用光電滑鼠做感測器顯示振動圖像

用光電滑鼠做感測器顯示振動圖像

天水市第二中學

摘要：介紹了用無線光電滑鼠做感測器, 通過Flash程序顯示物體做簡諧振動的圖像的實驗方法, 並探究了該方法的實驗效果.

關鍵詞：簡諧振動;光電滑鼠;Flash;

1引言

中學物理研究簡諧振動的方法是頻閃相機照相法和沙擺顯示運動軌跡法.頻閃相機照相法比較精確, 但實驗儀器裝置成本高, 實驗過程複雜費時, 不適合課堂實驗.沙擺顯示運動軌跡法所用儀器簡單、成本很低、直觀性強, 學生容易理解, 但實驗不精確, 實驗結果是在木板上由沙子形成的痕迹, 不方便學生觀察與分析.

2光電滑鼠原理

在光電滑鼠內部有發光二極體, 通過該發光二極體發出的光線, 照亮光電滑鼠底部表面, 然後將光電滑鼠底部表面反射回的一部分光線, 經過1組光學透鏡, 傳輸到光感應器件內成像.當光電滑鼠移動時, 其移動軌跡便會被記錄為1組高速拍攝的連貫圖像.最後利用光電滑鼠內部的專用圖像分析晶元對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理, 通過對這些圖像上特徵點位置的變化進行分析, 來判斷滑鼠的移動方向和移動距離, 從而完成游標的定位.光電滑鼠定位精度是用dpi表示, 即每移動1英寸所能檢測出的點數, 一般光電滑鼠定位精度能達到400~800dpi.換算成以cm為單位為160 ~320點/cm.這樣的精度完全能滿足中學物理對振動圖像的顯示要求.光電滑鼠定位精度比較高, 定位時滑鼠不與物體發生直接接觸, 摩擦阻力小, 可以把物體運動的圖像轉化為電腦屏幕上滑鼠游標的運動.因此用光電滑鼠做感測器顯示物體的運動圖像是合理可行的.

3硬體的製作

（1） 滑鼠的選擇與安裝

市場出售的滑鼠, 性能差距較大, 選購時, 要使滑鼠離開滑鼠墊, 觀察滑鼠墊與滑鼠距離多遠時仍能使用.這個距離越大效果越好, 能達到5mm即可滿足要求.把滑鼠底面凸出部分磨平, 這樣效果會更好.

將滑鼠用物理實驗室桌面固定夾固定, 並固定在支架上, 使滑鼠底面豎直向外.

（2）單擺製作

單擺的擺線如果用細線, 擺動時方向容易變化, 使用薄金屬片做擺線, 擺動時方向不容易變化.找一段長度80cm, 寬約1cm的金屬薄板做單擺的擺線.將金屬片上端折一弧形彎鉤做掛鉤, 下端固定重物做擺球.

（3） 反光板製作

將長約8cm、寬約2cm的金屬片折成 「T字」形狀, 從光電滑鼠墊剪取相應大小1片粘在金屬片上製成反光板, 反光板用夾子固定在擺線上.

（4） 支架

用長約1m物理支架, 最上端固定薄金屬片掛單擺擺線.在離擺線上方約1/3處將反光板用夾子固定在擺線上.在反光板相應位置將滑鼠用固定夾子固定在支架上, 調節反光板與支架的距離大約2mm.

簡諧振動的實驗裝置如圖1所示.

圖1簡諧振動實驗裝置

4軟體編程

使用Flash MX 2004動畫編程, 具體的過程如下:

打開軟體, 新建Flash文檔, 文檔背影色設置為淡藍色.幀頻設置為50Hz..

在圖層1上畫小球, 並轉換元件為影片剪輯, 命名為小球, 影片實例名為xq, 再新建1個圖層, 添加3個關鍵幀:

5實驗操作過程

安裝好滑鼠, 掛上單擺, 調節滑鼠底面與反光板之間距離, 要使單擺運動時, 相距很近但不能接觸, 距離調節到2mm為宜.將無線光電滑鼠接收頭插到電腦USB介面上, 打開滑鼠上電源開關.打開程序, 並最大化, 用電腦上配置滑鼠移動滑鼠游標, 使其在屏幕中間位置.讓單擺輕輕擺動, 擺動振幅4cm左右為宜. 調節使反光片與滑鼠底面相近而又不接觸.單擺振動後, 按回車鍵, 電腦屏幕上滑鼠游標隨單擺的振動而移動, 同時在屏幕上複製小球, 這些小球組合起來形成了單擺振動的圖像.實驗中如果滑鼠游標移動距離過大, 可通過控制面板調節.打開電腦控制面板, 打開滑鼠, 再打開指針選項, 有指針移動速度選項, 可以從慢到快調節.反覆實驗, 可調節滑鼠指針在電腦屏幕上的移動幅度達到電腦屏幕界面一半左右為宜.

6實驗效果分析

本實驗顯示的圖像不是連續的曲線, 而是由許多的點組成的圖像.相鄰2個點之間的時間間隔是0.02s, 根據相鄰2個點之間距離大小, 就可以知道每個位置的擺球運動的速度大小, 還可以通過不同位置速度大小變化對比, 判斷出小球是加速運動還是減速運動.

通過反覆實驗, 光電滑鼠顯示振動圖像方法, 有如下優點:

1) 實驗器材簡單, 該實驗只要1個無線光電滑鼠, 其他的器材用中學物理實驗室現有器材即能完成實驗.

2) 實驗操作簡單方便, 一般人員只要觀察1次即能順利的操作實驗.

3) 便於學生分析觀察.該實驗圖像在電腦屏幕上顯示, 有白板的教室可在白板上顯示, 十分方便教師的教與學生的學.

4) 便於學生分析.該實驗顯示的圖像不是1條曲線, 而是由許多點組成的圖像, 學生可以通過這些點, 觀察振子各個位置的速度大小, 還能判斷出各個位置加速度的方向, 學生學習效果好.

參考文獻

[1]儲琪, 田玉龍, 蔣達婭.利用光電滑鼠實現玻爾共振儀混沌現象的數據採集[J].物理實驗, 2006, 26 (10) :46-48.

轉載於《物理實驗》2014,03(34),26-28

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