打点计时器

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，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。

主要构成：壳体，脉冲发生器，脉冲输出开关，纸盘轴。

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。

正常工作时需接220V交流电源。

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。

1．运动与计时互相干扰

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。

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。

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

1.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面。

2.把打点计时器固定在木板没有滑轮的一侧，并连好电路。

3.把一条细绳栓在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码。

4.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面。

5.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动。

6.断开电源，取出纸带。

7.换上新的纸带，再重做两次。

注意：避免使用纸带的前两个点。必须先接通电源，再释放小车

纸带分析

1、自由落体运动初始点的分析：看纸带的前两个点的距离是否接近2mm，接近2mm的纸带才是由静止开始的自由落体运动实验纸带。

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

4．计算匀变速运动的加速度：

（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

S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3a1*T^2

同理S5-S2=S6-S3=3a2*T^2

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

再求平均值计算加速度：a=(a1+a2+a3)/3

1、研究自由落体运动的特性。

2、实验研究匀变速运动相邻两点的距离差满足 s(m)-s(n)=(m-n)aT*2 。

3、计算匀变速运动中某点瞬时速度。^[1]