数码相机在中学物理实验中的应用研究 毕业论文.doc

苏州大学本科生毕业设计（论文）数码相机在中学物理实验中的应用研究目录中文摘要1abstract1第一章 引言21.1 背景与现状21.2 目的与意义41.3 研究思路4第二章 数码相机功能与短片、图片处理方法简介5 2.1 数码相机功能介绍5 2.2 短片、图片处理方法简介7第三章 数码相机在中学物理实验中的应用研究103.1 平抛运动103.2 完全失重实验133.3 超重失重时测力计的拉力变化情况163.4 简谐运动18第四章 结束语21参考文献22致谢23中文摘要本文是探究数码相机应用于物理实验，为教师教学以及学生学习物理实验课程提供一种新的技术方法，辅助教师教学，提高学生的学习热情，培养学生的探究精神，锻炼学生的思考动手能力。用数码相机进行物理实验有以下的优点：1、易于操作，使用方便；2、灵巧自由，适应各种环境需求；3、拍摄记录，放大观察功能强大有效。只要掌握一些简单的技巧，就可以在课余时间进行一些实验，尤其是运动型的实验。本文介绍了几种运用数码相机来进行的中学物理实验，大部分运用的是随处可见的器材，操作简单，易于探究。关键词：中学物理实验 数码相机 动态过程 作 者：沈锡晨 指导教师：陶洪abstractthis article is to explore the digital camera used in physics experiments. provide a new technology for teaching and student learning physics experiment course .it may assist teachers in teaching, enhance students enthusiasm for learning and students the spirit of inquiry and exercise the practical ability of students to think about. physical experiments with a digital camera have the following advantages: 1 it is easy to operate and easy to use; 2 it has smart freedom to adapt to a variety of environmental needs; 3 it can record and has powerful magnification. once you master a few simple techniques, you can carry out some experiments in their spare time, especially sports experiments.this article describes several digital camera high school physics experiments. most of the equipment is simple. those experiments is simple to operate and easy to explorekeywords: secondary physics experiment digital camera dynamic process written by: shen xichensupervised by: tao hong第一章 引言1.1 背景与现状1.1.1 背景随着科学技术的不断进步，人们的生活水平不断提高，数码相机这一产品随处可见，已然成为了时代的主流。数码相机的拍摄照片，拍摄短片功能强大，无论是生活、学习还是工作都发挥着重要的作用。人教版高中物理教课书必修一2.4节中，在谈到自由落体运动时就用到了频闪照相机对自由落体的下落过程进行记录并研究。