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2019-2020年高中物理 實驗手冊 第二部分 實驗4 練習使用打點計時器 [實驗?zāi)康腯 1. 了解打點計時器的構(gòu)造及計時原理。 2. 練習使用打點計時器。 3. 學習利用紙帶記錄、分析和判斷物體的運動，并測其平均速度。 [實驗器材] 打點計時器（電磁打點計時器和電火花打點計時器），實驗電源，導(dǎo)線，電鍵，紙帶，刻度尺，長木板，小車。 [儀器介紹] 1. 電磁打點計時器的構(gòu)造與工作原理 J0203型電磁打點計時器的構(gòu)造如圖4—1所示。 圖4－1 電磁打點計時器 當電流經(jīng)某接線柱進入線圈時，線圈產(chǎn)生的磁場將插入其中的磁化，使它的一端為N極另一端為S極。若通入的電流是50赫茲的交流電，則磁場為交變磁場，鋼片兩端依次交替為N、S極。磁化了的彈簧鋼片與永久磁鐵相互作用，做受迫振動。它便與電磁系統(tǒng)發(fā)生共振，打點計時器便能連續(xù)打點，每兩次打點的時間間隔為0.02秒。 2. 電火花計時器的構(gòu)造與工作原理 電火花計時器是利用脈沖電流經(jīng)過放電針、墨粉紙盤到紙盤軸產(chǎn)生火花放電，在紙帶上打點的計時儀器，它的構(gòu)造如圖4－2甲所示。 圖4－2 電火花計時器 使用時，墨粉紙盤套在紙盤軸上，并夾在兩條白紙帶之間。當接通220 V交流電源，按下脈沖輸出開關(guān)時，計時器發(fā)出的脈沖電流經(jīng)接正極的放電針、墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產(chǎn)生火花放電如圖4－2乙，于是在運動的紙帶1上就打出一列點跡。當電源頻率是 50 Hz時，它也是每隔0.02s打一次點。這種計時器工作時，紙帶運動受到的阻力小，實驗誤差小。 上面介紹的兩種計時器，打點的時間間隔都是0.02s，打在紙帶上的點記錄了紙帶運動的時間。如果把紙帶跟運動物體連接在一起，紙帶上的點就相應(yīng)地表示出運動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上的點與點的間隔，就可以了解運動物體在不同時間里發(fā)生的位移，從而了解物體運動的情況。 [實驗原理] 穿過打點器的紙帶由所研究的物體拖著一起運動，物體運動時打點計時器不斷的打點，結(jié)果紙帶上一系列的點就相應(yīng)的表示出運動物體在不同時刻的位置，由于打點周期為0.02秒， 所以紙帶上每兩點間的距離則反映了在0.02秒內(nèi)物體的位移。這樣一來，通過打點計時器打在紙帶上的點就把物體運動的信息記錄下來。 如果紙帶上點的間隔均勻，則表示在相等的時間間隔（0.02秒）內(nèi)物體的位移相等，那么物體做勻速直線運動。如果點間隔不均勻，則說明物體做變速運動。 用刻度尺量出兩點間的距離S，數(shù)出S間的點間隔數(shù)N，即0.02秒的個數(shù)，就測得了物體發(fā)生位移S過程中所經(jīng)歷的時間, 即0.02N秒，于是可以求出物體在這一過程中的平均速度。 [實驗指導(dǎo)] 1. 電磁打點計時器使用的電源是交流6伏，電火花打點計時器為交流220伏。 2. 每次打點完畢，應(yīng)及時切斷電源，不宜使打點計時器長時間空打。 3. 復(fù)寫紙的油面要向下，紙帶從復(fù)寫紙的下面穿過，這樣紙帶上才能被打出點來。復(fù)寫紙轉(zhuǎn)軸可前后移動，用以改變打點針打在復(fù)寫紙的不同位置上，保證打出的點清晰。如果打出的點不清楚或有漏點，則應(yīng)檢查復(fù)寫紙是否已損壞，若是，則更換復(fù)寫紙。 4. 使用電磁打點計時器時，如發(fā)現(xiàn)點跡太輕或有拖痕，則應(yīng)檢查打點針是否太短或太長，并予以調(diào)整。 5. 紙面要平整，要穿過限位孔水平運動，不能讓紙帶與限位孔有過多的摩擦。 6. 由于振動周期很短（0.02秒），所以當物體運動速度不太快時，紙帶上的點很密集，給紙帶分析帶來不便。為此可以采用每間隔4個點取一個計數(shù)點的辦法處理紙帶，這時計數(shù)點的時間間隔為T=0.025=0.10秒。 [實驗步驟] 1. 把電磁打點計時器固定在長木板上，讓紙帶穿過兩個限位孔，壓在復(fù)寫紙下面，把打點計時器的兩個接線柱接到低壓交流電源上，接通電源，用手拉著紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一列點。 2. 取下紙帶，選取六個連續(xù)的點，分別標上字母A、B、C、D、E、F，用刻度尺測量二點間距離，算出各點之間平均速度，并判斷其運動性質(zhì)，見圖4-3。 圖4－3 [問題思考] 1. 電磁打點計時器使用_____流______伏電源。電火花打點計時器使用_____流______伏電源。 2. 我國交流電頻率是______赫茲，周期是_____秒，因此，打點計時器打點周期為______ 秒。 3. 通過打點計時器得到的一條紙帶上，如果點的分布不均勻，那么，是點密集的地方運動速度比較大，還是點稀疏的地方運動速度比較大？