饒迪 梁國盛

摘 ? 要：針對基于智能手機傳感器探究多普勒現(xiàn)象，設計了更為簡單、易行的學生分組實驗，實現(xiàn)了不同條件下對多普勒現(xiàn)象的定量研究，且實驗效果明顯。

關鍵詞：多普勒效應;智能手機;傳感器

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）6-0046-2

智能手機內(nèi)置了十余種傳感器，如磁感應傳感器、聲傳感器、陀螺儀等，各種傳感器給物理實驗帶來了許多新的思路[1]。本文以“多普勒效應”實驗為例，探討智能手機在物理教學中的應用。

1 ? ?傳統(tǒng)教學和實驗中的不足

人教版教材和粵教版教材都是利用嗡鳴器引入課題，將嗡鳴器捆綁在木桿或繩子上快速轉(zhuǎn)動讓學生感受多普勒現(xiàn)象。隨后，人教版教材用“多人步行”模擬多普勒現(xiàn)象，但學生難以理解“多人步行”和多普勒現(xiàn)象的聯(lián)系，認為這種類比比較抽象?；浗贪娼滩膭t要求學生根據(jù)教材給定的數(shù)據(jù)討論交流多普勒效應的原理，缺乏實驗過程，不利于培養(yǎng)學生的探究能力。

在實際教學當中，大多數(shù)教師會準備汽車或火車疾馳而過的片段，通過播放視頻讓學生感受多普勒現(xiàn)象。以耳朵作為測量工具，學生往往難以區(qū)分響度或音調(diào)的變化，主觀性太強。對于部分難以區(qū)分響度和音調(diào)的學生，教師甚至會多次提醒是音調(diào)發(fā)生了變化，這必然會降低實驗信度。

對此，有的教師將嗡鳴器和智能手機傳感器結(jié)合使用[2]，實現(xiàn)了多普勒現(xiàn)象的可視化。有的教師則用智能手機代替嗡鳴器 [3]，利用兩部智能手機進行演示實驗，取得了良好的教學效果。但該文中的“多普勒效應的實驗驗證”部分也存在不足之處，如：只有擺角超過45°才能較明顯地觀察到頻率變化;擺長至少1 m，對空間要求較大;兩部手機相互靠近和相互遠離的運動時間較短，兩種運動過程連接緊密，需要再借助其他軟件才能較好地讀取實驗數(shù)據(jù)。

考慮上述因素，筆者針對“多普勒效應的實驗驗證”部分設計了簡單、易行的學生分組實驗。

2 ? ?多普勒現(xiàn)象學生分組實驗教學設計

2.1 ? ?相關App簡介

除了蘋果手機，安卓手機也可以下載“phyphox”軟件，降低了使用者的硬件要求。安卓版“phyphox”軟件功能同樣強大，而且實現(xiàn)了英文和中文的隨意切換，極大程度地方便了國內(nèi)的使用者。

2.2 ? ?教學設計

學生分組實驗中，兩人為一組，A同學和B同學兩人分別持智能手機作為聲源和接收者，為了方便聲源（或接收者）的運動，兩位實驗者站立間距約為一米。當任何一個手機移動時，聲源和接收者產(chǎn)生相對運動，教師引導學生觀察、記錄、分析數(shù)據(jù)。

（1）A同學打開“phyphox”軟件中的“音頻發(fā)生器”板塊，作為聲源播放既定頻率（如1000 Hz）的聲音;

（2）B同學打開“phyphox”軟件中的“音頻自相關”板塊，作為接收者探測聲音頻率;

（3）保持兩部手機不動，測量接收到的頻率為999.79 Hz，如圖1所示;

（4）B同學手持接收者不動，讓A同學將聲源從右側(cè)快速移至左側(cè)，此時可以讀取到聲源靠近時接收到的頻率為1005.30 Hz，同理可讀取到聲源遠離時接收到的頻率為994.34 Hz。測量過程及結(jié)果如圖2所示。

（5）A同學手持聲源不動，讓B同學將接收者從左側(cè)快速移至右側(cè)，可以讀到接收者靠近時接收到的頻率為1012.45 Hz，同理可讀到接收者遠離時接收到的頻率為985.74 Hz。測量過程及結(jié)果如圖3所示。

（6）引導學生討論實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，總結(jié)出多普勒效應的規(guī)律，填寫表格（見表1）。

3 ? ?總 ?結(jié)

與演示實驗不同，本教學設計中的學生分組實驗讓學生親自參與對多普勒效應的定量研究，體現(xiàn)了物理教學的實踐性和科學性，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維與探究能力。利用智能手機測數(shù)據(jù)大大提高了實驗的信度，不僅輔助了物理課堂教學，還培養(yǎng)了學生實事求是的學習態(tài)度。教師在課堂教學時，也應盡量將傳統(tǒng)教學和現(xiàn)代技術有效結(jié)合，提高教學質(zhì)量和效率。

參考文獻：

[1]饒迪，程敏熙，李錫均.智能手機傳感器在中學物理實驗中的應用綜述[J].物理通報，2019（4）：123-128.

[2]歐劍雄.智能手機在多普勒效應實驗中的應用[J].物理實驗，2015，35（11）：13-16.

[3]張昉璇，程敏熙，張華.基于智能手機的多普勒效應演示實驗教學設計[J].物理教學，2018，40（10）：77-80.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）