利用Phyphox研究乒乓球连续弹跳过程中的机械能衰退规律

实验场景

疫情防控，线上授课，微主近日讲授必修2第七章“机械能”部分。在讲到“机械能守恒”这部分内容的时候，微主在线做了一个“利用Phyphox研究乒乓球连续弹跳过程中的机械能衰退规律”的探究实验。

实验时，将搭载有Phyphox的智能手机放置在桌面上，运行Phyphox中的加速度传感器，将乒乓球从某一高度无初速自由释放，乒乓球在桌面上连续弹跳若干次，加速度传感器会记录下乒乓球每一次撞击桌面引发的振动。

数据采集

实验结束后，停止Phyphox运行；点击“平移和缩放”按钮，将加速度传感器输出的振动信号图像平移和缩放至屏幕中央；点击“选取数据”按钮，以此测量图像中相邻尖峰之间的时间差，即为乒乓球每次弹跳的滞空时间。

由于弹跳瞬间的速度与滞空时间成正比，所以弹跳瞬间的动能与滞空时间的平方成正比。

机械能保有量按照指数规律衰减

将乒乓球每次弹跳的序号和对应的滞空时间录入电子表格，以弹跳序号为横轴、以滞空时间的平方为纵轴绘制散点图，就得到了机械能保有量与撞击次数的函数关系图像。将机械能保有量与撞击次数的函数关系图像进行拟合，发现是一个指数函数。

反弹前后的机械能比例恒定

在电子表格中测算每次弹跳前后的机械能之比，并能绘制每次弹跳前后的机械能之比与弹跳次数的关系图像，发现每次弹跳前后的机械能之比几乎为一定值，随着弹跳次数的增大，比值离散性增加，这是因为滞空时间越来越短，测量误差越来越大所致。

在电子表格中测算比值的平均值，发现其平均值为0.743，即乒乓球在桌面上弹跳时，机械能保有量是一个无穷递缩等比数列

比例式

在本次实验中，乒乓球每一次弹跳后机械能保有量为弹跳前机械能的0.743倍。

真没有想到，一个司空见惯的乒乓球桌面弹跳过程，竟然隐藏着如此神奇的物理数学规律。

这个实验今后可以作为竖直上跑、能量衰减和等比数列等相应物理、数学知识点的生活化教学案例。

物理新课程改革的理念之一就是“从生活走向物理，从物理走向社会”，这句话不应该是一句漂亮的套话或者空话，而是应该在日常教学中得到实实在在的贯彻执行。

| 创客焦作 | 

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