“智能驱动发展,科技引领未来”。2023年4月7日,华科附中高二年级物理备课组举办的“智能实验创新设计大赛”决赛在1号报告厅正式开赛。
党委书记书记周志刚、周桓校长助理、物理教研组长许文以及物理组老师们参与活动。
学生们使用智能设备,利用phyphox软件、3D打印等技术手段,自主编程并设计实验,对很多课标上仅定性要求的物理知识进行了定量的探究,并得出了实验结果。体现了智能时代的青年们具有的开拓创新的精神,和坚韧不拔的科研品格。
汇报主题:如何用phyphox测量材料摩擦的μ值
动摩擦因数μ是用来描述物体表面粗糙程度的物理量,这一小组利用了物体在斜面上(平面是斜面倾角为零度时的特殊情况)做匀变速直线运动时的加速度只和动摩擦因数μ、斜面倾角θ、重力加速度g有关,因此利用了手机自带的传感器测得斜面倾角θ、重力加速度g,通过编程开发了一个计算动摩擦因数μ的模块,实现了可以测量任意物体表面粗糙程度的功能。
汇报主题:5G关键技术之—束波成形
5G技术已经普遍的应用到了我们的日常通讯中,相比于之前的4G通讯效率有了更大幅度的提高。所谓通讯效率可以利用单位时间内传输的信息量的多少来衡量,即对频谱的利用率,从理论上讲,是由电磁波的频率来决定的。既然知道了传输效率和电磁波的频率息息相关,那先前人们为什么没有用5G技术呢?障碍是什么?
汇报主题:探究计步器的秘密
随着生活水平的提高,人们越来越重视自己的身体健康。于此同时,科学的迅猛发展也催生出了“运动健康app”的问世,如手机计步器,运动手环等。计步器作为一款智能的健康跟踪设备,可以记录人的行走步数,反馈给用户精准的运动数据,帮助佩戴者量化锻炼强度,制定合理的健身方案,提醒佩戴者适当调整运动量,激励佩戴者坚持锻炼。研究如何通过“运动健康app”改善人们的健康状态,将对人类的未来产生深远的影响。
该组同学分析了phyphox软件中含g的加速度传感器的x、y、z轴上采集数据的优缺点,得出我们在使用手环计步时应采用x轴图像来进行计步的结论,并分析了人在走路时手臂摆动和双手插兜两种不同姿势下计步原理的区别。
汇报主题:Phyphox测声速
同学们在初中的时候就学过声音在空气中的传播速度是340m/s,那这个速度怎样测得的呢?该小组同学利用了声呐功能、声音频谱、历史频率、声学秒表四种方法测量了声速的大小。
汇报主题:研究线圈绕法对磁感应强度B的影响
该同学受到了“太空电梯”的启发,也想送自己的“电梯”上天,于是有了以利用磁场力推进电梯的想法。为了得到更大的推进力,需要知道通电线圈周围磁场的大小。关于通电线圈周围的磁场高中只做了定性的研究,为了得到定量的结论,该同学设计了四个实验:(1)总长不变,改变匝数(2)总长改变,匝数不变(3)总长匝数都改变,但每匝密度恒定(4)盘状线圈半径与B的关系。
利用3D打印技术自制了实验器材和实验操作台,并得到了在电流不变的情况下,无论横向还是纵向,匝数与磁感应强度B成正比的结论。利用该结论自制了磁悬浮飞碟和小型的太空电梯。
汇报主题:验证楞次定律
“楞次定律”是高考考察的重点定律之一,同时也是比较难理解的定律。高中阶段仍然只做定性的分析。为了定量的验证,该同学利用phyphox中的磁力计进行实验,并得出了两个结论:(1)感应电流产生的磁场阻碍原磁通量增大(2)感应电流产生的磁场阻碍原磁通量减小,进而可以得出感应电流阻碍原磁通量变化的结论,这就是楞次定律。
汇报主题:验证安培力公式
安培力是电流在磁场中受到的力,该组同学巧妙的利用电磁炮的原理,结合了平抛运动对安培力的公式进行了验证。
汇报主题:很简单的小实验
该同学用生动欢快的小视频为我们展示了他利用phyphox测量当地的重力加速度和物理下落时间,进而计算容积的小实验,实验虽小,但是很实用。
汇报主题:测重力加速度的单摆实验
利用单摆测量重力加速度的实验是教材中的重点实验,该组同学超越教材中的设计,利用手机当做摆测重力加速度,具有精度高、误差小、数据处理方便等优点。
同学们的实验都超越了老师所传授的知识,有的是更贴近了前沿、有的是优化了课本上的实验、有的是设计了贴近生活的应用,有的是完成了自己的一个小小梦想……这就是智能时代带给我们的惊喜吧,相信这些有着开拓创新精神和坚韧不拔的科研品格的孩子们,一定会带来更明亮的明天!
图文:于佳 高二物理备课组
编辑:徐磊
审核:周桓