那么可以想象如果运用好数码相机短片拍摄的功能，一切动态的物理学实验都可以进行全程录制，通过一定的处理就能很好的进行研究。通过阅读了25篇左右的文献，对于现如今运用于物理实验的研究方法有了大致的了解。多媒体技术的迅猛发展为多媒体辅助教学的发展奠定了坚实的物质和技术基础，应用多媒体技术辅助教学己经成为教学改革的热点。运用现代科技手段来进行实验研究是必不可少的，能让我们少走很多弯路。比如数字信息系统实验室（dislab）作为现代教学技术手段逐渐进入高中物理实验室，成为信息技术与物理学科整合的有效手段。dislab可以直接在电脑上得到实验数据，并通过图表、图线等具体分析出实验结果，十分直观与简便，大大简化了以往实验课上繁琐的计算过程，既节约了时间又让学生感到直观易懂。就像测量物体运动速度的时候，只需要通过一个小小的光电门，就能从电脑中直接读出它的速度。笔者认为数码相机也有一定的这种功能，将它运用于物理实验中无疑是一个正确的选择。1.1.2 中学物理实验现状 通过阅读15篇有关中学物理实验的文献，从其现状分析中看出，如今中学物理实验教学过程中还存在这诸多问题，无论是课程内容上，学校教师与学生的重视程度上还是其他的方面都存在着不足之处。通过阅读8篇有关数码相机与物理实验的文献，对于数码相机如何运用于物理实验有了一定的了解，其中主要应用于实验的动态过程，对于记录运动轨迹有很好的帮助。 1.师生缺乏对实验重要性的认识长期以来，由于应试教育的影响，以及对实验教学理解的偏差与局限，普遍存在着教师为“应试”而教，学生为“应试”而学，使实验在教学中的应有作用难以充分体现。教师和学生不能够严格按照实验的程序去做实验，实验效果极差。有的教师对学生指导不够，造成学生实验的盲目性，一堂课过去了，也不知道从何下手；有的教师讲得太多、太具体，学生的动手实验时间少，用脑思考的时间少，使学生变成了机器人，失去了创新精神。 2.实验的趣味性不强 培养学生学习物理的兴趣、激发学习的动机是物理教学的一个重要目标,但教师在实验教学中容易犯的一个毛病就是草率行事。当学生还没有思想准备时,演示已经结束,或是实验做完,学生还没理解时,结论就强行出来了,这样既达不到演示目的,也无法激发学生的兴趣。在演示前,最好能让学生明确为什么要做这实验,打算怎样进行,介绍一下所用的实验仪器。然后引导学生积极观察与思考,水到渠成比硬灌给学生效果好。同时对一些看似平淡的演示实验可进行一定的设计优化,使其更形象生动,令人难忘 3.实验课开出率低课程评价体系虽然在不断完善，但对实验能力的评价仍显偏颇，不能有效促进实验教学的开展。主要原因有：一是许多任课教师仍存在重理论、轻实践的问题。认为做实验的意义不大，讲实验同样可以使学生做好实验题，同样可以得高分，有些教师认为挤掉学生的实验时间用在讲题上，效果会更好。教师追求的是升学率，根本就不考虑学生能力和兴趣的培养，导致教出来的学生高分低能，没有实践能力和创新精神，书呆子多，精明能干的少。另外一个原因就是任课教师对学校的仪器情况不了解。任课教师经常不做学生实验或演示实验，对仪器了解少；某些教师，由于自身的实验能力差，害怕做不好实验，就干脆不做，使学生的实验次数和演示实验的次数减少。再一个原因是实验管理员不负责任，积极性差，与任课教师的交流少，使得实验器材利用率低下。4.课改要求 我国高中物理新课改对学生基本素质的要求较高。课标内容标准中提出了实验和探究的总体能力要求，对实验和探究的具体要素进行了划分，给出7 个实验和探究的必备要素，并对每一要素给出了具体的实现目标。然而在课程内容上，每个具体实验的列出都是作为物理课程和物理教学的重要手段和方法，而忽略了其作为重要基础和内容的意义，更加没有考虑实验体系的构建，没有考虑实验设置的系统性、逻辑性和渐进性。5.数码相机应用于物理实验实例陶兆宝的利用数码相机呈现物理过程的探究介绍了运用频闪照相法研究自由落体运动。赵振清的巧用数码相机 拓展物理实验中介绍了平抛运动，相对运动、自由落体运动。用数码相机放大实验物品，特写实验结果。孙正兵的新课程下基于数码相机的高中物理实验教学初探介绍了观察通电直导线的磁场、超重失重实验、秋千摆动简、谐运动、光的折射与全反射、碰撞中的动量守恒等实验。