2.排除運動對計時的干擾
電磁打點計時器的計時周期會受到紙帶運動的干擾。當紙帶靜止時,若電磁打點計時器調節(jié)適當,打點的等時性得到保證。但是當紙帶運動時,受到打點針沖擊作用的紙帶對振子產生反作用,從而影響到打點時相位產生顯著漂移,結果破壞了打點的等時性。
電火花計時器它不受運動的干擾。電火花計時器的技術指標規(guī)定其漂移小于50μs,即比電磁打點計時器的漂移小兩個數(shù)量級。
電磁打點計時器工作時,由市電經線圈引起磁場的周期變化,策動彈片帶動打點針,在運動體拖動的紙帶上,以50赫茲頻率打點,并產生了計時和運動間的相互干擾。
1.計時對運動干擾的排除
電磁打點計時器的打點針對運動中的紙帶產生沖擊和摩擦,干擾了紙帶的運動,這在自由落體實驗中尤為顯著。
電火花計時器利用高壓脈沖火花放電,放電針與紙帶沒有接觸,因而不會干擾紙帶運動。
2.電火花打點計時器則是利用火花放電使墨粉在紙帶上打出墨點而顯出點跡的一種計時儀器. 如圖2所示,給電火花打點計時器接220V電源,按下脈沖輸出開關,計時器發(fā)出的脈沖電流,接正極的放電針和墨粉紙盤到接負極的紙盤軸,產生火花放電,于是在紙帶上打出一系列的點,而且在交流電的每個周期放電一次,因此電火花打點計時器打出點間的時間間隔等于交流電的周期.
這兩種計時器的共同點是在紙帶上記錄運動物體的“時--空”分布信息,計時基準都是取自市電的周期,在我國每兩個點之間的時間間隔為0.02秒,因而有相同的數(shù)據(jù)采集方法與數(shù)據(jù)整理分析方法,并可與斜面小車、軌道小車等配套使用,但在可靠性、準確性以及課時利用率等方面,則有很大的差別。電火花計時器成功地克服了電磁打點計時器的缺點。
1.
電磁打點計時器的工作原理:當給電磁打點計時器的線圈通電后,線圈產生磁場,線圈中的振片被磁化,振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運動,由于交流電的方向每個周期要變化兩次,因此振片被磁化后的磁極要發(fā)生變化,永久磁鐵對它的作用力的方向也要發(fā)生變化,如圖1所示,當電流為圖甲所示時,振片受向下的力,此時打點一次,當電流方向為圖乙所示時,振片受向上的力,此時不打點,所以在交流電的一個周期內打點一次,即每兩個點間的時間間隔等于交流電的周期. 我們可以利用紙帶上的點的情況來分析物體的運動情況
(三)練習使用電磁打點計時器.
1. 使用方法
(1) 把電磁打點計時器固定在桌子上面,對照使用說明書,了解其構造
(2) 接通10V以下交流電源, 用手水平拉動紙帶,紙帶上就打出一行小點,立即關閉電源
(3) 取下紙帶,從能夠看清的某個點開始,往后數(shù)出若干個點,如果數(shù)出n個點, 點之間的間隔數(shù)為(n-1)個,用Δt = 0.02(n-1) s, 計算出紙帶從第一個點到第n點的運動時間。
(4) 用刻度尺測量出從第一個點到第n個點的距離Δχ。
利用公式Δυ=Δχ/Δt計算出紙帶在這段時間內的平均速度,把測量和計算的結果填入表1中。
表1: 紙帶在某段時間內的平均速度
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點子數(shù)n |
點子間隔數(shù)n-1 |
運動時間Δt/s |
位移Δχ/m |
平均速度υ/ ( m•s ) |
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( 6 ) 在紙帶上找出連續(xù)的六個點,分別標上記號A、B、C、D、E、F, 用刻度尺量出相鄰的兩點間的距離Δχ1,Δχ2,Δχ3, Δχ4, Δχ5( 如圖 ),把數(shù)據(jù)填入表2,根據(jù)這些數(shù)據(jù),判斷紙帶的這段運動是勻速運動還是變速運動,是加速運動還是減速運動,并寫明理由。
表2:紙帶的運動情況
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A 和B的距離 Δχ1/m |
B和C的距離 Δχ2/m |
C和D的距離 Δχ3/ m |
D和E的距離 Δχ4/ m |
E和F的距離 Δχ5/ m |
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判斷結果和理由: |
(7)在紙帶上方選取點能看清的一段(如圖),將某個能看清的點表為9,以后每隔0.1s標一個測量點,測量包含某個測量點在內的一段位移Δχ,記錄在表3中,同時記錄對應的時間Δt(設電源頻率是50Hz)。
表3: 紙帶在幾段時間中的位移和平均速度
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位置 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
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Δχ/ m |
Δχ1 |
Δχ2 |
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Δt / s |
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υ/ ( m•s ) |
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作業(yè)
課課練
(二)電火花計時器
它是一種使用交流電源的計時儀器。工作電壓為220V, 當電源的頻率是50Hz時, 它每隔0.02打一次點,電火花計時器工作時紙帶運動受到的阻力較小,誤差較小,構造以及原理如書。
出示例題:
電磁打點計時器的打點周期取決于…………………………………………………( )
A. 交流電壓的高低
B. 交流電的頻率
C. 永久磁鐵的磁性強弱
D. 振針與復寫紙間的距離
答案: ( B )
(一)電磁打點計時器
它是一種使用交流電源的計時儀器。工作電壓為4V~6V, 當電源的頻率是50Hz時, 它每隔0.02打一次點,構造以及原理如書。
1課時
電磁打點計時器、電火花計時器、學生電源、導線、紙帶、刻度尺。
2. 能根據(jù)紙帶計算物體運動的平均速度。
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