① 利用數碼單反相機和頻閃光源拍攝高中物理實驗的自由落體運動的過程方法
數碼相機在物理演示實驗中的巧用
葉文義（隆山高級中學 浙江瑞安 325200）
摘 要：本文以《平拋物體的運動》一課教學為例，介紹了數碼相機在物理演示實驗中兩種巧妙的運用：一、利用數碼相機並配合視頻投影系統對演示實驗進行現場攝像，實拍實放。二、利用數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能來拍攝、分析、研究高速運動的物體。
關鍵詞：數碼相機 平拋 攝像
隨著我國教育體制改革不斷深化的步伐，物理教育改革也發展迅速，其中不僅涉及教學內容、教學形式、教學藝術等方面的革新，而且教學手段的現代化、多樣化也逐漸成為物理教育改革的重要方面。當前豐富多彩的社會生活中，數碼相機的普遍應用已經成為人們生活、工作中不可缺少的得力助手，如何將數碼相機的應用引入到物理課堂教學中來，成為一種新型的教學手段，也正是物理教育改革的重要課題之一。筆者根據自己這幾年的嘗試，發現在課堂教學中特別在演示實驗教學中，引入數碼相機（帶「多段」拍攝功能、攝像功能及視頻輸出）則會有意想不到的教學效果。下面以《平拋物體的運動》一課教學為例談談具體的應用。
在《平拋物體的運動》一課的教學中，平拋運動是怎樣分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的？這是教學的重點和難點，要克服這個重點和難點則必需做好相關的演示實驗，在教材中設置如圖1所示的演示實驗和提供如圖2所示的頻閃照片。
圖1 圖2
而圖1中的演示實驗中物體運動太快，學生無法清楚的觀察中間的運動過程，只能憑落地時的一個聲音來粗略的判斷豎直方向是自由落體，更加無法判斷水平方向是勻速直線運動。對於這樣圖2所示的頻閃照片，它的缺點在於在拍攝過程中對實驗儀器要求較高（需要高精度、高頻率的頻閃閃光燈），操作過程復雜（嚴格地說必須在暗室中拍攝，而且有一些具體的攝影專業問題），如果是傳統攝影，還需要有一個沖洗等待的過程，其製作過程復雜，不利做課堂演示。而且學生看到的只是一張事先准備好的照片，缺乏真實感和直接感。 在這樣的教學方法下，這節課大部分只能是的理論宣講，學生無法做到通過觀察實驗、分析實驗而自主得出結論，只能憑借自身的能力水平想像該實驗的過程和結果，導致學生對平拋運動的分解和規律也只能是機械接受，整節課的教學效果不會太理想。如能巧妙的在演示中引入數碼相機，則對突破這一教學難點，會有意想不到的效果。下面具體介紹數碼相機在演示平拋運動的兩種方法。
一、利用數碼相機並配合視頻投影系統對平拋運動實驗進行現場攝像，實拍實放。
筆者根據教材的內容，對演示實驗如圖3所示進行改進：把兩條一模一樣得較光滑得斜槽一高一低固定在豎直演示板左側，在右上角固定一電磁鐵。
，
圖3
演示時利用數碼相機（帶攝像功能、視頻輸出）對演示實驗進行現場攝像，實拍實放，引導學生觀察、分析「慢鏡頭」錄像片段，從中得出平拋運動的規律，再從而完成該課的課堂教學，則取得較好的效果。具體操作分為以下幾步：
1．准備實驗儀器和攝像系統器材的選擇和連接：演示實驗裝置如圖3所示平放在水平桌面上。准備兩個一模一樣得鐵球。選擇高、中檔（帶攝像功能及視頻輸出）的數碼照相機，自帶監視彩屏，裝有50萬—300萬像素、較大尺寸CCD感測器，能達到更高的清晰度。。高、中機裝有3X-30X光學變焦鏡頭，且自動、手動功能齊全。把數碼相機直接安裝在蛇形管或可調照明燈支架上。將數碼相機的信號輸出端用屏蔽導線連接到計算機或直接連接到視頻投影儀上。
2．演示、拍攝、播放「平拋運動豎直方向是自由落體運動」的實驗：取兩個一樣的的小球，一個放在裝置左上角斜槽（較光滑）的某一高度用磁鐵吸住，另一個放在裝置右角相同的高度用磁鐵吸住。用開關自動控制：當第一個小球離開斜槽末端瞬間，另一個小球同時下落，一個做平拋運動，一個做自由落體運動，從背景方格紙可以看出他們在下落的整個過程中幾乎都在同一水平線上，最後同時落地。整個實驗過程用數碼相機拍下，學生觀察實物演示後，再讓學生直接觀察錄像，然後對錄像片的「慢放」分析，啟發學生分析並讓學生自己總結出平拋運動在豎直方向是自由落體運動。以下（圖4——6）是錄像片慢放時的幾個鏡頭。