刘金易和黄华的如何用数码相机实现“测算当地重力加速度g”的实验等等。很多提到了如何运用数码相机应用于物理实验，简单介绍了实验的方法，但是大部分并没有把实际完成这个实验的过程写出来。1.2 目的与意义1.2.1目的进行这一课题的研究就是为了将数码相机应用于物理实验，对教师教学以及学生学习提供一种示范。1.2.2意义1.数码相机简单操作使用方便。数码相机是随处可见的日常产品，运用数码相机进行一些物理实验，它的录像拍摄，照片拍摄等功能无疑是方便、简单而且有效的。2.不受环境限制，提高实验成功率。对于教师而言，运用数码相机进行物理实验是一种新的教学手段。有些实验无法在课堂之中完成，就可以运用数码相机进行录制实验过程，再在课堂之上进行讲解，有些演示实验无法让学生仔细观察到，便可运用数码相机进行放大处理。3.为学生课外拓展提供帮助，激发学生学习兴趣，培养思考动手能力。数码相机还可以为一些物理实验提供新的研究思路，进行课外拓展。对于学生而言，只要简单的掌握数码相机的操作方法，以及一些必要的处理手段，就可以自行进行物理实验，对于培养学生的学习兴趣以及动手能力都有一定的帮助。1.3 研究思路首先笔者通过搜集整理一些文献，并进行实际操作，对数码相机的一些功能以及特性进行了解，掌握数码相机的一些基础使用方法。然后通过阅读文献，网上学习一些短片软件的基础使用手段，对于数码相机拍摄后的处理方法有一定的了解。再搜集整理一些中学物理实验，对它们的物理原理、使用器材和实验过程进行分析，寻找其中可以拓展的部分，并且用数码相机进行研究实验。对这些实验进行整理、分析和总结。第二章 数码相机功能与短片、图片处理方法简介 由于仅用数码相机进行物理实验，笔者在此对于物理实验过程中可能运用到的数码相机的一些功能和技术，以及拍摄后的短片和图片处理技术，进行一定的介绍。2.1 数码相机功能介绍2.1.1微距拍摄微距摄影是数码相机的特长之一，用微距拍摄可以把很普通的场景拍成戏剧性的场面，微距特别擅长表现花鸟鱼虫等细小的东西，对细节可以充分展示，而且也可以随心所欲地表现自己在选题、构图、用光方面的创意，不像拍摄风光、人物、民俗文化等题材，要受很多条件的制约。微距上手比较快，虽然多为小品，但其中也往往包含很多作者的良苦用心，也能称得上是精品。微距摄影的目的是力求将主体的细节纤毫毕现的表现出来，把细微的部分巨细无遗的呈现在眼前。在微距摄影中，有一个名词是必须要认识的，它就是放大率（magnification）。因为微距摄影其实就即如放大摄影，故放大率直接影响著微距拍摄的效果。由于放大率是由菲林表面所得的影像和实物主体大小的比例来定义，故此放大率是以一个比例来表达。2.1.2闪光灯闪光灯是加强曝光量的方式之一，尤其在昏暗的地方，打闪光灯有助于让景物更明亮。使用闪光灯也会出现弊端，例如在拍人物时，闪光灯的光线可能会在眼睛的瞳孔发生残留的现象，进而发生红眼的情形，因此许多相机商都将消除红眼这项功能加入设计，在闪光灯开启前先打出微弱光让瞳孔适应，然后再执行真正的闪光，避免红眼发生。中低档数码相机一般都具备三种闪光灯模式，即自动闪光、消除红眼与关闭闪光灯。再高级一点的产品还提供“强制闪光”，甚至“慢速闪光”功能。 自动闪光通常传统胶卷相机与数码相机在不作任何设定变动的时候，闪光灯模式都预设在“自动闪光”模式下。此时，相机会自动判断拍摄场景的光线是否充足。如果不足，就会自动在拍摄时打开闪光灯进行闪光，以弥补光线。我们大部分的拍摄情况下，“自动闪光”模式都足以应付。 强制不闪光 强迫数码相机关闭闪光灯。不管拍摄环境的光线条件如何，都不准闪光。此功能最适宜于静止使用闪光灯的地方进行拍摄。 强制闪光 不管在明亮或弱光的环境中，都开启闪光灯进行闪光。通常用在对背对光源的人物进行拍摄，可以增强人物的亮度，但是容易造成噪点增加和曝光过度。 慢速同步 在光线昏暗的环境下拍照时，如果使用闪光灯加较高的快门速度进行拍摄，很容易造成前景主体太亮，甚至是白晃晃的一片，而背景却依旧灰暗，无法辨别细节。