用光电鼠标做传感器显示振动图像

霍金胜

（天水市第二中学，甘肃 天水741020）

1 引 言

中学物理研究简谐振动的方法是频闪相机照相法和沙摆显示运动轨迹法.频闪相机照相法比较精确，但实验仪器装置成本高，实验过程复杂费时，不适合课堂实验.沙摆显示运动轨迹法所用仪器简单、成本很低、直观性强，学生容易理解，但实验不精确，实验结果是在木板上由沙子形成的痕迹，不方便学生观察与分析.

2 光电鼠标原理

在光电鼠标内部有发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面，然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过1组光学透镜，传输到光感应器件内成像.当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为1组高速拍摄的连贯图像.最后利用光电鼠标内部的专用图像分析芯片对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位.

光电鼠标定位精度是用dpi表示，即每移动1英寸所能检测出的点数，一般光电鼠标定位精度能达到400～800dpi.换算成以cm为单位为160～320点／cm.这样的精度完全能满足中学物理对振动图像的显示要求.

光电鼠标定位精度比较高，定位时鼠标不与物体发生直接接触，摩擦阻力小，可以把物体运动的图像转化为电脑屏幕上鼠标光标的运动.因此用光电鼠标做传感器显示物体的运动图像是合理可行的.

3 硬件的制作

1）鼠标的选择与安装

市场出售的鼠标，性能差距较大，选购时，要使鼠标离开鼠标垫，观察鼠标垫与鼠标距离多远时仍能使用.这个距离越大效果越好，能达到5mm即可满足要求.把鼠标底面凸出部分磨平，这样效果会更好.

将鼠标用物理实验室桌面固定夹固定，并固定在支架上，使鼠标底面竖直向外.

2）单摆制作

单摆的摆线如果用细线，摆动时方向容易变化，使用薄金属片做摆线，摆动时方向不容易变化.找一段长度80cm，宽约1cm的金属薄板做单摆的摆线.将金属片上端折一弧形弯钩做挂钩，下端固定重物做摆球.

3）反光板制作

将长约8cm、宽约2cm的金属片折成“T字”形状，从光电鼠标垫剪取相应大小1片粘在金属片上制成反光板，反光板用夹子固定在摆线上.

4）支架

用长约1m物理支架，最上端固定薄金属片挂单摆摆线.在离摆线上方约1／3处将反光板用夹子固定在摆线上.在反光板相应位置将鼠标用固定夹子固定在支架上，调节反光板与支架的距离大约2mm.

简谐振动的实验装置如图1所示.

图1 简谐振动实验装置

4 软件编程

使用Flash MX 2004动画编程，具体的过程如下：

打开软件，新建Flash文档，文档背影色设置为淡蓝色.帧频设置为50Hz..

在图层1上画小球，并转换元件为影片剪辑，命名为小球，影片实例名为xq，再新建1个图层，添加3个关键帧：

5 实验操作过程

安装好鼠标，挂上单摆，调节鼠标底面与反光板之间距离，要使单摆运动时，相距很近但不能接触，距离调节到2mm为宜.

将无线光电鼠标接收头插到电脑USB接口上，打开鼠标上电源开关.打开程序，并最大化，用电脑上配置鼠标移动鼠标光标，使其在屏幕中间位置.

让单摆轻轻摆动，摆动振幅4cm左右为宜.调节使反光片与鼠标底面相近而又不接触.

单摆振动后，按回车键，电脑屏幕上鼠标光标随单摆的振动而移动，同时在屏幕上复制小球，这些小球组合起来形成了单摆振动的图像.

实验中如果鼠标光标移动距离过大，可通过控制面板调节.打开电脑控制面板，打开鼠标，再打开指针选项，有指针移动速度选项，可以从慢到快调节.反复实验，可调节鼠标指针在电脑屏幕上的移动幅度达到电脑屏幕界面一半左右为宜.

6 实验效果分析

本实验显示的图像不是连续的曲线，而是由许多的点组成的图像.相邻2个点之间的时间间隔是0.02s，根据相邻2个点之间距离大小，就可以知道每个位置的摆球运动的速度大小，还可以通过不同位置速度大小变化对比，判断出小球是加速运动还是减速运动.

通过反复实验，光电鼠标显示振动图像方法，有如下优点：

1）实验器材简单，该实验只要1个无线光电鼠标，其他的器材用中学物理实验室现有器材即能完成实验.

2）实验操作简单方便，一般人员只要观察1次即能顺利的操作实验.

3）便于学生分析观察.该实验图像在电脑屏幕上显示，有白板的教室可在白板上显示，十分方便教师的教与学生的学.

4）便于学生分析.该实验显示的图像不是1条曲线，而是由许多点组成的图像，学生可以通过这些点，观察振子各个位置的速度大小，还能判断出各个位置加速度的方向，学生学习效果好.

［1］储琪，田玉龙，蒋达娅.利用光电鼠标实现玻尔共振仪混沌现象的数据采集［J］.物理实验，2006，26（10）：46-48.