打点计时器

测量短暂时间的工具

打点计时器是一种测量短暂时间的工具。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频率。

原理分类

电磁

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，振片在永久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，永久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

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。

相关比较

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0.02s，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。

一、运动与计时互相干扰的排除

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。

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。

三、实验成本

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完全具备了替代电磁打点计时器的条件，适于在我国普及。

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，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。