而“慢速闪光同步”会延迟数码相机的快门释放速度，以闪光灯照明前景，配合慢速快门（如1/5秒）为弱光背景曝光。这样，就能够拍摄出前后景均得到和谐曝光的照片。 2.1.3 防抖性能防抖，到目前为止，分三大类型：光学防抖、电子防抖和感光器（ccd）防抖。目前推出过具有光学防抖功能的数码相机的厂家有：佳能、尼康、奥林巴斯、柯尼卡美能达、松下和适马。防抖的好处，在一定的快门以下，防抖技术可以非常好的解决手抖问题，小dc 上的防抖对于新手来说尤其重要，使他们可以获得更多的清晰的照片。但是，同时，防抖技术也会造成成像锐度的降低。毕竟镜头里多了个浮动的镜片。这对于要求较高的摄影爱好者来说，也是比较不好接受的，所以这也就是为什么所有的防抖系统都会有个开关，用户可以选择取消或打开防抖。加上防抖系统是非常耗电的，所以我一般不打开防抖开关，而是要用的时候才开。2.1.4 自拍功能自拍功能英文学名为self-timer，即自行设定拍照时间。这个功能主要是给用户，在单独使用数码相机的时候，又想拍摄自己的影像所使用的。通常有两档可以设置，包括2秒延迟自拍和10秒延迟自拍。用户把各种参数设定后，预设自己将会在照片上的位置，然后按下快门。这个时候数码相机开始倒数，倒数时间由用户设定（2秒或者10秒），这个时候，用户也在数码相机面前摆下姿势，倒数完毕，相机快门自动释放，把图片摄入。这就是自拍的全过程。2.1.5 连拍功能连拍模式通过将数据装入数码相机内部的高速存储器（高速缓存），而不是向存储卡传输数据，可以在短时间内连续拍摄多张照片。由于数码相机拍摄要经过光电转换，a/d转换及媒体记录等过程，其中无论转换还是记录都需要花费时间，特别是记录花费时间较多。因此，所有数码相机的连拍速度都不很快。 连拍一般以帧为计算单位，每一帧代表一个画面，每秒能捕捉的帧数越多，连拍功能越快。目前，数码相机中最快的连拍速度为7帧/秒，而且连拍3秒钟后必须再过几秒才能继续拍摄。一般情况下，连拍捕捉的照片，分辨率和质量都会有所减少。有些数码相机在连拍功能上可以选择，拍摄分辨率较小的照片，连拍速度可以加快，反之，分辨率 大的照片的连拍速度会相对减缓。通过连续快拍模式，只须轻按按钮，即可连续拍摄，将连续动作生动地记录下来。 2.1.6 短片拍摄功能短片拍摄功能即数码相机具备拍摄视频文件的功能。有别于dv（数码摄像机），数码相机只可以把视频文件存放在记忆卡里面，由于记忆体的空间有限，所以视频文件的质量跟大小都比较差。 一些数码相机在拍摄短片的时候，可以通过自带的麦克风进行现场录音。大部分的其它功能，例如变焦、白平衡调节等，在拍摄短片的时候都不可以使用。2.1.7 拍摄模式一般而言，数码相机内预先调节好光圈、快门、焦距、测光方式及闪光灯等参数值，以便于那些经验不足的用户拍出有一定质量保证的数码相片。不过用现有的模式也未必能拍出高质量的照片。相当一部份朋友使用的是数码相机的auto（自动）模式，而在特定的拍摄环境中，其相片质量当然难以保障。因此为了更加方便初级用户的使用，数码相机厂商在数码相机内加入了数种场景模式，这样就更加方便拍出高质量的照片。目前，数码相机内的场景模式少则有四、五种，多则有二三十种。2.2 短片、图片处理方法简介2.2.1 短片处理1 短片处理软件推荐：adobe premiere、ulead media studio pro、cg infinity、video paint、ulead video studio（会声会影）等2 使用软件之前需要注意视频短片的格式是否适用于软件，如果软件不适用则需要现将视频格式转换成对应的格式即可（下载一个视频格式转换软件，如格式工厂等，网上有很多）3 一些简单操作以会声会影为例，将所需要编辑的短片拖入时间轴上，即可播放3.1 按键介绍是播放/暂停退到开始出进到结尾处退至上一帧画面进至下一帧画面循环播放3.3.2 画面截取 要得到一些画面时，只需逐帧放映至所需画面，点击左上角的编辑菜单，再点击“画面撷取”即可，所截取的图片会在右边的素材中，点击就可以知道图片所保存的位置3.3.3 调整播放速度 在时间轴上的相关程序上右击，点击“速度/缩时摄影”功能即可进行调整。