利用智能手机做物理实验

利用智能手机做物理实验

张洪明

北仑明港高级中学，浙江，宁波 315800

摘要：本文主要介绍了如何将手机屏幕同步到到电脑或者投影仪的具体做法，实现无线同屏。应用手机APP和手机传感器做一些物理实验解决物理教学中遇到的疑难问题。 关键字：无线同屏 物理实验 手机App 实验教学

智能手机的内部都自带了一些传感器，智能手机内部包含一台微型电脑，其功能具有电脑的功能和DIS传感器双重功能。利用手机传感器在课堂上做物理演示实验遇到的最大问题就是可视性问题。由于手机的屏幕比较小，后排的同学就无法观察到手机屏幕上的信息。如果能手机传感器获得数据直接投影到投影仪上面，其应用和推广价值的相当的大。

1 将手机屏幕同步到电脑桌面或投影仪屏幕上的方法

1.1利用智能手机直连台式电脑实现手机屏幕与台式电脑屏幕同步投影 笔者使用的手机是最新的苹果6 pluss ，到网站http://pro.itools.cn/ 下载iTools 3 安装到电脑上。安装好以后点击软件“工具箱”?“设备管理”?“苹果录屏大师”（适用于硬件苹果4S以上，软件IOS5.0以上IOS9.1以下系统）。如果是手机系统更新到IOS9.1到官方qq群288133157下载测试版本“苹果录屏大师Airplay_test_1020”。电脑上安装好后打开软件显示如下图1，此时从手机屏下方向上滑动屏幕显示画面如图2，点激AirPlay显示如图3，打开连接点完成（如果电脑连接没有显示在图1中打开微信或qq扫一扫扫，描二维码扫描系统会自动无线连接）。

图1 图2 图3 图4

还有一种方法是使用iTools 3 软件的“实时桌面”，安装软件 iTools 3后点击软件“工具箱”?“设备管理”?“实时桌面”此时也是同步显示手机屏幕与电脑屏幕，此时电脑桌面显示内容比手机桌面显示内容有短暂的时间延迟，同步显示效果是用 “苹果录屏大师”效果好。如果台式电脑没有无线网络可以淘宝USB无线网卡非常方便，安装好驱动软件后即插即用很方便。

1.2利用无线网络智能手机笔记本电脑实现手机屏幕与电脑屏幕或投影仪同步

要求手机与电脑处于同一个无线网络里面，笔者是使用360随身wifi插到台式电脑上台式电脑联网，手机使用360无线网络。按照1.1操作，然后使用微信或者qq扫一扫，扫描图1中的二维码按照1.1操作以后拔掉数据直连线，此时就可以实现无线同屏。（此时是使用苹果录屏大师Airplay_test_1020）如果要应用“实时桌面”是需要数据线直连。 1.3利用iPazzPort 同屏器实现无线同屏

设备仪器淘宝价格199元自身自带无线网卡，将同屏器插入投影机或电视机的hdmi高清接口处，连接电源（可以插入电视机或者手机充电头）。用遥控器将投影机或者电视机调整到高清频道。进入iphone的手机设置中的WIFI

列表中搜索到5G同屏器并连接上（初始密码12345678）。iso6.0的苹果 图5

系统设备双击home键调整出airplay，iso6.0以上的苹果系统手指向上或向下滑动屏幕调整

出airplay打开镜像按钮。（如果投影仪没有hdmi高清接口可以购买VGA或AV音视频转换器来转换使用）。

2 利用手机自带重力加速度传感器测量物体的加速度

2.1利用加速度计测量三维加速度数值 打开苹果App store下载软件”Sensor Kinetics Pro”安装好后打开界面如右图7,第一行”Accelerometer Sensor”测量三维重力加速度大小。手机坐标系如图6默认xy

为水平面面，x为横向左边为+x方向右边为-x, 图6 图7

向前为-y方向，向后为+y方向，z轴为竖直方向，向上为+z方向,向下为-z方向。可以自动显示出三维的重力加速度数值，下面白色原点可以调节刷新频率。如图7所示，此时软件显示出三角重力加速度的数值。

