张绮梦,程敏熙,叶泽波,李德安

(华南师范大学 物理与电信工程学院,广东 广州 510006)

Phyphox是一款免费的智能手机应用程序(Android和IOS系统均可使用)，由德国亚琛工业大学的物理教师团队所设计。该软件能启动智能手机自带传感器进行力学、声学、光学、电磁学等诸多实验，例如用“Acceleration(without g)”测量滑动摩擦系数[1]，用“Tone generator”定量演示多普勒效应[2]，用“Light”功能验证点光源光照强度与距离的平方反比关系[3]，用“Magnetometer”测量亥姆霍兹线圈轴线的磁场分布,验证毕奥-萨伐尔定律及磁场的叠加原理[4]。Phyphox还支持自定义实验，有研究者基于Arduino设计测量太阳能电池板电功率的实验装置[5]，使得手机变成了便携的数据采集器[6]。

目前，国内外对Phyphox自定义实验研究的相关文献较少，利用Arduino设计实验成本相对较高。本实验选用ESP32开发板组装位移传感器，让装有Phyphox APP的智能手机通过蓝牙接收传感器的数据，实现对弹簧振子在气垫导轨上运动的位移图像记录，探究不同挡板面积对阻尼系数的影响。

1 实验原理

用两根相同规格的弹簧分别将滑块和气垫导轨的两端相连，气垫导轨通气后，滑块在弹性恢复力和空气阻力的共同作用下做阻尼振动[7]。在一定条件下，空气阻力大小与速度成正比，且满足

(1)

A=A0e-βt。

(2)

因此，智能手机Phyphox接收由超声波测距传感器采集的实验数据，获取该弹簧振子的阻尼运动图像，再利用Origin寻峰功能获得振幅的数据，对振幅A与时间t进行函数拟合，就能算出阻尼常数β，进一步可以确定不同挡板面积弹簧振子的阻尼系数γ。……