【原】利用手機攝像機和柜門空間周期性探究小車運動規律

豫見物理 2025-08-31 發布于河南

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實驗場景

2025年8月30日，筆者和桂松老師在工作室利用展柜柜門的空間周期性探究了小車的運動規律，實驗達到預期效果。

實驗細節

實驗視頻

我們用刻度尺測得柜門的寬度為38.0cm，將智能手機用兩個燕尾夾固定，直立在小黃車上，調節小黃車的姿態，使其運動方向與柜門方向平行。使智能手機中的攝像機處于拍攝狀態，輕推小車賦予其一個向前運動的初速度，讓小車依靠慣性向前減速滑行。隨著小車的滑行，智能手機也同時拍攝下柜門序列相對于小車向后運動的視頻畫面。

利用剪影（或其他視頻剪輯工具）對實驗拍攝的視頻進行修剪，找到在手離開小車后小車經過第一個門縫的關鍵幀，以該關鍵幀為參照，視頻的前一部分剪切掉，則剩余部分視頻的第一幀即為小車在減速運動過程中經過第一個門縫的關鍵幀，并把該幀作為運動和計時的起點。

把柜門寬度38.0cm的1倍、2倍、3倍…n倍為小車的運動位移錄入電子表格，在剪影（或其他視頻剪輯工具）中對實驗視頻做逐幀分析，依次讀取視頻畫面中柜門縫隙出現在手機屏幕正中央時的秒數和幀數，把秒數和幀數轉化為小車恰好到達該柜門縫隙處的時刻，并把該時刻錄入電子表格中的對應位置處。

數據獲取和錄入完畢后，以時間為x軸，以位移為y軸繪制散點圖，并作多項式擬合，可以得到小車的位移-時間圖像和擬合方程。

小車位移-時間圖像

觀察小車位移-時間圖像和多項式擬合方程可以發現，小車位移-時間圖像是一條開口向下的拋物線。

運用時間中點瞬時速度等于平均速度的數據處理方法，獲得小車的瞬時速度（用平均速度代替）和中間時刻的數據序列，以時間為x軸，以速度為y軸繪制散點圖，并作線性擬合，可以得到小車的位移-時間圖像和擬合方程。

小車速度-時間圖像

觀察小車速度-時間圖像和線性擬合方程可以發現，小車速度-時間圖像是一條向下傾斜的直線，小車的初速度為1.14m/s，加速度為-0.145m/s^2。小車加速度與用其他方式測得的數值十分接近。

教師指導學生巧妙利用生活中常見的空間周期性和智能手機中普遍配置的錄像功能對小車運動規律實施生活化探究，可以鞏固強化所學知識，亦能提高其運用智能手機等數字化工具發現問題、提出問題、探究問題的能力，發展其數字素養。

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