打点计时器.doc

1、打点计时器百科名片打点计时器是一种测量时间的工具。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状况。目录原理 分类 注意事项 电火花计时器与电磁打点计时器的比较 打点计时器实验过程 实验纸带分析原 理电 磁 打 点 计 时 器 是 一 种 使 用 交 流 电 源 （ 学 生 电 源 ） 的 计 时 仪 器 ， 其 工 作电 压 小 于 6V， 一 般 是 46V， 电 源 的 频 率 是 50Hz， 它 每 隔 0.02s 打 一 次 点 。电 火 花 计 时 器

2、是 利 用 火 花 放 电 在 纸 带 上 打 出 小 孔 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 :利 用 具 有 特 定 几 何 形 状 的 放 电 电 极 （ EDM 电 极 ） 在 金属 （ 导 电 ） 部 件 上 烧 灼 出 电 极 的 几 何 形 状 。 电 火 花 计 时 打 点 器

3、 的 电 极 即 为 圆点 状 。 电 火 花 是 一 种 自 激 放 电 ， 其 特 点 如 下 ： 火 花 放 电 的 两 个 电 极 间 在 放电 前 具 较 高 的 电 压 ， 当 两 电 极 接 近 时 ， 其 间 介 质 被 击 穿 后 ， 随 即 发 生 火 花 放电 。 伴 随 击 穿 过 程 ， 两 电 极 间 的 电 阻 急 剧 变 小 ， 两 极 之 间 的 电 压 也 随 之 急剧 变 低 。 火 花 通 道 必 须 在 维 持 暂 短 的 时 间 （ 通 常 为 10-7-10-3s） 后 及 时 熄灭 ， 才 可 保 持 火 花 放 电 的 “冷 极 ”特 性 （

4、即 通 道 能 量 转 换 的 热 能 来 不 及 传 至电 极 纵 深 ） ， 使 通 道 能 量 作 用 于 极 小 范 围 。 通 道 能 量 的 作 用 ， 可 使 电 极 局 部被 腐 蚀 。 分 类电 磁 打 点 计 时 器 电 火 花 打 点 计 时 器 注 意 事 项1.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 46V；电 火 花 打 点 计 时 器 电 压 是 220V。 2.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

5、 点 迹 不 清 晰 ， 应 调 整 振 针 距 复 写 纸 片 的 高 度 ， 使 之 大 一 点 。 3.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 。 4.纸 带 应 捋 平 ， 减 小 摩 擦 ， 从 而 起 到 减 小 误 差 的 作 用 。 5.使 用 打 点 计 时 器 ， 应 先 接 通 电 源 ， 待 打 点 计 时 器 稳 定 后 再 放 开 纸 带 。 6.使 用 电 火 花 计 时 器 时 ， 还 应 注 意 把 两 条 白 纸 带 正 确

6、穿 好 ， 墨 粉 纸 盘 夹在 两 纸 带 之 间 ； 使 用 打 点 计 时 器 时 ， 应 让 纸 带 通 过 限 位 孔 ， 压 在 复 写 纸 下 面 。7.处 理 纸 带 数 据 时 ， 密 集 点 的 位 移 差 值 测 量 起 来 误 差 大 ， 应 舍 去 ； 一般 以 五 个 点 为 一 个 计 数 点 。 8.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 。 9.打 点 器 不 能 长 时 间 连 续 工 作 。

7、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 。 10.在 实 验 室 使 用 打 点 计 时 器 时 ， 先 将 打 点 计 时 器 固 定 在 实 验 台 上 ， 然后 接 通 电 源 。 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 家 用 电 的 周 期 ， 在 我 国 每 两 个 点 之 间 的 时 间 间 隔为 0 02 秒 ， 因

8、 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 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

9、 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

10、 衡 位 置 的 作 为 o 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 20ms 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

11、 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

12、调 节 ， 一 般 学 生 在 2 一 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 ，

13、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 3 万 伏 ， 但 电 流 控制 在 200 A 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

14、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

15、 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

16、 备 了 替 代 电 磁 打 点 计 时 器 的条 件 ， 适 于 在 我 国 普 及 。 打 点 计 时 器 实 验 过 程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

17、 ， 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 实 验 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

18、运 动 的 纸 带相 邻 两 点 的 距 离 差 满 足 s(n+1)-s(n)=aT*T 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

19、 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 完 全 相 等 ， 即 有 ： S2-S1=S3-S2=S(n)-S(n-1)=S=aT*T； 故 其 加 速 度 a= S/(T*T) (2)、 实 际

20、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 =aT*T 有 S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3a1T*T 同 理 S5-S2=S6-S3=3a2T*T 求 出 a1=(S4-S1)/3T*T a2=(S5-S2)/3T*T a3=(S6-S3)/3T*T 再 求 平 均 值 计 算 加 速 度 ： a=(a1+a2+a3)/3