Tracker软件赋能平抛运动实验的精准探究与教学革新

引言平抛运动因其复杂的曲线特质，向来是物理实验教学中的一大挑战。因实验环境和教学器材的限制，致使对平抛的定量探究难以企及理想的教学成效，学生也难以透彻把握其中的物理精髓。而Tracker软件的出现，为这一困境提供了创新性的解决方案。它基于开源物理（OSP）Java框架打造，是集视频追踪、分析与建模于一体的强大工具。通过对视频的深度解析来追踪目标运动轨迹，迅速完成数据分析，精准归纳物理规律。将其运用到教学中，借助视频分析和建模，能为学生营造真实且充满意义的学习场景，引领学生深入探索平抛运动，有力推动教学质量与学习效果的双重提升。教材中“实验：探究平抛运动的特点”的不足人教版高中物理必修二第五章第3节，展示了三种探究平抛运动特点的方案。一是频闪照片。该方案利用频闪照片记录平抛物体位置，从而得出水平和竖直方向位移随时间变化的数据，以研究相应规律。然□丁焕平王锕朱静而，频闪照相对设备性能、环境条件以及图像处理能力均有严苛要求。这导致教学时教师大多直接呈现处理后的图片，极大地降低了课堂的互动氛围与生成效果，学生也无法充分参与到探究过程中，体验感大打折扣。二是对比和描迹。先对平抛运动和自由落体运动进行对照分析，进而推导出平抛运动在竖直方向的规律，随后运用传统器材绘制平抛轨迹并明确时间间隔，以此探究水平方向规律。但传统器材的精度不足，难以精准确定轨迹，从而导致实验产生较大误差。三是传感器与计算机协同。拓展学习栏目“用传感器和计算机描绘平抛轨迹”方案优势显著，能便捷描绘轨迹，还可由计算机得出初速度等物理量，数据采集精度高且效率佳。然而，因实验经费等因素限制，这套设备在中学的普及率低，从当下实际状况权衡，现阶段尚不具备大规模推广的条件与价值。利用Tracker软件探究平抛运动的特点结合上一节运动的合成与分解相关知识，教师引导学生思考可否利用“化曲为直”的思想从分运动去研究平抛运动。学生根据平抛运动初速度的特点，通过受力分析猜想平抛运动水平方向做匀速直线运动、竖直方向做自由落体运动。猜想是否正确呢？接下来通过实验进行探究，首先用手机记录物体平抛运动过程，再经计算机上的Tracker软件分析处理数据，探究平抛运动的规律。具体步骤如下。1.视频录制用智能手机录制小球做平抛运动的视频，录制时保证镜头正对小球运动的平面，再将视频同步传到电脑。2.视频处理打开Tracker软件，导入小球平抛运动的视频。利用软件中的播放功能设置要分析视频的起止帧，选择定标工具对长度定标，以抛出点为坐标原点，水平方向为×轴建立坐标系。选定小球作为研究对象，并视作质点，选择“轨迹一新建一质点”按钮，创建质点对象，对质点进行追踪。对视频中的小球进行逐帧定位，如图1所示。图1平抛运动质点追踪3.数据处理，探究规律（1）探究平抛运动水平方向的运动规律如图1所示，小球水平位移与运动时间的运动学图像呈显著直线特征，利用Tracker软件自带数据处理功能对该图像进行线性拟合，也可以利用ExCel表格处理数据。依据匀速直线运动的运动学公式x：=v0t可知，图像斜率即代表小球水平方向的速度，其大小近似为1.08m/so

通过上述分析过程，可以得出结论：平抛运动在水平方向的分运动属于匀速直线运动，并且测量出小球平抛运动的初速度V为1.08m/s。（2）探究平抛运动竖直方向的运动规律对竖直方向的位移进行分析，得到竖直方向的位移一时间图像呈明显抛物线。利用ExceI对数据进行二次多项式拟合。依据匀变速直线运动的运动学公式at可知，在误差允许的范围内，小球在竖直方向做初速度为0，加速度约为9.8m/s2

的匀变速直线运动，竖直方向加速度值与当地的重力加速度值接近。通过上述分析过程，可以得出结论：平抛运动在竖直方向做自由落体运动。（3）讨论平抛运动分运动的可能性在矢量的范畴中，力的分解若无限制条件将产生无数种结果。这一原理同样适用于运动的合成与分解，因其描述物理量如位移、速度、加速度等皆为矢量，遵循平行四边形定则，故平抛运动的分解亦存在无穷可能性。控，平抛运动能够实现沿各类不同方向的正交分解操作。如图2所示，当×轴与水平方向形成特定角度时，其相应的运动分解情形得以清晰展现。观测图像发现，×-t与y-t图像呈抛物线形状，经数据拟合，其结果契合二次多项式规律，这表明在×轴和y轴方向上小球均做匀变速直线运动。这是因为平抛运动物体所受到的力为恒力，经正交分解后的分力亦为恒定，依据牛顿第二定律，各分运动的加速度恒定。图2平抛运动与水平方向呈一定角度正交分解在课堂教学中，动态地对×轴与水平方向的夹角予以改变，学生能够从Tracker软件右侧图像中直观地观察到x-t与y-t图像的动态变化，这一举措增强了课堂的互动性，使学生深切体会运动分解所蕴含的多元解特征。进一步体会平抛运动沿水平和竖直分解的目的是为了直观方便地理解物理规律，从而降低了问题的复杂程度。经验总结与反思Tracker软件在物理实验教学与研究中具有显著优势，如强大的视频分析功能可精确获取物体运动数据，操作相对简便且能直观呈现复杂运动的细节，节省时间与资源。然而，它并不能完全取代传统实验。传统实验中的实物操作，能让学生亲身感受实验器材的使用、物理过程的发生，培养学生的动手能力、实验技能以及对实验环境的感知，这是软件模拟难以企及的，二者应相辅相成共同服务于教学。需要提醒