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打点计时器

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来源:admin    发布日期:2020-01-02

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  打点计时器是一种测量短暂时间的工具。如果运动物体带动的纸带通过打点计时器,在纸带上打下的点就记录了物体运动的时间,纸带上的点也相应的表示出了运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的各点间的间隔,就可分析物体的运动频率。

  电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器,其工作电压小于6V,一般是4~6V,电源的频率是50Hz,它每隔0.02s打一次点。即一秒打50个点。电火花打点计时器是利用火花放电在纸带上打出墨迹而显示出点迹的计时仪器,使用220V交流电压,当频率为50Hz时,它每隔0.02s打一次点。电火花计时器工作时,纸带运动所受到的阻力比较小,它比电磁打点计时器实验误差小。电火花打点原理:交流电的电源电压大小会周期性改变,当电压值达到较大时(一般认为是最大时),就会放出电火花,于是电火花会周期性出现,由于纸张不导电,所以不能将电火花吸引在纸面上,而作为导体的碳膜就起到了“引雷”的作用.,将印记“打”在纸带上。

  电磁打点计时器:电磁打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔,在纸带上线序打点的仪器。当给电磁打点计时器的线圈通电后,线圈产生磁场,线圈中的振片被磁化,振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动,由于交流电的方向每个周期要变化两次,因此振片被磁化后的磁极要发生周期性变化,永久磁铁对它的作用力的方向也要发生周期性变化,在交流电的一个周期内打点一次,即每两个点间的时间间隔等于交流电的周期。电磁打点计时器工作时的阻力相对电火花打点计时器而言较大。

  电火花打点计时器的计时原理与电磁打点计时器相同,不过在纸带上打点的不是振针和复写纸,而是电火花和墨粉,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,当电源频率为50Hz时,它每隔0.02s打一次点。

  电火花打点计时器比电磁打点计时器的误差小。原因是:电火花打点计时器所受的阻力远远小于电磁打点计时器。

  空”分布信息,计时基准都是取自家用电的周期,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。电火花打点计时器成功地克服了电磁打点计时器的缺点。

  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,在运动物体拖动的纸带上,以50赫兹频率打点。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附近稍小于的一点上,只要打点能保持在同一相位上,打点的0.02s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。

  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。

  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6kV,电流达80mA,对人是有生命危险的。后来用热敏纸,电压也大于6kV,电流为5至20mA,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220V,但电流控制在200μA以下,从而解决了使用电火花计时器时的安全问题。

  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,我们终于找到了一种合适的的电路,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。

  2.实验纸带是否研究匀变速运动的分析:测量纸带上相邻各点的距离之差是否相等,若相等就是匀变速运动,否则就不是;即匀变速运动的纸带相邻两点的距离差满足 s(n+1)-s(n)=aT^2

  3.计算匀变速运动中某点瞬时速度;由匀变速运动物体在某段位移的平均速度等于物体在该段位移中点时刻的瞬时速度;即 V(n)=[s(n)+s(n+1)]/2t

  s(n)指第N-1个计时点到第N个计时点的位移,s(n+1)指第N个计时点到第N+1个计时点的位移,[s(n)+s(n+1)]指第N-1个计时点到第N+1个计时点的位移(即把要求的点包括在了他们中间即N处),t指发生两个相邻计数点(N-1到N,N到N+1)之间的时间间隔.2T就是时间间隔总和

  (1)理想纸带的加速度计算:由于理想纸带描述的相邻两个计数点间的距离之差完全相等,即有:S2-S1=S3-S2=…=S(n)-S(n-1)=△S=aT^2;故其加速度 a=△S/T^2

  (2)实际的实验纸带加速度计算:由于实验过程中存在一定的误差,导致各相邻两个计数点间的距离之差不完全相等,为减小计算加速度时产生的偶然误差,采用隔位分析法计算,可以减小运算量,方法是,用S1,S2,S3.......表示相邻计数点的距离,两计数点间的时间间隔为T,根据△S=aT^2有

  求出a1=(S4-S1)/3T^2 a2=(S5-S2)/3T^2 a3=(S6-S3)/3T^2

  实验前,应将打点计时器固定好,以免拉动纸带时晃动,并要先轻轻试拉纸带,应无明显的阻滞现象。

  使用打点计时器,将打点计时器固定在实验台,应先接通电源,待打点计时器打点稳定后再放开纸带,使时间间隔更准确。

  打点计时器使用的电源是交流电源,电磁打点计时器电压是4~6V;电火花打点计时器电压是220V。

  小车离滑轮端不能太近,向前的余地太小,会使纸带上留下的计时点过少,给测量带来不便,产生较大的误差。

  滑轮位置不能太低,会使砝码与小车之间的连线与木板相接触,且线的拉力方向与板面不平行,阻力大,误差大。

  使用电火花计时器时,应注意把纸带正确穿好,墨粉纸位于纸带下方;使用电磁打点计时器时,应让纸带通过限位孔,压在复写纸下面。

  打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点,如遇到打出的是小横线、重复点或点迹不清晰,应调整振针距复写纸片的高度,使之大一点。

  复写纸不要装反,每打完一条纸带,应调整一下复写纸的位置,若点迹不够清晰,应考虑更换复写纸。

  打点器不能长时间连续工作。每打完一条纸带后,应及时切断电源。待装好纸带后,再次接通电源并实验。

  对纸带进行测量时,不要分段测量各段的位移,正确的做法是一次测量完毕(可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离)读数时应该估读到毫米的下一位。

  描点作图时,应把尽量多的点连在一条直线(或曲线)上不能连在线上的点应分居在线的两侧。误差过大的点可以舍去。

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