利用数码摄像机获得平抛运动轨迹精选.doc

利用数码摄像机获得平抛运动轨迹 安徽省阜阳市三中　张兴武 ? 　　关键词：数码摄像机　图片处理　平抛运动轨迹 ? 　　平抛运动是中学物理中的一种常见运动形式，高中教材介绍可用频闪照相技术得到平抛运动物体运动的频闪照片，从而对平抛规律进行研究。由于频闪照相仪价格昂贵，中学的实验室中往往没有配备这种仪器，因此我们在教学中常常拿一些现成的频闪照片进行研究。为了让学生能够亲自得到平抛运动的照片，体验实验的乐趣，我们进行了使用家用数码摄像机结合国产视频播放软件超级解霸、文字处理软件Word22003模拟频闪照相仪的方法并获得平抛运动轨迹的研究，介绍如下。 ? 　　Ⅰ?实验装置 ? 　　家用数码摄像机（带摄像功能，这里选用松下FZ-18）及支架、平抛运动实验器（如图1）（包括小钢球、铅垂线）、计算机（用于数据处理，装有超级解霸、office2003等常用软件）、相机数据线或读卡器。 ? 图1 ? 　　1.松下FZ-18相机主要功能介绍： ? 　　a)本文主要用到图像模式中的30fpsVGA选项进行录像，fps为“帧每秒”，30fps即可以在1秒钟内拍下30张图面。 ? 　　b)利用“从动态影像中创建静态影像”功能可以从所录制的动态影像中创建静态影像，时间间隔可选为间隔可选为1/30秒、1/15秒、1/10秒、1/5秒。（1/30秒即为按帧查看，1/15秒为跳过一帧查看），使用此功能可以仔细看清楚运动物体的图像，在实验后查看所录影像是否合格、是否需要重新进行实验。使用此功能每次也可在相机内创建静态影像，但是大多数相机不具备此功能，故在此不再叙述。 ? 　　2.超级解霸介绍：版本3500．2．1 ? 　　经典菜单（图2） ? 图2 ? 　　a)单帧播放按钮：每按一次，影片向前播放一帧。连续按下便可进行“慢镜头”播放. ? 　　b)单张截图按钮：按下便可得到一张静态图片，实现将动态影片转换为静态图片。 ? 　　3.相机数据线或读卡器：将影片从数码摄像机转存至计算机中。 ? 　　Ⅱ?操作步骤 ? 　　1.将平抛运动实验器放在实验桌上，利用铅垂线，调节底座使方格板处于竖直面内。调节斜槽使其末端处于水平。将数码摄像机安装在支架上，进入动态影像模式（即摄像模式）转动变焦杆，进行变焦，使整个方格板能够在相机LCD监视器上显示，从而能够录下整个平抛运动。 ? 　　2.按下快门按钮开始录像，释放小钢球使其做平抛运动。小球落地后按快门结束录像。 ? 　　3.使用“从动态影像中创建静态影像”功能将录制的动态影像的全部帧显示为静态影像，间隔可选为1/30秒，查看录像是否清晰，不清晰可重做实验。（不具备此功能的相机可以在计算机中对影片进行查看） ? 　　4.通过数据线或者读卡器将影片转存至计算机中进行处理。 ? 　　5.实验时应注意的问题 ? 　　a)方格板要处于竖直平面内，斜槽末端要保持水平，拍摄时使用三脚支架固定摄像机以保证相机的稳定，并使镜面与方格板平行。转动变焦杆，进行变焦，确保小球运动轨迹的范围应略小于相机取景范围，这样才能获得更多的图片 ? 　　b)钢球和方格板的颜色反差尽量要大，这样更有利于拍摄和观察，拍摄时光源既要为摄像配光同时也要有利于学生观察实验，所有光源均应配装合适的灯罩，以防光线直射数码相机镜头或学生的眼睛。 ? 　　Ⅲ 图片处理 ? 　　1.将动态影片转换为静态图片 ? 　　超级解霸的连续抓图功能，可以将动态的影片转换为静态的图片，但只支持几种常见影像格式如VCD、DVD或者MPEG1标准的．MPG以及.DAT、.VOB格式文件。其他的一些格式如MOV/ASF/RM/AVI都不行，松下FZ-18拍摄的影片为MOV格式，我们可以利用超级解霸的单帧播放及单张截图功能进行转换，具体操作如下。 ? 　　a)用超级解霸打开平抛运动录像，刚开始播放时按下“暂停”键，通过水平时间控制轴将录像调节至小钢球刚离开轨道末端的时刻，按下单张截图按钮，便可保存下第一张图片，命名为01。 ? 　　b)按一次单帧播放按钮，影片进入到下一帧，再次按下单张截图按钮，保存第二张图片，命名为02，重复操作至小钢球离开镜头。 ? ??? ? ?? ? 　　c)以上为钢球从离开斜槽至落在底端过程中的8张静态图片。 ? 　　观察以上图片会发现，图片中的钢球都拖有“尾巴”，这是由于摄相机快门速度比较慢导致的，提高快门速度即可。由于很多家用摄相机不能进行光圈的控制，这时解决的主要方法有：提高拍摄环境的亮度和提高感光度（ISO）设定。如果还不能解决问题，可以使用曝光补偿，以照片曝光不足为代价，来提高快门速度。对于课堂上的演示实验来说，这样的照片更加具有“动感”，通过这些“尾巴”更能反映出钢球的运动趋势，而且更加方便我们在后面描绘钢球的运动轨迹，在数据处理时可以取平均位置计算。 ? 　　2