2.2利用加速度计来研究超重与失重问题

打开软件同2.1中相同找到“Linear Acceleration Sensor”点击右上角图标，我们只研究竖直方向，故将手机竖直放置y轴正方向竖直向下，利用y轴加速度计来测量（为了颜色便于观察选择Y轴红色加速度计，）坐标系定义如2.1中图6，先下蹲，过一小段时间起立，可以得到如图8所显示曲线，红色显示为y轴加速度，向下为y轴正方向。很明显可以看到下蹲过程加速度先为正后为负（即方向先向下后向上，先失重后超重），同理起立过程加速度先负后正（即方向先向上后向下，先超重后失重）。点击”start”开始测量，“stop”停止时间”clear”清楚所有数据，“zoom”可以放大和缩小图像，“Legend”显示出各个颜色所代表的x,y,z轴的加速度。我们可以将手机水平放置，研究手机受到的重力和支持力的大小关系（利用z轴测量加速度），由此引入超重 图8 与失重可以深刻表达出超重失重时的加速度特点，同时研究加速下降，减速下降，加速上升，减速上升四个过程中速度加速度关系。对手机受力分析，根据牛顿第二定律可以顺利得出超重与失重时重力与支持力或拉力的大小关系，理解超重与失重的具体内涵。

2.3借助加速度计来研究物体启动和停止过程中静摩擦力反向 将手机水平放置到课本上，利用x轴加速度传感器测量手机从静止

加速启动再减速停止过程中加速度的变化。测量结果如图9所示，对手机进行受力分析，利用牛顿第二定律知道物理加速度以后很容易分析清楚静摩擦力的方向问题。启动时加速度向前说明合力向前，手机竖直方向受到重力和支持力水平方向只能由静摩擦力提供合力，由于加速度向前说以启动阶段静摩擦力向前，同理，减速静止阶段静摩擦力向后与速

度方向相反。 图9

3 借助无线同屏技术和手机摄像头提高物理实验的可视性 3.1 借助手机摄像头提高测量数据和现象的可视性

在高中物理有很多地方需要测量与观察，由于实验器材本身的

尺寸限制，教师做演示实验时学生无法观察清楚到教师所做的实验数据。比如用打点计时器测量自由落体加速度实验，打出纸带以后将刻度尺与纸带在桌面上对齐。然后将手机屏幕与电脑屏幕无线同屏。此时打开手机拍照功能，此时摄像头实时显示出摄像头观察到

画面如图10，可以让所有同学现场记录纸带数据。然后再利用电脑 照片10 上的Excel表格进行数据处理，这样大大提高了实验的可视性和可信度。在习题教学中也教

师可以走到学生中间将学生的解答直接拍照截图展示到投影仪上，可以有效针对实际问题进行解答分析。比如讲解游标卡尺和螺旋测微器时，由于仪器本身尺寸较小，此时利用手机手摄像头可以调整放大直接对准仪器进行读数训练，这样可以将一些不易观察的实验进行放大观察，提高实验效率，对于实验精彩的瞬间可以也可以利用手机高频拍照功能拍摄保存进行深入分析。

3.2 借助手机摄像头的慢动作摄像功能将瞬时现象放慢观察

有一些物理实验发生的时间很短，学生不容易观察，比如牛顿管实验由于羽毛与铁片下落的时间非常短，学生很难分辨出二者的先后下落关系。教师现场演示一次实验然后再用摄像头“慢动作”录制实验然后同屏播放，将大大提高可视性增强

实验效果。在研究电容器充电与放电过程中电流变化在电路中串 图11 联灵敏电流计，由于充电电流和放电电流时间很短电流表指针变化较快学生不易观察，可以慢动作摄像观察电流大小变化情况。在研究自感现象问题时有一些学校由于实验器材限制，在闭合电路瞬间两只小灯泡对比效果不明显，此时可以利用慢放提高实验对比程度。比如研究弹簧弹力与绳子弹力区别时，将细绳与弹簧两端各连接两个小球然后在小球另一端用两根细线固定，用剪刀同时剪断上端细线，比较剪断瞬间弹簧弹力和绳子弹力恢复区别。由于此过程发生的时间太短学生无法观察到二者的区别。此时利用慢动作录用然后同屏显示，使学生观察到细绳弹力与弹簧弹力的区别加深理解。只要是瞬间难以观察的现象都可以利用慢动作功能进行摄像捕捉然后播放进行观察分析。

3.3利用手机屏幕发出的偏振光线观察光的偏振现象

打开手机屏幕，将一块偏振片放于手机屏幕上，旋转偏振片，透过偏振片看到手机屏幕

亮度的明暗变化，有时几乎透明，有时几乎完全不透光这是因为在手机液晶屏中有偏振片，手机屏幕发出的是偏振光，再通过一个偏振片，自然可以观察到光强的变化。在生活中，其实绝大多数液晶显示器发出的都是偏振光，如计算器，液晶电脑显示器，液晶电视等等，可以用一块偏振片加以验证，现象非常明显。此时用另外一个手机实时无线同屏，通摄像头拍照功能显示出图12画面，学生会在投影仪上看到明显的偏振现象，大大提高了偏振实验的可视性和可信度。