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