茅以升先生7岁那年的元宵节，家里买了很多灯笼，有圆形的、有方形的，还有两个棱柱形的走马灯。走马灯一个挂在墙上，一个挂在堂屋中央。走马灯中间有一个轴，轴上有一个可以旋转的小轮子，轴心插上红通通的蜡烛，轮子四周插上彩色的纸人和纸马。蜡烛上方有一个风叶，蜡烛点燃以后，热气往上冲，使风叶转动，带动轮子旋转起来，轮子四周的纸人和纸马也飞快地旋转起来了。明亮的烛光把小纸人和小纸马的影子投在灯壁上，像活动的电影一样有趣。
走马灯像磁石一样把茅以升吸引住了。他仰着脖子、抬着头，不眨眼地盯着走马灯，越看越入迷。
“小人、小马怎么会转呀？”茅以升好奇地问大人。大人告诉他：“是蜡烛的热气熏的。”
听了回答，茅以升把挂在墙上的走马灯拿下来，“噗”的一声，吹灭了蜡烛，小人、小马越跑越慢，终于停了下来。
“那么，怎么才能让小人、小马跑得快一些呢？”他又提出一个问题。大人告诉他：“热气大，小人、小马跑得就快。”于是，他又拿来一支蜡烛，两支同时点燃。果然，小人、小马飞一样地转起来……
这天晚上，茅以升特别高兴。虽然他不完全懂得走马灯转动的科学道理，但是，走马灯引起了他对科学的兴趣，他开始想：“科学，多么有意思啊！”
材料清单：纽扣电池×1、小电动机×1、三角二档拨动开关×1、纽扣电池盒×1、螺钉×6、螺母×6、导电铜丝×4、金属杆×1、蜗杆×1、拼接木板套材×1（见图1）
■图1 材料清单
知识learning
视觉暂留
视觉暂留现象是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍会保留一段时间的现象，其具体应用是电影的拍摄和放映。视觉暂留现象是由视神经的反应速度造成的，其时值是1/24秒，这也是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑，从而引起人体视觉。感光细胞的感光依靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就是视觉暂留的机理。
视觉暂留现象首先被我们中国人运用，走马灯便是据历史记载中最早的视觉暂留现象的运用。宋朝时已有走马灯，当时称“马骑灯”。随后法国人保罗·罗盖在1828年发明了留影盘，它是一个将绳子在两面穿过的圆盘，盘的一面画了一只鸟，另一面画了一个空笼子。当圆盘旋转时，鸟便在笼子里出现了，这证明了当眼睛看到一系列图像时，它会一次性地保留一个图像。图2展示了古代走马灯的现代还原品。走马灯中的图像正是利用了人类视觉暂留的特点，让人看到走马灯中的人物动了起来。
■图2 走马灯
人类利用视觉暂留现象发明了很多有趣的小玩意，还有一样我们孩童时代都离不开的东西也是由视觉暂留现象的发现衍生出来的，那就是动画片，如图3所示。
■图3 动画片《幻想曲》
由法国导演Émile Cohl拍摄于1908年的《幻想曲（Fantasmagorie）》是世界电影史上第一部真正意义上的动画片。短片虽然无声黑白，并且只有1分多钟，却包含了Cohl手绘在黑板上的700多张粉笔画。《幻想曲》很有当年默片的喜剧感，“变形”的主题非常有想象力，如图3所示。虽然现在的动画片已经不再用这种复杂的方式制作，不过我们可以看出利用视觉暂留现象制作的动画是现代动画的鼻祖。同学们也可以制作简单的动画，如图4所示，当然我们不赞同同学们损坏自己的课本！
■图4 书本动画
人眼观看物体时，成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，从而感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会立即消失，而是要延续0.1～0.4秒的时间，人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。今天我们要制作的笼中鸟就相当于两页的小动画。
技能getting
笼中鸟的电路连接如图5所示。
■图5 笼中鸟电路连接图
