频闪照相法的替代

1、频闪照相法的替代 四川省达州高级中学 刘泽川【实验目的】 在新课课程改革环境下，高中物理实验教学更注重学生对科学精神的领悟，动手操作能力的培养。实验研究的手段也越来越丰富，其中频闪照相技术已经作为研究物体运动的重要手段，可以更加生动、形象的研究物体运动的规律。专业的频闪技术是在同一张底片上间隔相等的时间多次曝光获得的，也就是在同一相片上显示一个物体在不同时刻的位置，其效果就好象在不同时刻所拍的透明相片重叠在一起，得到一幅在同一个画面内有不同时刻物体影像的频闪相片。但频闪照相技术，设备昂贵，中学实验室很难承受；实验条件苛刻，操作要求高，非一般物理实验室特别是中学物理实验室能够具备的。在实际教学中

2、中常常只作为一种方法向学生介绍。为了让学生更加形象的理解频闪照相技术，我们通常通过课件模拟，但学生没有自己亲自动手做实验，无法获得真实的实验体验，而且课件模拟数据是人为预设，不是来自实验数据，其科学性也有待商榷。基于此结合教学经验，笔者试制了一套简易的频闪照相设备,它不同于一般的课件模拟，我们所得到的照片是建立在真实的图像数据之上的，能很好的反映它的真实性，误差也符合中学物理实验的要求,其效果与专业的频闪照相仪非常接近。【实验原理】随着数码技术的发展和应用，原来在专业高档相机的连拍功能，现在家用相机基本都具备了这个功能，甚至还有少部分手机也已具备了此功能。而数码相机的连拍功能是通过机内软件控制

3、来实现的，所以相邻照片的时间间隔是十分精准的（本实验所用canon450D每一秒钟5张）。拍出来的数码照片，可以轻易的实现编辑合成（photoshop软件来实现），我们把一系列连续的照片进行拼接，其效果就好象在不同时刻所拍的透明相片重叠在一起，得到一幅在同一个画面内有不同时刻物体影像的频闪相片。【实验器材】（1）照相设备：佳能EOS 450数码相机，三角架，连接电脑数据线。（2）处理设备：带Photoshop软件的电脑一台。【相机测试】为了实验更加准确，就需要对相机连拍功能时间间隔的稳定性进行测试。第1张第2张第3张第4张第5张相机调到高速连拍模式，用三脚架固定好，对准应经启动的数字秒表（本实

4、验用手机附带功能）进行连续拍摄，得到如下一系列照片：通过照片发现连续拍摄照片的时间间隔t=0.2s,误差为1/100s，在允许的误差范围内稳定，完全能够满足本实验的要求。【实验1】 匀变速运动的研究一、匀变速直线运动演示设备：1 m左右长木板（白底黑网格）一块，带轮小车一个，大铁球1个，带电磁铁和导轨的斜槽。二、本实验说明：1、由于本实验要得到清晰的频闪照片，笔者通过反复尝试发现如果选用小车做水平方向的匀变速运动，由于小车体积比较大在照片中占有的比例较大，导致相邻图像间距较小，在后期照片处理时图像很容易重叠在一起，得到频闪照片不理想，如下图。最后选择了密度大体积较小的金属小球作为实验对象。2、

5、为了减小小球下滑的摩擦力，在木板上面安装了金属轨道。安装时先用螺丝将轨道平整的安装在木板上，再用万能胶将轨道与木板粘好，让轨道与木板连接更加牢固，小球运动的轨道面更加平整，不至于在滑行时发生形变。3、本实验中，如果用手静止释放小球，很难真正让小球静止释放，总是习惯性的给小球一个初速度，同时很难做到同时从小球两侧释放，很容易导致轨道平面侧向震动，影响实验。为了克服这一点，笔者选择了通过电磁铁来控制释放小球，这样就可以避免上述问题。如下图: 通过如图控制电路实现对电磁铁磁性的控制，当按钮开关按下时，回路闭合，产生磁性，就可将小球吸住；当松开按钮回路断开磁性消失，小球沿轨道开始加速下滑。【实验步骤】

6、1、水平的桌面上适当的位置，树一个白色背景（可以用白色美术纸，或白布均可），桌面放一木板，一端通过木块适当垫高，另一端适当伸出桌面，用三脚架固定一个数码像机，将数码相机调整到高速连拍模式。2、连接好控制电路，将按钮开关按下回路处于闭合，将小球当斜面轨道顶端，用电磁铁吸住。3、先按下快门相机开始连续拍摄，再松开按钮回路断开，小球沿斜面轨道加速下滑，这样就得到了一组系列照片，重复相同的步骤多照几组照片。4、然后将拍摄的照片拷贝到电脑里，利用图像软件将一组系列照片，依次导入电脑，再进行处理，拼接到一张照片，这样便得到了一幅“频闪照片”。5、然后学生根据图上的钢球不同时刻对应的尺的刻度和时间间隔，就可

7、以研究了。【数据处理】拍摄参数：Canon EOS450D相机 高速连拍模式拍摄时间间隔t=0.3s 曝光时间S原始相片：照片1照片2照片3照片4照片5照片6 将照片通过Photoshop处理后，将小球在不同时刻的位置拼在同一张照片中，就形成了“频闪照片”（如下图）。根据所得的“频闪照片”分别测量出小球在不同时刻的数轴坐标：位置编号12345时间t/s00.30.60.91.2位置坐标（cm）4.512.526.546.371.8X1 = d2 - d1 = 12.5 4.5 = 8 cm X2 = d3 - d2 = 26.5 12.5 = 14 cm X3 = d4 - d3 = 46.3

8、 26.5 = 19.8 cm X4 = d5 - d4 = 71.8 - 46.3 = 25.5 cm通过分析发现： 因为 X4 - X3 X2 - X1 所以小球做的是匀加速直线运动由逐差法求加速度X3-X1=a1t2 X4-X2=a2t2a= =0.647m/s2照片1照片2照片3照片4照片5处理后的相片【实验2】 自由落体运动拍拍摄参数：Canon EOS450D相机 高速连拍模式拍摄时间间隔t=0.2s 曝光时间为S原始照片：（见上页）将在不同时刻重物在空间的位置转移到一张照片上，就得到了自由下落运动物体的“频闪照片”。【实验特点】1、我们利用数码相机和电脑软件获得频闪相片的方法中，既利用了多媒体很好的可视性，符合了实验的真实性，而且数据处理方式灵活，让学生对频闪相片有了更深入的了解。2、操作简单，普通学生都可以完成实验，后期的图像处理需要老师介入。3、适用范围广，日用相机都和普通电脑已经很普及，其他器材都是日常力学器材，普通中学都可以在现有条件下都可以做出来。同时这中研