巧用智能手机距离传感器测量单摆周期

巧用智能手机距离传感器测量单摆周期

华为手机距离传感器位置

1 简介

最近在物理微信群里看到网友分享的一张某地三年级物理试卷，里面的单摆实验正是开学要教的内容，仔细一看，发现竟然是用智能手机拍的，视频里的近距离秒表。好巧啊，刚好就是我想要的，我现在做的省级科研项目就是关于智能手机实验的。

2 个问题

如图1所示，某兴趣小组利用单摆测量重力加速度，实验设备包括：小球、细铁丝、铁架、夹钳、游标卡尺、尺子、智能手机等。

（1）如图2所示，用游标卡尺测量球的直径。

（2）实验时，用夹子将细铁丝一端固定在铁架上，另一端悬挂一个小球，用尺子测量小球垂直悬挂时细铁丝的长度l。将智能手机放在小球与铁丝之间，打开手机上的“近距离秒表”，将小球拉到很小的角度，静止状态下松开。“近距离秒表”所描绘的小球与手机之间的距离与时间的关系如图3所示。则单摆的周期为T=____s。

(3) 由此我们可以测得重力加速度g=____（用问题中的字母表示）。

3 欣赏

这道题的其余部分都很普通，但是单摆周期的测量却很巧妙，利用了智能手机中的距离传感器。距离传感器位于手机屏幕上边缘的中间位置（不同品牌的手机距离传感器的位置可能不同）。用手试一下，确定距离传感器在手机上的相对位置。

距离传感器

利用智能手机上的距离传感器，我们可以感知摆球的周期运动，测量摆锤振动的周期，在物理实验的居家、日常生活中发挥着积极的作用。

4 实验

确定智能手机上距离传感器的相对位置后，调整智能手机的位置，使得智能手机的距离传感器位于摆锤平衡位置的上方；打开智能手机中的软件，进入“近距离秒表”实验，设定起始上限和下限，确保摆锤的平衡位置在上限和下限之间；然后让摆锤振动并运行程序，在智能手机的屏幕上绘制出距离传感器感应到的数据的图像。

实验操作

春节期间，设备不方便，我用手在智能手机正面扇动了几次，确保周期尽可能均匀。

数据测量

实际测量发现，本次模拟实验的单摆周期测量值为0.7036秒。

5 建议

考虑到智能手机上的距离传感器采样频率较低（1~10Hz），实验中我们需要测量尽可能多的周期然后计算平均值，为了提高周期测量的准确性，可以使用加速度计（500Hz）和陀螺仪（500Hz）或者磁力计（100Hz）。

智能手机是现代社会的热门物品，其参与物理实验、试题是大势所趋，教师应根据智能手机制定创新的试题，利用智能手机进行实验，引导学生利用智能手机进行物理实验探索。