圖4 圖5 圖6
3．演示、拍攝、播放平拋運動豎直方向是水平勻速直線運動：取兩個一樣的的小球，一個放在裝置左上角斜槽的離水平末段端某一高度用磁鐵吸住，另一個放在裝置左下角相同斜槽離水平末段相同的高度用磁鐵吸住。用開關控制讓兩個小球同時下落，一個做平拋運動，一個做近視勻速直線運動，從背景方格紙可以看出他們在運動的整個過程中幾乎都在同一豎直線上，最後同時到達右邊小網袋。整個實驗過程用數碼相機拍下，學生觀察實物演示後，再讓學生直接觀察錄像，然後對錄像片的「慢放」分析，啟發學生分析並讓學生自己總結出平拋運動在水平方向是勻速直線運動。以下（圖7——10）是錄像片慢放時的幾個鏡頭。
圖7 圖8
圖9 圖10
利用數碼相機進行拍攝時要注意以下幾點：
1. 拍攝時光源既為攝像配光也要有利於學生觀察實驗，可用日光色高頻電子鎮流高效節能燈或更大功率得白熾燈，特殊部位得照明有時需要小功率白熾射燈。所有光源均應配裝合適得燈罩，以防光線直射數碼相機鏡頭或學生得眼睛。
2. 用數碼相機拍攝小球得運動過程，要注意背景和小球之間的反差要大，拍攝時可直接安裝在蛇形管或可調照明燈支架上或用三角架，保證相機靜止不動。
二、利用數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能來拍攝、分析平拋運動實驗。
所謂「多段」的神奇拍攝模式，具體地說，就是能夠在0.5秒內連續拍攝16幅照片，即每隔三十分之一秒拍攝一幅照片，這是極為難得的功能（中、高檔的數碼相機如型號為SONY-T1索尼相機就有）。只不過在這種拍攝模式下，圖片的質量要有所下降，500萬象素的照相機，此時每幅照片的象素僅為10萬左右（這也是專業數碼相機不設這一功能的原因），但對於我們中學物理實驗來說，這已經足夠了。如圖11就是用這一拍攝模式拍攝的平拋運動的照片。而圖12是利用Photoshop軟體將多個影像合成為同一幅照片後得到的結果，引導學生經數據分析證明，水平方向是勻速運動，豎直方向是勻變速運動，而且可以測出其加速度約為9.7m/s2。
在具體拍攝過程中要注意以下幾點。
1、拍攝時間間隔可以選擇，如筆者的SONY-T1就有每秒30幅、15幅和7.5幅三種選擇，但無論哪一種，每一次都只能連續拍攝16幅照片，因而每一種所能連續拍攝的時間是不一樣的，其中每秒30幅能持續拍攝0.5秒，每秒15幅能持續拍攝1秒，每秒7.5幅能持續拍攝2秒，由於能持續拍攝的時間都很短，所以都必須注意拍攝時機的把握，好在數碼相機不需要膠片，不行就重新拍。也有部分相機能持續拍攝很長時間，那就更好了。
3、由於拍攝對象是運動物體，所以如果快門速度太慢，拍攝得到的影像就會出現模糊現象，這時需要提高快門速度。當然很多數碼相機都是傻瓜照相機，不能進行光圈快門的控制，這時解決的主要方法有：提高拍攝環境的亮度和提高感光度（ISO）設定。如果還不能解決問題，可以使用曝光補償，以照片曝光不足為代價，來提高快門速度。
4．這種「多段」的神奇拍攝功能也可以配合視頻投影系統進行實拍實放，更加具有真實感。
從《平拋物體的運動》一課教學過程的實際效果來看，引入數碼相機的攝像功能和「多段」的神奇拍攝功能演示、分析實驗為該課的課堂教學創造了更加形象、直觀的教學效果，能夠吸引學生認知物理知識的濃厚興趣，對所學知識留有深刻的印象。
數碼相機的「多段」的神奇拍攝功能除了在研究平拋運動以外，還可以研究自由落體運動、簡諧運動、動量守恆等高速運動的物體. 其中研究動量守恆的實驗中，如果物體碰撞後出現反向運動，就很難用頻閃攝影來完成了，因為往復運動會使多個影像在同一底片上進行復雜的疊加從而難以辨認，而使用這種「多段」的神奇拍攝功能模式拍攝的照片就不存在這一問題，因為它是連續拍攝多幅照片的。
而數碼相機的視頻拍攝除了拍攝高速運動物體之外，也用它來拍攝暗環境下干涉、衍射條紋以及示波器波形攝像甚至進行顯微鏡視場攝像，如在 「布朗運動」演示實驗中，將帶有攝像功能的數碼照相機調試完後與光學通道對接插入立體顯微鏡攝影介面上，或拔除一個觀察目鏡插入目鏡筒內，將數碼相機的信號輸出端用屏蔽導線連接到一台大屏幕電視機上，或者連接到視頻投影儀上。這樣，在大屏幕電視或投影銀幕上就可以看到「布朗運動」的大幅畫面——大量的黃廣告色懸浮顆粒一直做無規律運動。課堂上，同學們在老師指導下，認真觀察、分析這些畫面，記錄某一顆粒在不同時刻的運動軌跡，進行熱烈的討論，加深對布朗運動實質的理解，所有這一切僅用幾分鍾就完成了，既節省了時間，亦取得了很好的教學效果。
