一、 目的与要求
1.了解两种打点计时器的构造、原理和使用方法。
2.知道两种计时器打点的时间间隔都是由电源的频率决定的。 3.会利用打上点的纸带研究物体的运动情况，掌握一些处理数据的基本方法。 二、 原理与思路 1.打点计时器原理 (1)电磁打点计时器 电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，其结构如图2- 1所示。它的工作电压是必须6V 以下(一般选在4～6V 之间)。电源频率是50Hz 时，它每隔0.02s 打一个点。
1)结构：
电火花打点计时器
图2- 1
2)原理：
J0203型打点计时器，其工作原理可用图2- 2说明．当线圈中通入的交流电为正半周时，设电流方向如图甲，则线圈中被磁化的钢制左端为N 极，永磁体的磁场就使向下运动，振针就在纸带上打出一个点；当交流电为负半周时，电流方向如图乙，左端变为S 极，永磁体的磁场就使向上运动．如此反复作用，就振动起来．制造时使的固有频率为50Hz ，等于交流电的频率，这样就发生共振，振动频率也是50Hz ，即周期为0.02s ，并且有较大的振幅。于是振针就每隔0.02s 向纸带上打出一个清晰的点。打点计时器在使用前应进行检验，打点周期的等时性不好的要进行调整，具体方法请参阅后面的参考资料。振针的高度应适当，并且不要松动，否则会出现漏点、双点、等时性不良等缺点，并对纸带产生过大的摩擦阻力。纸带在使用前要整平(可用熨斗熨)，以免造成打点间隔变化或点子不清晰．每打完一条纸带，要将圆形复写纸片的位置调整一下，以充分利用它的不同部位，保证打点清晰。打点器是按间歇工作设计的，每打完一条纸带要及时切断电源，防止线圈过热而损坏．在纸带上测量长度时：不要用短尺一段一段她测量后相加．以免误差积累。打出的纸带要贴在实验报告中，作为原始记录。
图2- 2
打点计时器的线圈中通入50Hz 的交流电时，电流1秒钟改变100次方向，振片相当于一个磁极不断变化的电磁铁，当左端为N 极时，振片被永久磁铁的S 极吸引向下运动；当左端为S 极时振片被永久磁铁的N 极吸引向上运动，振片1秒钟振动50次，振针0.02s 打一个点。
(2)电火花打点计时器
电火花打点计时器则是利用火花放电使墨粉在纸带上打出墨点而显出点迹的一种计时
振针
振片
线圈
限位孔
仪器.
1)结构：
图2- 3
2)原理：
如图2- 3所示，给电火花打点计时器接220V 电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期.当电源频率是50Hz 时，它每隔0.02s 打一次点。
这两种计时器的共同点是在纸带上记录运动物体的“时——空”分布信息，计时基准都是取自市电的周期，在我国每两个点之间的时间间隔为0.02s ，因而有相同的数据采集方法与数据整理分析方法，并可与斜面小车、轨道小车等配套使用，但在可靠性、准确性以及课时利用率等方面，则有很大的差别。电火花计时器成功地克服了电磁打点计时器的缺点。
2.纸带研究运动的原理：
实木花盆
如果把纸带跟运动的物体连接在一起，打点计时器便在纸带上打下一系列的点，这些点既记录了运动物体在不同时刻的位置，也记录了相应的时间。通过对纸带上点子之间距离的研究，可以了解物体运动的情况。
设打点计时器打点的时间间隔为T ，那么纸带上相邻两个点所表示的时间间隔就是T 。如果数出纸带上一系列点的总数为N ，则打这些点所用的总时间为t =(N -1)T 。如果测出这N 个点之间的总距离Δx ，则t 时间内纸带运动的平均速度为ΔΔΔ(1)x x
v t N T
=
=
-. 瞬时速度可用极短时间内的平均速度代替. 三、 材料与用具
电磁打点计时器、电火花计时器、学生电源、导线、纸带、刻度尺。
四、 步骤与方法 1.操作步骤
夫妻保健器具（1）固定计时器
图2- 4
（2）穿纸带(穿法见 图2- 5)
正脉冲输入插座
负脉冲输入插座
墨粉纸盘
纸带
注意：
使打点计时器的限位孔穿行方位与桌边平行
注意：
使用打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸/导电纸下面。
图2- 5
（3）如图2- 6所示启动电源，用手水平拉动纸带，纸带上打出一系列的点，随后立即关闭电源。
图2- 6
(4)换上新纸带，重复操作三次。
2.纸带的简单处理 (1)测平均速度
如图2- 7所示选取点迹清晰的纸带，从能够看清的某个点开始做上标记(如“A ”，或“0”)，往后数出若干个点并作上标记(如“B ,C ,D ,……” ，或“1，2，3，……”)。由此计算出纸带从第一个点到第N 个点的运动时间；用刻度尺量出第一个点到第N 个点的距离。
图2- 7
如图2- 8在D 、G 这两 个点的时间间隔内，纸带运动的平均速度可由公式ΔΔx v t
求出。
注意：
1.打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是短横线，应调整一下振针距复写纸片的高度使之增大一点。
2.释放物体前，应使物体停在靠近打点计时器的位置。
3.先开电源，后拉纸带，应先接通电源，待打点计时器稳定后，再释放纸带.
对电磁打点计时器，打完点后应立即断开电源.
问题：
如果数出N 个点，这些点划分出来的间隔数是多少？t =(N -1)T
图2- 8
如果纸带做匀速直线运动，此式计算出来的就是纸带的运动速度。
表1： 纸带在某段时间内的平均速度 点子数N 点子间隔数N -1 运动时间Δt /s 位移Δx /m 平均速度v / ( m•s -1)
(2)如何测量瞬时速度
液氨化工厂制备
如图2- 9所示，纸带上E 点的瞬时速度如何求解？
图2- 9
表2： 手拉纸带在几段时间中的位移和平均速度
位置
0 1 2 3 4 5 Δx / (0.01m) Δt / s
v /( m•s -1
)
问题：
如何从纸带打点判断运动是匀速运动还是变速运动？变速运动中又如何判断是加速还是减速？
问题：
用哪条纸带处理的数据最接近E 点的瞬时速度呢？
考虑准确性和可行性之后，选哪种处理方法计算瞬时速度最好？
(2)研究手拉动纸带运动的图象
1) Δ
Δ
x
v
t
可以大致表示某包含点的瞬时速度，两边点离得越近算出的平均速度接近E 点的瞬时速度，但过小的间距也会增大测量的误差.综合考虑采用准确性和可行性之后，可采用上面v4的方法求解用0.04s内平均速度代替瞬时速度的值(如图2- 10所示).
图2- 10
表3：手拉纸带在几个时刻的瞬时速度
位置0 1 2 3 4 5
Δt/ s
v/ ( m•s-
1)
2)用图象表示速度
①建坐标系
图2- 11
②根据表格数据描点
图2- 12
③连线
图2- 13
五、结果与分析
注意：
坐标系应包含横/纵坐标的名称及
单位，还有标度(应根据相应的物
理量的测量数据范围合理设定单
位长度，保证最终所绘的图线尽
量占满作图区.
注意：
连平滑曲线，让曲线平滑地过尽
可能多的点. 不能连成折线.
不能过的点，若偏离曲线总体走
势不远，则应使点均匀分布在曲
线两侧；
若偏离过远，则应分析原因，是
否测量误差或差错造成还是在该
点附近特殊物理现象出现.若是
吊葫芦错误点，则应删除.
注意：
描点时要留下痕迹，也可用
苒苒草
“*”,“+”,“×”,“▲”等形
状作为点的标记.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议