2.2.2 图片处理 1 图片处理推荐软件：美图秀秀、photo shop等 2 简单操作介绍 以美图秀秀为例在最上方一排有一系列的菜单选项，根据不同的需要可进行不同方式的修改，如美化、美容等。在此主要介绍美化和拼图两个窗口操作。 2.1 基础功能 在最上方一排有一系列的菜单选项，根据不同的需要可进行不同方式的修改，如美化、美容等。在此主要介绍美化和拼图两个窗口操作。2.1.1美化窗口在软件中打开需要编辑的图片，右上角有三个按钮，点击进入操作窗口 旋转：可将图片进行向左旋转、向右旋转、左右翻转、上下翻转的操作，左侧有旋转槽可进行任意角度的调整，并且能用键盘进行微调，编辑完成后保存 裁剪：左上角可设定想要截取的像素大小，也可以通过鼠标进行实际调节，左侧也有一些固定的宽、高比例选项(可进行自行设定比例)。按照需要进行尺寸的裁剪，完成后保存 尺寸：对整张图片进行宽、高像素设定，有一些常规选项可选。 在左侧可设置图片的亮度、对比度、色彩饱和度与清晰度。一键美化功能可提高整个图片的观赏度。 滚动滑轮可以对图片进行放大、缩小处理 各种画笔 使用过程中可调整画笔的大小，可调整图片的大小进行精细操作 局部彩色笔：在操作窗口中图片显示为黑白色，通过圆圈画笔可将想要色彩的部分变成彩色 局部变色笔：选定颜色，通过画笔将需要的部分变成想要的颜色 局部马赛克：根据需要对图片部分区域进行马赛克处理 背景虚化（模糊）：在操作窗口中显示的图片为虚化的图片，通过画笔将需要的部分显示出来而模糊背景抠图笔自动抠图：用画笔在想要选取的物体上画一条线即可选中所需物体，通过删除笔可消除不想要的部分手动抠图；每点一下画笔就会产生一个节点，与下一个节点之间相连，将最后一个节点与第一个节点相连时所谓成的区域即是截取的部分形状抠图：可选取圆形、圆角矩形、矩形（可调整大小）进行抠图 抠图结束之后点击完成抠图，进入换背景的窗口，选择需要的背景，将抠取的图片放入，保存。 涂鸦笔：选定颜色，将图片进行涂改处理 消除笔：通过画笔将图片中不需要的部分去掉并不改变原有的背景 2.1.2拼图窗口 有自由拼图、模版拼图、海报拼图、图片拼接四个窗口，这里介绍自由拼图及图片拼接自由拼图 在左侧加入需要拼接的图片，右侧的上方可设置背景与画布的大小，背景可选用一种颜色，也可以选取图片。选中图片可设置图片的大小、透明度、旋转角度、有无边框等。可进行自由移动拼接，完成后保存。 图片拼接 对图片进行自动拼接，左侧添加图片，上方设置切换横版/竖版、选择边框有无和颜色、修改整个图片的尺寸。 2.2 图片合成 利用美图秀秀抠图功能，首先将所需要的素材用抠图功能全部采取完，点击“抠图笔”，点击完成，进入抠图换背景的窗口，点击左下角的更换背景，选取所需要的背景图片，在前景中添加所需素材，调整好前景素材的大小和位置，与背景相合（将羽化功能调整至最高），待全部完成之后点击保存即可。 使用美图秀秀中的拼图功能，打开拼图窗口进行自由拼图或者图片拼接。 或者打开office软件中的power point，在一张空白的演示文稿中放入需要合成的如片，将它们按照一定的顺序排列，再选中进行保存。第三章 数码相机在中学物理实验中的应用研究运用数码相机探究物理实验，主要使用了数码相机能够较好的记录实验物体的运动过程，相当于记录了物体随时间变化的位移图像，经过后期处理，逐帧观察物体的运动，从而定性甚至定量的分析其运动的特点，得出结论。而辅以数码相机放大拍摄、定时拍摄等功能又能很好的对一些无法近距离观察的动态实验进行观察探究。3.1 平抛运动1. 实验解析平抛问题的研究重点就再与如何去捕捉其运动的轨迹，单凭肉眼是很难做到这一点的，而数码相机却能很好的解决这一问题。它的频闪功能以及拍摄视频短片的功能为我们记录物体运动轨迹提供了良好的技术支持。一旦我们能得到平抛运动的运动轨迹，那么研究这一问题就变得简单的多了。