自制光电门做实验

自制光电门做物理实验 陈毓华 (南安侨光中学 ,福建 泉州 　362314) 　　光电门是物理实验室的标准配制 ,利用光电门与毫秒 计时器配合可以测量物体速度. 本人在教学中发现 ,利用淘 汰的串行接口鼠标 ,我们可以自制一个光电门 ,通过计算机 读取数据 ,简单方便 ,成本也很低. 1 　电路原理 图 1 如图 1 所示 , D1 为红外线发光二 极管 ,D2 为红外线 接收二极管 , R 为 限流电阻 , IC 为鼠 标控制芯片 , 典型 的型号为 SC83702B , 该芯片 16 脚为电源 ,8 脚为地 ,10 脚为鼠标中键信号输入端 . D1 和 D2 组成光电门 ,正常情况下 ,D2 导通 ,相当于按 住鼠标中键 ,当有物体挡在 D1 与 D2 之间时 ,D2 截止 ,相当 于放开鼠标中键. 2 　制作方法 找一个使用串行接口的鼠标 ,拆开鼠标 ,拿出电路板 , 你很容易找到鼠标的控制芯片 ,串行接口鼠标一般只使用 两键 ,但预留了中键位置. 到电子市场 (或电视机维修店) 购 买一对红外线发光 (接收) 二极管 ,按图 1 连接好电路 ,把红 外线接收管密闭在一个盒子里 ,留一个小孔接收红外线 ,实 验的时候把红外发光二极管放在其对面就可以了. 只要用 导线把 D1 与 D2 连接到鼠标控制芯片对应的引脚就可以 了 ,其他引脚保持不变. 3 　软件编程 VisualBasic 是微软开发的一款简单易用的可视化编程 工具. 微软提供的 MSComm 控件通过串行端口传输和接收 数据 ,为应用程序提供串行通讯功能. 事件驱动通讯是处理 串行端口交互作用的一种非常有效的方法. 利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理通讯事件 (比如按下或释 放鼠标左键) . 在编程过程中 ,就可以在 OnComm 事件处理 函数中加入自己的处理代码. 这种方法的优点是程序响应 及时 ,可靠性高. 下面以测试单摆周期为例来介绍. 具体的 操作步骤如下 : (1)打开 VB ,创建一个新的工程 ,将其命名为 gdm. vbp 工程. (2)添加 MSComm 控件. 菜单 :工程 →部件 ,在弹出的 对话框中选择部件 : Microsoft Comm Control 5. 0. 这时 ,在 常用控件栏中新增了一个图标像电话机的控件 ,这个就是 MSComm 控件了. (3) 在窗体中创建如下对象 (见表 1) . 表 1 　对象和属性表 对　　象 属性 值 Form 名称 Caption Form1 测试单摆周期 Label 名称 Caption Label1 请输入全振动次数 : Text 名称 Caption DataFormat Text1 10 数字 (小数位 :0) Label 名称 Caption Label2 摆动时间 (秒) : Label 名称 Caption DataFormat Label3 0 数字 (小数位 :2) Label 名称 Caption Label4 振动周期 (秒) : Label 名称 Caption DataFormat Label5 数字 (小数位 :3) CommandButton 名称 Caption start 开始 Timer 名称 Enabled Interval Timer1 False 10 MSComm 名称 InputLen InputMode Rthreshold Settings MSComm1 5 1 - comInputModeBinary 1 1200 ,n ,8 ,1 　　(4) 代码编写. 在代码框中输入如下代码. 在通用声明中定义程序所用变量 : Dim ac As Byte Dim av As Variant‘用来从接收缓冲区读取数据 Dim n As Long Dim i As Integer Dim w As Integer‘用来存储用户输入的全振动次数 在 Form1 窗口的 MSComm1 - OnComm 处理程序中加 入以下代码 : Private Sub MSComm1 - OnComm () With MSComm1 Select Case . CommEvent 　‘判断 MSComm1 通信事件 　Case comEvReceive 　‘收到 Rthreshold 个字节产生 的接收事件 　　av = . Input —73— 第 29 卷第 7 期 2008 年 　　　　　　　　　　　　　　 　　物 　理 　教 　师 　　 PHYSICS TEACHER 　　　　　　　　　　　　　　 Vol. 29 No. 7 (2008) © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 这样“等效”合理吗 ? 张 　睿 (青岛二中 ,山东 青岛 　266061) 图 1 题目 :如图 1 所示 ,用同 种材 料 制 成 的 一 个 轨 道 AB C , AB 段为 1/ 4 圆弧 , 半 径为 R ,水平放置的 B C 段长 为 R . 