智能手机在物理实验教学中的应用探讨惠宇洁摘要：丰富的内置传感器使得智能手机有望成为物理实验教学的新工具。本文利用基于传感器应用的手机软件Phyphox，介绍声速的测量、向心加速度与角速度关系的验证以及单摆周期与摆长关系的定量探究三个物理实验，阐述了将智能手机引入物理实验教学的优越性：有助于打破实验的空间限制，激发创新因子，促进自主探究。关键词：智能手机；Phyphox；传感器；物理实验：G633.7：A：1003-6148（2018）7-0070-3近年来，随着信息技术的高速发展，智能手机逐渐成为了中学生交流的主要工具。除了满足最基本的通讯功能，目前市场上绝大多数智能手机都集成了多种高精度、高灵敏度的传感器，结合手机软件可实现多种物理量的测量，能够为教师开展物理实验教学、揭示物理规律提供新的方法和途径。Phyphox是德国亚琛工业大学基于传感器设计开发的物理实验手机软件，面世之后在多个国家和地区受到关注，不仅在2018年1月的AAPT（美国物理教师协会）冬季会议上获得广泛好评，也被台湾国立清华大学等高校和物理竞赛组织列为推荐使用的实验测量工具。本文通过Phyphox在物理实验中的具体案例，展示将智能手机传感器与物理实验有机结合，优化中学物理实验教学的创新方式。1Phyphox的功能和特性Phyphox软件通过调用手机的内置传感器，包括加速度传感器、磁力传感器、陀螺仪（旋转传感器）、光传感器、压力传感器、麦克风以及GPS等，可根据手机的运动情况和周围环境进行相应的数据测量。目前可实现29种内置功能，例如测量加速度、角速度、光照強度、磁场强度、压力和声音的幅度和频率等基本物理量，并且将这些数据以图形或数字的形式呈现。除此之外，还有基于传感器而开发的实用工具，如秒表（声学秒表、运动秒表、光学秒表）、角度测量仪、音频发生器等。除了直接使用实用工具和单独的传感器，Phyphox软件还将传感器进行模块化组合，方便使用者研究和分析转动、滚动、弹性碰撞、弹簧振动、单摆、失重与超重等多种基本运动。2实验案例分析现介绍三个基于Phyphox操作的中学物理实验，分别从测量性实验、验证性实验和探究性实验三种实验类型来展现智能手机在补充现有实验内容、改变传统实验方式上的巨大潜能。2.1测量声音在空气中的传播速度在《声音的传播》这节内容中，教材直接告诉学生声音在空气中的传播速度是340m/s，但并没有给出可操作的测量方案。目前比较可行的测量方法是测量某一声音的频率，结合其波长来确定声音的传播速度[1]，虽然实验结果较为精确但原理超出了初中生的知识水平。Phyphox中的AcousticStopwatch（声学秒表）功能让学生利用最原始的速度公式实现声速的测量。2.1.1工作原理打开AcousticStopwatch，当手机接收到外界第一个声音时便触发计时器，开始计时，接收到第二个声音时停止计时，因此AcousticStopwatch记录了两个声音之间的时间间隔，计时可精确到1ms。2.1.2实验过程2.1.3实验结果为了保证击掌声音能够触发远处手机的计时器，本次实验笔者选择的距离d为5m，手机1记录的时间为t1，手机2记录的时间为t2。2.2验证向心加速度与角速度的关系目前智能手机在物理实验中的应用已有一些案例，但大部分都是基于加速度传感器的应用[2-3]，陀螺仪传感器得到的关注较少。此外，在讲授《向心加速度》这节内容时教师一般都通过理论推导来得出向心加速度的表达式ac=ω2r。实际上，我们可以利用Phyphox中的Centrifugalacceleration（离心/向心加速度）功能来验证向心加速度与角速度的关系，以此作为对理论知识的一种补充。2.2.1工作原理Centrifugalacceleration功能调用陀螺仪传感器测量手机转动时的角速度，调用加速度传感器测量向心加速度，并分别绘制向心加速度ac与角速度ω以及角速度平方ω2的函数图像。2.2.2实验过程笔者选择将手机放在倒置的自行车车轮中间（利用脚踏板容易控制转动速度），并用尼龙扎带将手机固定（图3）。打开Centrifugalacceleration，转动脚踏板使手机随着后轮缓慢均匀地加速，尽量尝试不同的速度使生成的点迹分布均匀。2.2.3实验结果图4是在手机转动过程中生成的图像，可以看出向心加速度与角速度呈现抛物线拟合的关系，与角速...