1）开关连接中间引脚和任一侧引脚。
3）直流电源的正负极决定电动机的正转、反转。电动机
电动机，俗称马达（英语motor的音译）。电动机通过电磁感应带动电动机转子旋转。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机，顾名思义，直流电动机是用直流电驱动其转动的，而交流电动机则需要交流电驱动。在本次活动中，我们采用的是直流电动机。(www.xing528.com)
图6是分析直流电动机的物理模型图。其中，固定部分有磁铁（这里称作主磁极），还有电刷；转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。绕组在主磁极中央，由于电磁感应现象，绕组通有直流电流时，环形铁心会受到力的作用，因此绕组会旋转，从而带动电动机轴的旋转。
■图6 直流电动机工作原理图
动手DIY
笼中鸟制作所需的木板编号如图7所示。
■图7 木板编号
Step1 将4块小木条两两叠加放在木板1两侧，并用4个螺钉穿到板上的小孔中，注意，此时不需要固定，做完后将材料放到一边，如图8所示。
■图8 步骤1安装示意图
Step2 将纽扣电池盒和小开关插到木板3中，一定要插到底，如图9所示。
■图9 电池座安装示意图
Step3 将刚才插好开关和电池盒的木板3翻过来，将开关的中间引脚焊接到电池盒近侧的引脚上，然后为开关的任一侧引脚焊接导线，电池盒的另一侧引脚也焊接上导线，导线的另一边剥好线待用，如图10所示。
■图10 开关即电池座焊接
Step4 将焊好零部件的木板3的导线穿到木板2对应的小孔中，把线穿出，翻过木板2，将导线两脚分别焊接在电动机的两极上，如图11所示，再将小电动机穿进木板2的方形孔中，使电动机黄色部分正好能卡在板上。
■图11 电动机安装示意图
Step5 将装好电动机的木板2放置在木板1上，用螺钉和螺母固定住。然后用蜗杆连接小电动机和长金属杆，完成后如图12所示。
■图12 电动机的固定及转轴的安装
Step6 将“小鸟”和“笼子”的图片粘在一起，长金属杆穿进两张纸的正中心，如图13所示。
■图13 安装完成后外观
最后我们只需装上纽扣电池，打开开关就能看到小鸟出现在笼子里面了。同学们还可以发挥自己无尽的想象，制作出更多有趣的图案（见图14）。
■图14 其他图案选择
创意expanding
电视画面重现的原理 荧光屏的影像其实是由每秒30个连续的独立面所组成的，它们本来是一格格的单独画面。映像管不断地传送一个又一个的画面，而这一个个的画面，由于人类视觉暂留现象的缘故，看起来就好像连续移动的画面，这就是电视能将动作重现的原因。而视觉暂留就是我们的眼睛看任何东西时，都会产生一种很短暂的记忆，把这些记忆记下来，连接在一起，我们就会看到动作，产生“画面连续不断”的错觉。
最早的时候，电影是如何放映出来的呢？1895年，法国的卢米埃尔兄弟在爱迪生的“电影视镜”和他们自己研制的“连续摄影机”的基础上，研制成功了“活动电影机”，如图15所示。活动电影放映机通过在一个光源前高速转动带有连续图片的电影胶片条，从而形成活动的错觉。活动电影机由一个暗箱组成，里面装有35毫米凿孔胶片间歇运动的牵引机构和遮光旋转机构，并装有一个摄影镜头和一个放映镜头。
■图15 活动电影机
装上摄影镜头时，可以以每秒12幅的频率摄影，获得负片。取下摄影镜头，将曝光后的负片与另一条未曝光的胶卷贴在一起曝光后转成正片。放映时，正片装入放映机内。打开灯泡后，光束穿过胶片和镜头，静止的画面以极短的间隔高速地通过片窗，使影像在观看者的视网膜上暂留，观众便会看到一组活动的画面。
看过最早期电影的原理后，再看看我们的小制作，有的同学会说，我们制作的两帧动画太不过瘾了！那为何不改进一下，尝试做一个更多帧的动画呢？动手改进，看看能不能用此装置做出更多画面！
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