练习使用打点计时器

练习使用打点计时器

实验目的

1.了解打点计时器的构造及计时原理.

2.练习使用打点计时器.

3.学习利用纸带记录分析,判断物体的运动，并测其平均速度.

实验原理

1.打点计时器是一种使用低压交流电的计时仪器，它的工作电压是10V以下，当电源频率是50HZ.

2.它每隔0.02s打一次点。

3.当运动物体拖着纸带运动时，打点计时器就在纸带内打上一系列点，这记录了运动物体的位移和发生相应位置。

注意事项

1.电压一般是10V以下，一定是交流电压。

2.实验时，先启动打点计时器，待震动稳定后，再让纸带运动。

3.每次打点完必时，要关闭打点计时器的电源，不宜长时间空打。

4.复写纸的油面要向下，纸带从复写纸的下面穿过。

实验结论

打点计时器是一种通过打点的方式记录时间的仪器。它的打点时间间隔是一定的，所以从打出的点的间距大小可以判断物体的运动速度大小的变化。点间距越小，则物体运动速度越小，点间距越大，则物体运动速度越大。

实验考点

主要考查打点计时器的基本原理，使用条件，并会根据打出的点对物体的运动情况作出判断。实际上单纯对这个实验的考查比较少，因为这个实验的目的是器材的熟悉和使用，为后面进一步“测定匀变速直线运动的加速度”和“验证机械能守恒”的实验作准备。

经典考题

1、电磁打点计时器是一种使用____电源的计时仪器，其工作电压约为 ____V，通常打点的时间间隔

为 ____s. 电火花计时器的工作电压是 ____V。

2、如图所示为某次实验中打出的一条纸带，现已经在纸带上每5个点取一个计数点，分别标上了A、

B、C、D、E、F，用直尺去量出相关的距离，运用你学过的知识判断纸带的这段运动是匀速直线运动还是匀变速直线运动，并把判断结果和理由写出来。

3、从打点计时器打上点的纸带上可以直接得到的物理量是：（）

能间接得到的物理量有：（）

A、时间间隔；

B、位移；

C、速度；

D、加速度；

E、平均速度。

答案

1.答案：交流电、4~6、0.02、220

2.答案：测量略，由于间距越来越大，所以做的是加速运动

3.答案：A、B，C、D、E

电火花计时器与电磁打点计时器的比较

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0.02秒，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。

一、运动与计时互相干扰的排除

电磁打点计时器工作时，由市电经线圈引起磁场的周期变化，策动弹片带动打点针，在运动体拖动的纸带上，以50 Hz频率打点，并产生了计时和运动间的相互干扰。

1. 计时对运动干扰的排除

电磁打点计时器的打点针对运动中的纸带产生冲击和摩擦，干扰了纸带的运动，这在自由落体实验中尤为显著。

电火花计时器利用高压脉冲火花放电，放电针与纸带没有接触，因而不会干扰纸带运动。

2. 排除运动对计时的干扰

电磁打点计时器的计时周期会受到纸带运动的干扰，对此我们进行以下分析和实验。以振子向下打点过平衡位置的作为0相位，这样在纸带上打点时的相位将在/2附近稍小于/2的一点上，只要打点能保持在同一相位上，打点的20 ms周期的等时性就能保证。当纸带静止时，若电磁打点计时器调节适当，打点的等时性得到保证。但是当纸带运动时，受到打点针冲击作用的纸带对振子也产生反作用，从而影响到打点时相位产生显著漂移，结果破坏了打点的等时性。

二、操作性能的改善

1. 减少调节，提高工作可靠性

使用电磁打点计时器时，对打点相位的调节，常常是一般师生难以掌握的技术难点；对已调好的计时器，在使用中因随环境因素而改变，即使耗费大量时间与精力调节，也常常难以调好，从而降低了工作的可靠性，降低了实验的置信度和课时利用率。

使用电火花计时器时由于不需要上述调节，一般学生在2~5分钟内便能采集到实验数据，从而可以使学生的精力集中到控制实验现象产生的条件，以及研究分析运动规律上去。

2. 安全性能的突破

电磁打点计时器在使用中是没有安全问题的。电火花打点计时器长期不能在教学中使用的关键之一是安全问题。早期的电火花打点计时器，其记录灵敏度低下，依赖于电火花在白纸上烧孔，其电压大于6 kV，电流达80 mA，对人是有生命危险的。后来用热敏纸，电压也大于6 kV，电流为5至20 mA，也是极不安全的。我们采用的打点记录方法，是一种与电场描绘及传真记录相类似的微电流转印方法，其电压虽然高达3万伏，但电流控制在200 μA以下，从而解决了使用电火花计时器时的安全问题。

三、实验成本

电磁打点计时器是一种低成本教学仪器，它的价格和实验消耗都比较低。八十年代初，电火花计时器与电磁打点计时器之间的价格比在10∶1以上，材料消耗比在50∶1以上（前者用热敏纸时），经过长期研究改进，我们终于找到了图2所示的电路，在充电放电上都利用市电的相位信息，使电路大为简化，使两种产品的价格比低于2∶1。由于电火花计时器不用低压电源（学生电源），而电磁打点计时器要用配套的学生电源，若将此项因素一并考虑，则上述的价格比就要倒过来了，因此，电火花计时器更便宜。在材料的消耗方面，由于我们采用了合适的介质材料，火花放电的点迹经过放大转印到普通白纸上，因此比电磁打点计时器用的电报纸带价格更低，而且可以自制。

综上所述，可知新型的电火花计时器完全具备了替代电磁打点计时器的条件，适于在我国普及。