中学物理教材里有许多课堂演示试验，其中有不少需要处理大量的试验数据。笔者设计了一款“单摆周期测量仪”，利用计算机来进行测量。该仪器的硬件是一个红外线反射开关，笔者称为单摆探头，用它探测是否有摆球经过。探测到的信号通过计算机串口上传到计算机，由计算机进行数据处理。由此，我们可以求出单摆的周期、频率以及当地的重力加速度等。下面详细介绍制作和使用方法。
一、硬件部分
首先，我们要制作一个单摆探头，它的电路原理见图1。电路的核心元件是TX05D反射开关（www.texin.com.cn/tx05d.htm），它是一种一体化的红外线发射、接收器件，内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。本器件属模块化产品，全部电路焊装在一只46mm×32mm×17mm（不包括安装支架）的塑料盒内。盒的侧面设有状态指示和灵敏度调节孔（见图2），一只红色发光管用来指示开关的工作状态，平时熄灭，有反射物时即发光。灵敏度调节孔用来调节反射检测距离，顺时针调距离增大，逆时针调距离减小。TX05D通过一条1.5m的双芯屏蔽线作为输出引线，其中红色线为电源正极，白色线为输出端，铜网接电源负极。白色线静态时为低电平，有反射物时输出高电平。实际应用时，如需加长引出线，可选用相同材质的双芯屏蔽线。
TX05D的电源由计算机串口的第4脚DTR接口提供，TX05D输出信号通过该串口的第8脚CTS接口送到计算机，地线连接到串口的第5脚。
在TX05D的前方、侧面以及下面不应有大面积的阻挡物或反射物，笔者把TX05D固定在一小块木板上，并且把TX05D发射接收头露出木板，这就避免了下面的垫子反射的红外线被接收，影响其正常工作。
二、软件部分
对应的计算机端软件由VB设计，设计好的界面如图3所示。界面的左上角显示的是当前的时间，右面是显示计数的窗口，就是摆球每经过一次最低点计数一次，最右面的是单摆全振动的次数，它们是2倍关系，因为一次全振动要两次经过最低点。界面的中间是摆动次数选择，我们知道测量单摆的周期和频率不能测量一次，要测量几十次，然后取平均值，这样误差小一些。在左下角是串口的选择，默认的是COM1口，如果你把探头的插座插到COM2口，请选择COM2口。
把单摆探头的串行口DB9座插到计算机的COM口，再把单摆探头放到单摆摆球经过的最低点位置的一侧，然后使摆球摆动。当摆球摆动稳定后，用鼠标点击“开始”按钮，此时就打开了串口，准备接收来自单摆探头的信号，界面如图4所示。如果摆球经过最低点，下面的绿色状态指示闪亮一下，软件开始计时计数。在计数栏下显示经过的次数，右侧显示单摆全振动的次数。
当全振动的次数和我们预置的次数相等时，程序停止计时计数。我们就可以按动“周期”按钮求周期、按动“频率”按钮求频率了，单位都是国际单位，在标签上也有提示。
如果我们还想求出当地的重力加速度，可以点击“求g”，此时出现一个对话框，如图5所示。可以输入单摆的摆长，单位为m，点击OK，即可求出当地的重力加速度。如果重复做试验，请按“复位”按钮，再点击“开始”按钮即可。
在用Visual Basic设计这个软件的时候用到了MSCOMM通信控件，可能有的计算机没有安装这个控件。当我们双击单摆的图标，应该会出现如图3所示的软件界面，如果出现图6的提示，说明你的计算机没有安装MSCOMM通信控件，需要注册该通信控件。
注册的具体步骤如下：
第一步：在网上搜索得到 “Mscomm.srg”，“Mscomm32.ocx”， “Mscomm32.dep”这三个文件或者在本期配刊光盘上的“单摆周期测量仪软件”文件夹里得到。把他们复制到系统文件夹下，对于Windows9x系列（Win95、Win98、Winme）的，系统文件夹是x：\windows\system\，对于WindowsNT、Windows2000、WindowsXP系列的，系统文件夹是x：\windows\system32\。
第二步：用Windows下的注册工具regsvr32注册该OCX控件，点击“开始”—“运行”，用“cd x：\windows\system\”命令或者“cd x：\winnt\system32\”切换到系统目录下，再执行“regsvr32 mscomm32.ocx”这个命令。如果不行，直接执行“regsvr32 mscomm32.ocx”这个命令试试。
笔者设计好的软件见本期配刊光盘的“单摆周期测量仪软件”文件夹，读者可以免费使用，但不得用于商业目的。
文/杜红霞 代少文 殷建彬