致手机坠毁，微主还在手机的正下方放了一把软椅，用于缓冲。

4 实验过程

将手机举到与门头等高的位置，小心运行Phyphox，并将手机无初速自由释放，在手机做蹦极运动的过程中，就自动记录下每一个瞬间的加速度了。

手机的姿态是长边竖直朝上的，Phyphox的y轴正向与手机的长边向上的方向重合。在实验中选用y轴线性加速度，可以用绝对值表示加速度的大小，可以用正负号表示加速度的方向。

为了重点分析蹦极从释放到最低点过程中的加速度变化，可以对坐标系中的加速度时间图像进行缩放，重点突出蹦极从释放到最低点这一具体过程。

5 数据分析

仔细观察蹦极过程中的加速度变化图像可以发现，蹦极过程分为如下几个阶段：

第一阶段是准备阶段，此阶段手机处于手持静止阶段，加速度为零；由于手持的影响，加速度曲线有些波动。

第二阶段是释放阶段，手在放开手机的过程中，压力从正常值到零需要一个过程，在此过程中手机的加速度由零逐渐增大为10m/s^2。

第三阶段是自由落体阶段，此过程中的加速度为自由落地加速度，方向竖直向下，在图像中显示为负值，数值约为10m/s^2。

第四阶段是加速度方向向下、数值逐渐减小的过程，此过程中弹性绳拉紧，但是拉力小于手机重力，拉力逐渐增大，加速度方向朝下，由10m/s^2逐渐减小为零。

第五阶段是加速度方向向上、数值逐渐增大的过程，此过程中弹性绳拉紧，但是拉力大于手机重力，且拉力逐渐增大，加速度向上由零逐渐增大至最大；在加速度朝上、最大的瞬间，手机到达最低点。

随后手机弹起，周而复始。

6 实验心得

物理是一门实验学科，但是由于应试的原因，老师们很少动手做实验，习惯于在黑板上讲实验，物理实验已经成为了物理课堂上最稀缺的教学资源。而用智能手机做实验，有玩科学的意思在里面，学生以最自由、最放松的心态进行学习，可以随时随地进行开展实验探究，神奇而不神秘。

这个蹦极运动是动力学中常常被引用的物理模型，如果在教室里对学生进行展示，可以先引导学生进行分析，然后用Phyphox进行验证；验证时设置远程访问，实现数据实时投屏，然后根据需要对数据曲线进行缩放截取，对重点过程进行重点分析。

这个实验除了有物理知识点的突破以外，还具有鲜明的教育价值，就是引导师生重新审视智能手机，它不仅仅是一个通讯工具，也不仅仅是一个娱乐工具，更是一个科学探究工具。

| 创客焦作 | 

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