为了能让学生在课余时间在家里也能进行本次实验，笔者采取的实验器材都是生活中常见的，随手就能进行试验，以加强学生的动手操作能力和对于物理探究的意识，对于物理教学起到良好的推动作用。2. 装置器材数码相机，坐标纸，凳子，杂志书籍，胶布，塑料小球坐标纸竖直放置，底部距离地面5cm，数码相机放置与坐标纸正中间，前端距离坐标纸60cm，底部距离地面20cm，凳子紧靠坐标纸左侧，杂志制作的轨道末端与坐标纸水平刻度线一致。3. 实验步骤 在坐标纸上标记明显的数字刻度，将凳子仅靠墙边放置，把坐标纸用胶布固定在墙上，注意坐标纸的0刻度要与小球滑出时保持平行如图； 将数码相机固定好，选取良好的角度，要将坐标纸和小球都拍摄进去，打开数码相机的拍摄功能； 用杂志（或其他书籍）卷成一个弧度做成坡道，坡道最后要与坐标刻度平行，一只手固定住，另一只手释放小球（注：释放小球过程中小球可能不沿着直线行走，多试验几次即可）结束拍摄； 重复3步骤几次。4. 短片处理将已经拍摄好的短片通过数据线传输进入电脑，选取效果最好的一次进行处理。处理视频可以使用一些软件如“会声会影”，你所拍摄的视频格式可能与处理软件不相符，只需下载一个视频格式转换软件，转成你所需要的格式即可（一般为avi格式）。将短片放入编辑程序中，找到小球抛出瞬间，逐帧放映并将每一帧进行截图保存。截取的图片可以通过图片编辑软件进行处理，如：“看图王”“美图秀秀”等，通过裁剪得到你需要的图片。有了每一帧的图片之后，我们需要把这些图片合成在一张图片上，即可得到我们需要的平抛运动轨迹图。具体操作如下：打开美图秀秀，把运动开始的第二张（第一张作为背景即可）图片放入软件中，使用如软件中的抠图功能，将小球抠出来，调整合适的位置、大小放入背景图中，并进行羽化操作即可。其余图片均可按照如上操作进行，待全部放入之后保存图片即可。得到平抛运动轨迹图，如图：平抛运动轨迹图5. 数据处理 只需将得到的图片进行放大处理，将我们所需要的数据一一读取并且进行记录即可（由于图像比较模糊，读取时按照最右端及最下端读取）;图表 1 图表 2图表 3 图表 4水平方向（厘米）0.54.58.512.3竖直方向（厘米）0.00.93.78.56.数据分析水平方向小球相等时间内移动的距离约为4cm，可以看成做速度为4cm/s的匀速直线运动竖直方向上由于初速度为0，相等时间经过的位移比大约为1：3：5，可知这是一个初速度为0的匀变速直线运动。由于笔者采用的数码相机帧频为24帧/秒，故时间间隔为1/24s，通过公式可以求出加速度。7.备注由于实验过程中的操作、仪器限制、以及读数，实验结果可能存在一定的误差，但是通过实验过程和结果可以定性的以及一定程度上定量的分析平抛运动，对于教师教学和学生学习探究能起到良好的辅助作用。8.实验小结 本实验中，数码相机主要起到了记录运动物体运动轨迹的功能，记录下了运动物体的位移时间图像，在经过视频编辑软件一些简单的处理过后，运动的分析也就变得简单多了。3.2 完全失重实验1、实验简介装在有小孔的塑料瓶中的水在下落过程中不会溢出2、实验分析下落时，水处于完全失重状态，与塑料瓶一起做自由落体，所以水不会溢出。在这个实验中，由于实验时间短，学生很难直接观察，我们可以用数码相机拍摄实验过程，再进行慢放演示，从而达到实验效果。3、装置器材数码相机、塑料瓶、针、水盆、水4、实验步骤在塑料瓶上，用针戳几个小孔，位置在塑料瓶中下方即可（为了使水喷得远一点，效果明显），去掉盖子（盖子盖上时，由于气压原因，水无法喷出）；选取颜色深一点的背景（让水柱明显），选取合适的位置、高度（要将下过程拍摄进去），调整好数码相机的放大倍数（尽量放大），将数码相机固定住；在塑料瓶中装满水，下方用水盆接住，按下数码相机的摄影键，先拍摄几秒静止时水喷射的情景，再释放塑料瓶，完成拍摄。5、缓慢播放将拍摄的短片放入播放器中，基本上每个播放器都会有放慢播放这一功能，以“迅雷看看”为例，只要点击左下角的双三角形图标即可达到效果。从小瓶静止到下落过程中，可以清楚的看到水柱的变化，下落过程中水柱并没有喷出。6、实验小结 本实验主要运用了数码相机拍摄后能够缓慢播放的功能，使得原本凭借肉眼不可能观察到的现象清楚的呈现在我们面前。