一个物块质量为 m ,与轨道的动摩擦因数为μ,它由 轨道顶端 A 从静止开始下滑 ,恰好运动到 C 端停止 ,物块 在 AB 段克服摩擦力做功为 (A)μm gR . 　　　(B) (1 - μ) m gR . (C)πμmgR2 . (D) mgR 2 . 下面是一个学习很好学生的解析 : (1) 本题研究全过程 ,根据动能定理得 : m gR - W f AB - μm gR = 0 , 解得物块在 AB 段克服摩擦力做功为 图 2 W f AB = (1 - μ) m gR , 故答案为 (B) . (2) 若把曲面等效为由 无数微小的斜面连接组成 , 结合物体沿斜面下滑的结 论 ,其依据为如图 2 ,物体在 AB 段下滑过程中 ,克服动摩 擦力所做的功 W =μm gcosθ · h sinθ=μmg OB ,类推到物体在曲面 AB 段克服摩擦力做 功也为μm gR . 故答案 (A) 对. (3) 把 (A) 、(B) 两个答案结合 ,μmgR = (1 - μ) m gR , 可知μ= 0. 5 ,由此 (D) 也对. 因此 ,本题的答案为 (A) 、(B) 、(D) . 但参考答案只有 (B) ,上面的解析对吗 ? 分析 :若答案 (A)对 , (D)肯定对. 问题在于能否把曲面 等效为无数微小斜面组成 ,在该曲面上物体克服滑动摩擦 力做功是否等于μmgR . 化曲为直、等效替代是物理学经常用到的方法 ,笔者认 为该题可以把曲面等效为由无数微小斜面组成 ,但这种等 效替代不应改变两种情况下 (沿曲面和沿斜面下滑) 的等同 性 (即效果相同) . 请注意 ,这里由曲面等效为无数微小斜面 上的任意一点 (物体速度为零的点除外) ,物体所受弹力的 大小 FN ≠m gcosθ(设斜面的倾角为θ) . 这是因为物体在曲 面上的任意点 (物体速度为零的点除外) ,物体都具有向心 加速度. 即 FN > m gcosθ. 由于 FN > m gcosθ,故 f =μFN >μm gcosθ,克服动摩擦 力所做的功 , W >μmgcosθ R sinθ=μm gR ,因此 (A) 不对 ,当 然 (D) 也不对. 错误原因 :认为在曲面上运动的物体所受的弹力与物 体的重力在沿法向方向上的分力大小相等 ,而漏掉了做圆 周运动的物体一定具有向心加速度 (速度为零的点除外) , 也就是这两种运动情况并不是完全等效的. (收稿日期 :2008 - 04 - 01) 　　ac = av(0) 　‘读取一个接收字节 　　　If ac = 135 Then 　‘判断是否放开中键 ,即是否 有物体挡住光电门 　　　　Timer1. Enabled = True 　‘如果有 ,开始计时 　　　　i = i - 1 　　　　If i < = 0 Then 　‘判断是否完成全振动次数 　　　　　Timer1. Enabled = False 　‘如果完成 ,停止 计时 　　　　　. PortOpen = False 　‘关闭串口 　　　　　Label5. Caption = n/ (100 3 w)‘显示周期 　　　　　start . Enabled = True 　　　　End If 　　　End If 　End Select End With 　End Sub 在 Form1 窗口的 start - Click 处理程序中加入以下代 码 : Private Sub start - Click () 　‘开始按钮 　　w = Text1. Text 　　i = 2 3 w + 1 　　MSComm1. PortOpen = True 　‘打开串口 　　n = 0 　‘计时器清零 　　Label3. Caption = n 　　start . Enabled = False 　‘测试期间不允许按“开始” End Sub 在 Form1 窗口的 Timer1- Timer 处理程序中加入以下 代码 : Private Sub Timer1 - Timer () n = n + 1 Label3. Caption = n/ 100 　‘Timer 的计时周期为 10ms , 除以 100 ,转成 s End Sub 4 　使用及改进意见 本人利用该装置实际测试了摆长为 47. 5 cm 的单摆的 周期为 1. 385 s 与理论值 1. 383 s 非常地接近. 利用相同的 原理 ,对程序进行适当的修改 ,就可以用来测量加速度了. 限于文章篇幅 ,在此不记述. 有意者可以来信索取原程序 ( E - mail :muse82 @sina. com. cn) . (收稿日期 :2007 - 12 - 14) —83— Vol. 29 No. 7 (2008) 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　物 　理 　教 　师 　　 PHYSICS TEACHER 　　　　　　　　　　　　　 第 29 卷第 7 期 2008 年 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net