「可攜式數據記錄器」與「運動錄像分析軟件」在物理教學上的應用

1. 「可攜式數據記錄器」與「運動錄像分析軟件」在物理教學上的應用「可攜式數據記錄器」與「運動錄像分析軟件」在物理教學上的應用 湯兆昇 香港中文大學 物理系 / 科學教育促進中心

2. 「『可攜式數據記錄器』與『運動錄像分析軟件』在物理教學上的應用」內容可在以下網址下載：http://www.hk-phy.org/teacher/talk/28-1-05Seminar.ppt「『可攜式數據記錄器』與『運動錄像分析軟件』在物理教學上的應用」內容可在以下網址下載：http://www.hk-phy.org/teacher/talk/28-1-05Seminar.ppt 可攜式數據記錄器的應用及例子：http://www.hk-phy.org/datalogger MVA 軟件的下載及應用及例子：http://www.hk-phy.org/mvas

3. 「可攜式數據記錄器」網站 • 物理園網址 + /datalogger • http://www.hk-phy.org/datalogger • 下載例子

4. 可攜式數據記錄器 + 加速度感應器 • 量度三個方向的加速度分量 • 量度高度變化 • 取樣率最高每秒 20 個數據 • 連接電腦，利用DataStudio 軟件取得數據，繪圖或輸出至文字檔

5. 例子：海洋公園極速之旅

6. 例子：海洋公園極速之旅 • 可量得 • 高度的變化 • 加速度的變化 • 解釋玩遊戲時的 • 「負 g 」感覺 • 無重感覺 • 重量增加的感覺

7. 例子：海洋公園摩天輪 ay • 垂直的均速圓周運動 • 可量到高度變化、量到垂直方向的加速度變，但量不到水平方向的加速度！？ a az

8. 例子：汽車的加速度 • 選擇一段長的直路 (例：科學園前的直路)：使汽車加速、均速、減速至停 • 可量得加速度之變化 • 均速運動 • 非均勻的加速、減速運動 • ~ 2 ms-2

9. 例子：九廣東鐵從大埔至大學站的運動 • 可量得加速度之變化 • 初加速度較大 max ~ 0.7 ms-2 • 然後加速度漸漸減少 • 在途中有剎車

10. 例子：電梯的運動 • 可量度加速度和高度的變化 • 開始上升或將要停止時，量得幾乎是均加速、減速的運動 • 途中幾乎是均速運動 • S4-5物理的好例子

11. 「運動錄像分析」網站 • 物理園網址 + /mvas • http://www.hk-phy.org/mvas • 下載軟件 • + 所有例子

12. 甚麼是「運動錄像分析」？ • 利用運動錄像分析軟件，輸入實際比例，在影片中獲取運動中物體的在不同時刻的位置數據 軟件顯示物體在不同時間的位置 實際比例

13. 運動錄像分析 • 繪出運動關係線圖作分析 利用運動錄像分析軟件 內置的繪圖及曲線擬合 程序 利用 Excel 繪圖及曲線擬合

14. 中大物理系設計的「運動錄像分析」軟件 • 方便的介面 • 在錄像畫面上顯示運動數據位置 • 隨意修改運動數據 • 隨意選擇開始、終結的時間 • 選擇獲取數據的疏密

15. 中大物理系設計的「運動錄像分析」軟件 • 內置曲線擬合功能 • 多項式曲線擬合分析 (不是數值微分) • 顯示擬合得出的參數 • 分段擬合 (例：加速 + 均速)

16. 中大物理系設計的「運動錄像分析」軟件 • 可選擇垂直、水平或二維平面運動分析 • 根據擬合結果繪出速度、加速度、能量等關係線圖

17. 例子：神舟五號的升空 • 求得初加速度 • 可與牛頓力學的預測比較

18. 例子：斜面 • 斜面 + 銅磚 (非常簡單的實驗！) • 可求得摩擦系數  = 28.9o,  = 0.478  = 33.4o,  = 0.452  = 40.8o,  = 0.443

19. 如何作深入分析？ • 輸出運動數據 • 利用 Excel 的「規劃求解」工具 • 任意參數、方程的擬合

20. 例子：單擺 • 單擺 • 周期、振幅、相位 • 阻尼 (求得阻尼系數) • 振幅大 (非線性修正)

21. 例子：模擬觀測木星衛星 從太陽系某天體或 太空船看另一天體 任何日期時間 視野闊度…. 顯示軌道等…. (NASA http://space.jpl.nasa.gov/)

22. 觀測時間 視野範圍： 11.24 min 參考距離 = 874.63x109 m x (11.24/60) xp/180 = 2.86x109 m 與地球距離 = 874.63 x 109 m 例子：模擬觀測木星衛星

23. 例子：模擬觀測木星衛星 1 格 = 0.09日

24. 例子：模擬觀測木星衛星 • 與真正觀測結合 • 可演示圓周運動與簡諧運動的關係、開普勒第三定律 朱明中教授提供