3.3 超重失重时测力计的拉力计变化情况1、实验分析在研究超重失重时，想观察记录物体在运动过程中测力计的拉力的变化情况，这种情况下用我们的眼睛直接观察记录运动并且变化的数据几乎是不可能的，而利用数码相机，我们可以让数码相机跟随测力计一起运动，代替观察者对运动过程中的测力计示数进行记录，即可完成试验。2、装置器材数码相机，弹簧测力计，重物3、实验步骤在测力计上挂上合适的重物，最好让测力计示数在中间位置便于观察；一手拿数码相机，一手拿测力计（带重物的），调整数码相机与测力计的距离，使数码相机刚好能拍到测力计的全貌，按下数码相机的录像功能键，记录静止状态下测力计的示数；双手同时做向上的加速和向下的加速运动，测力计达到超重和失重两种状态，关闭拍摄功能，收好器材。4、示数观察将拍摄好的短片传入电脑，放入播放器中播放即可观察的到超重和失重状态下测力计的示数变化情况。静止时测力计失重时测力计超重时测力计 与静止时测力计情况相比较，可以看到失重时弹簧测力计示数变小，而超重时弹簧测力计示数变大。5、实验小结本实验主要借用了数码相机小巧灵活的特点，自由移动，能够根据实际情况进行不同角度的观察，突破了空间的限制。3.4 简谐运动 物理选修3-4课本中介绍绘简谐运动的x-t图线中，运用了数码相机的频闪功能和计算机。以弹簧下悬挂一个小球组成振动系统，频闪拍摄下每一帧的画面，在通过电脑中的演示文稿，将拍摄的图片按照一定顺序排列即可得到简谐运动的图像。笔者是以气垫导轨进行水平方向的振动，用的是数码相机的短片录制功能，并将具体操作处理步骤具体化。1、实验分析想要对简谐运动进行研究，首先就是要把简谐运动的运动轨迹给记录下来，这单单使用肉眼的话是根本无法完成的任务。数码相机则为我们提供了良好的技术支持，只需用数码相机将简谐运动的整个运动过程记录下来，在进行一些简单的后期处理，就得到它的时间位移图像，那么研究就变得水到渠成了。2、装置器材数码相机、弹簧振子装置（附带标尺、气垫导轨、小铁块）、小型气源弹簧振子装置数码相机放置于弹簧振子装置正前方，与弹簧振子装置在一个桌面上，距离为20cm-30cm（保证能摄入整个弹簧振子装置且距离最近）。3、实验步骤将数码相机与弹簧振子在同意桌子上放置好，气垫导轨与小气源用到气管相连，打开小气源，使弹簧振子悬浮，记录弹簧振子初始位置在0刻度处；在弹簧振子上放上小铁块（减慢振动速度），打开数码相机的短片录制功能，将弹簧振子移到标尺刻度4处，放开弹簧振子进行简谐运动；录制2-3个周期即可，关闭数码相机录制功能，收拾器材。4、短片处理将录制好的短片导入电脑，放入视频编辑软件中，进行逐帧播放，并撷取每一帧的图片进行保存。5、实物图片合成与折线图打开美图秀秀，将每一帧的图片进行截图，只需截取标尺部分并保存。例如打开powerpoint，在一张空白幻灯片中一张张插入所有截取的图片并进行有序的排列。排列时注意保持各个标尺的左右刻度对齐，上下之间间隔一个实物的长度。结束之后将所有图片选中并保存。如下图简谐运动实物图在表格中记录各个时刻弹簧振子在标尺上的刻度。打开excel，将每一帧的数据按照顺序竖直填入表格中，选中这些数据，插入图表，按照步骤操作，即可做成折线图。帧数12345678910111213刻度43.83.12.421.20.2-0.6-1.8-2.1-2.9-3.6-4帧数14151617181920212223242526刻度-4-3.9-3.6-2.8-2-1.5-0.50.222.63.23.84 简谐运动折线图6、实验小结 本实验主要运用了数码相机记录运动物体运动轨迹的功能，配合简单的软件处理，即能轻松地得到运动物体的位移时间图像，使得简谐运动的规律变得一目了然。第四章 结束语总的来说，数码相机在物理实验中的应用有两个作用：对于研究与运动无关的实验，数码相机主要起到观察记录的作用，对于原理上没有根本的突破，主要是实验的辅助作用；对于研究与运动有关的实验，数码相机在某种程度上可以代替打点计时器，在实验原理上有一定突破。经过本此课题的探究