數碼相機的攝像功能和「多段」的神奇拍攝功能除了實拍實放外，還可以將拍攝的內容通過視頻採集卡採集到計算機中，利用非線性編輯軟體Premeiere 6.0編輯成視頻文件，再用投影儀投放到銀幕上，適合做課堂演示，效果非常好。
總之，在課堂教學演示實驗中引入數碼相機，使課堂演示實驗更加豐富多彩，有效彌補了物理課堂教學中在某些實驗方面的缺陷，比用計算機直接模擬的方法更具有真實、直觀的特點。因此數碼相機的引入是物理課堂教學改革中教學手段的一項創新，將對教育改革和發展起到積極的推動作用。
參考文獻：
1. 錢汝蘭 物理教學演示的視頻拍攝 物理教學探討 2004,第8期
2. 張 傑 牟其善 多媒體技術在頻閃照像法實驗中的應用 物理實驗 2004,第12期
② 自動跌落式裝箱機和抓取式裝箱機的區別
跌落式裝箱機，主要看包裝物的高度，是落差式裝箱機，抓取式是 直接抓取放入紙箱中，沒有落差
③ 跌落試驗機注意事項和維修保養有哪些
1、每日點檢表
2、操作方法說明指導書
3、第三方檢測機構年檢合格標
4、接地線是否接觸良好，以防漏電觸電！
5、操作人員站立距離、物品是否超重、測試高度要求、物品擺放固定是否正常等！！
④ 物體自由跌落如何計算哪個部位先著地
首先算出落地的速度，不計空氣阻力下
根據自由落體運動公式：H=(1/2)gt^2
h高度，g重力加速度9.8，t落地時間
高度1.2米，代入公式為1.2=0.5*9.8*t*t
t^2=1.2÷(0.5*9.8)=1.2/4.9=0.2449
落地時間為t=√0.2449=0.4948秒
速度為1.2/0.4948=2.425m/s 米/秒
再根據沖擊力的計算公式 Ft = Mv
F為平均作用力，t為時間，M為物體質量，v為速度
20KG的沙包，題中未給出t的作用時間，設為撞擊接觸時間0.1秒
代入公式為F*0.1=20*1000g*2.425
F=20*1000g*2.425/0.1=485kg
F=485kg/9.8=49.48N
⑤ 有限元軟體中模擬垂直跌落沖擊的設置條件的過程
垂直跌落設置條件：
1.建立跌落面的模型，如地面或鋼板，可以用剛體或真實的屬性模擬，將跌落面四周固定；
2.對分析體施載入荷（推薦採用2.1）
2.1對於分析體與跌落面初始距離可以設置剛接觸狀態，施加速度場（速度由自由落體計算公式計算）；
2.2直接建立實際距離，給物體豎直向下的重力加速度（9.8m/s2）,這種方法計算時間較長，耗費計算資源.
3.分析體與跌落面設置接觸屬性，切向為摩擦系數、法向接觸屬性（硬接觸或給接觸剛度）
⑥ 自由跌落試驗機主要特點有哪些
跌落試驗機用途：
跌落試驗機專用於測試產品包裝受到墜落之受損情況，及評估運輸搬運過程時耐沖擊強度。
跌落試驗機簡介：
跌落試驗機可對包裝件的面、角、棱作自由跌落試驗，配備數顯高度顯示儀及採用解碼器進行高度跟蹤，從而能精確地給出產品跌落高度，與預設跌落高度誤差不超過2％或10mm。本機採用單臂雙柱結構，具有電動復位、電控跌落及電動升降裝置：使用方便；獨有的液壓緩沖裝置大大的提高了機器使用壽命、平穩性及安全性 單臂設置，可方便地放置產品，跌落角度沖擊面與底板平面角度誤差小於等於5°。
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⑦ 哪家的定向跌落試驗機功能更多
其實我個人感覺北京沃華慧通測控技術他們家的定向跌落試驗機的功能還是蠻多的，可以自由的跌落測試也可以手動的跌落測試，並且它基準高度還有補償功能。
⑧ workbench 跌落分析 自由下落怎麼設置
1.8做瞬態間變化比較快力析比跌落 1.4做力析包括模態、諧波等綜合應用主要做規瞬態力析
⑨ 自由落體跌落受力計算
根據群眾反映的經驗，一般二樓可以小腿骨折，三樓可以上天堂。四樓以上.....兄弟您還是隨身帶軍用傘吧~ 搞笑答案：主要是「啪~啊！」和「啊~~~~~啪！」的區別