2019-2020年高中物理 实验手册 第二部分 实验4 练习使用打点计时器.doc

2019-2020年高中物理 实验手册 第二部分 实验4 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、分析和判断物体的运动，并测其平均速度。实验器材打点计时器（电磁打点计时器和电火花打点计时器），实验电源，导线，电键，纸带，刻度尺，长木板，小车。仪器介绍1. 电磁打点计时器的构造与工作原理J0203型电磁打点计时器的构造如图41所示。图41 电磁打点计时器当电流经某接线柱进入线圈时，线圈产生的磁场将插入其中的磁化，使它的一端为N极另一端为S极。若通入的电流是50赫兹的交流电，则磁场为交变磁场，钢片两端依次交替为N、S极。磁化了的弹簧钢片与永久磁铁相互作用，做受迫振动。它便与电磁系统发生共振，打点计时器便能连续打点，每两次打点的时间间隔为0.02秒。2. 电火花计时器的构造与工作原理电火花计时器是利用脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴产生火花放电，在纸带上打点的计时仪器，它的构造如图42甲所示。图42 电火花计时器使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，并夹在两条白纸带之间。当接通220 V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电如图42乙，于是在运动的纸带1上就打出一列点迹。当电源频率是 50 Hz时，它也是每隔0.02s打一次点。这种计时器工作时，纸带运动受到的阻力小，实验误差小。上面介绍的两种计时器，打点的时间间隔都是0.02s，打在纸带上的点记录了纸带运动的时间。如果把纸带跟运动物体连接在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。研究纸带上的点与点的间隔，就可以了解运动物体在不同时间里发生的位移，从而了解物体运动的情况。实验原理穿过打点器的纸带由所研究的物体拖着一起运动，物体运动时打点计时器不断的打点，结果纸带上一系列的点就相应的表示出运动物体在不同时刻的位置，由于打点周期为0.02秒， 所以纸带上每两点间的距离则反映了在0.02秒内物体的位移。这样一来，通过打点计时器打在纸带上的点就把物体运动的信息记录下来。如果纸带上点的间隔均匀，则表示在相等的时间间隔（0.02秒）内物体的位移相等，那么物体做匀速直线运动。如果点间隔不均匀，则说明物体做变速运动。用刻度尺量出两点间的距离S，数出S间的点间隔数N，即0.02秒的个数，就测得了物体发生位移S过程中所经历的时间, 即0.02N秒，于是可以求出物体在这一过程中的平均速度。实验指导1. 电磁打点计时器使用的电源是交流6伏，电火花打点计时器为交流220伏。2. 每次打点完毕，应及时切断电源，不宜使打点计时器长时间空打。3. 复写纸的油面要向下，纸带从复写纸的下面穿过，这样纸带上才能被打出点来。复写纸转轴可前后移动，用以改变打点针打在复写纸的不同位置上，保证打出的点清晰。如果打出的点不清楚或有漏点，则应检查复写纸是否已损坏，若是，则更换复写纸。4. 使用电磁打点计时器时，如发现点迹太轻或有拖痕，则应检查打点针是否太短或太长，并予以调整。5. 纸面要平整，要穿过限位孔水平运动，不能让纸带与限位孔有过多的摩擦。6. 由于振动周期很短（0.02秒），所以当物体运动速度不太快时，纸带上的点很密集，给纸带分析带来不便。为此可以采用每间隔4个点取一个计数点的办法处理纸带，这时计数点的时间间隔为T=0.025=0.10秒。实验步骤1. 把电磁打点计时器固定在长木板上，让纸带穿过两个限位孔，压在复写纸下面，把打点计时器的两个接线柱接到低压交流电源上，接通电源，用手拉着纸带，使它在水平方向上运动，纸带上就打下一列点。2. 取下纸带，选取六个连续的点，分别标上字母A、B、C、D、E、F，用刻度尺测量二点间距离，算出各点之间平均速度，并判断其运动性质，见图4-3。图43问题思考 1. 电磁打点计时器使用_流_伏电源。电火花打点计时器使用_流_伏电源。2. 我国交流电频率是_赫兹，周期是_秒，因此，打点计时器打点周期为_ 秒。3. 通过打点计时器得到的一条纸带上，如果点的分布不均匀，那么，是点密集的地方运动速度比较大，还是点稀疏的地方运动速度比较大？