使用micro:bit探索物体失重状态与加速度

"07-利用microbit探究物体的失重状态 -1.11" 本文主要探讨了如何利用micro:bit这一小型可编程硬件来研究物体的失重状态，涉及物理学中的加速度、重力和超重、失重现象。作者们——浙江省诸暨牌头中学的李琦、上海蘑菇云创客空间的李旸和浙江省温州中学的谢作如，通过教育实践，将这些复杂的概念以易于理解的方式呈现。 加速度是物体速度改变的速率，它可以是正向或负向，与物体所受的合力成正比，质量成反比，遵循牛顿第二运动定律。重力是由于地球的万有引力作用在物体上产生的力，其大小与物体的质量和地球的重力加速度有关。通常，人们在静止时感觉到的重力实际上是因为地球对我们的拉力，导致我们保持在地面上。 在电梯中体验到的超重和失重现象，实际上是由加速度引起的。当电梯上升时，人的脚会感到压力增加，这是因为加速度向上，导致身体受到的合力增加，仿佛比实际重量更重，即超重。相反，当电梯下降时，加速度向下，人会感到脚底轻飘，好像重量减轻，这就是失重。 在探究物体失重状态时，传统方法如使用弹簧秤存在局限，如体积大、无法自由落体、只能测量单一方向的力以及测量延迟等问题。而micro:bit则提供了一种创新的解决方案。micro:bit内置传感器可以实时监测并记录加速度，即使在自由落体状态下，也能准确捕捉物体的动态变化。通过编程，我们可以实时获取物体在重力作用下的加速度变化，进而分析物体是否接近失重状态，即物体的合力接近于零。 利用micro:bit进行实验，学生可以自行设计实验方案，比如制作一个自由落体装置，将micro:bit与物体一同落下，通过分析micro:bit收集的数据，判断物体在特定时刻是否达到近似失重的状态。这种方式既能让学生深入理解物理原理，又能培养他们的实践能力和编程技能，是STEM教育中一种有效的教学方法。 通过这种方式，我们可以更直观地理解和验证理论预测，例如，当一个物体自由下落时，其向下的重力加速度（9.8米/平方秒）是否能完全抵消物体的重力，从而使物体在封闭系统内看似无重力。通过micro:bit的实时数据记录，可以验证在自由落体过程中物体所受的合力是否趋近于零，从而实现对失重状态的实际探索。 本资源提供了一种利用现代技术——micro:bit，来探究物理概念的方法，尤其是关于加速度、重力和失重的关联，这对于物理教学和科学实验具有很高的价值。借助这种工具，学习者可以在实践中深化理论知识，提高问题解决能力。