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打点计时器及其纸带数据处理

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打点计时器是利用交流电源进行计时测量的仪器。打点计时器是高中物理中非常基础的,同时也是第一个引入的高级测量仪器。

打点计时器的介绍

打点计时器记录的是时间与位移之间的关系的仪器。

通常来说,打点计时器的周期是0.02s;这就意味着,每过0.02s便打一个点在纸带上。如果纸带运动,则纸带上的相邻点之间的时间就是0.02s。这样记录下一系列点的纸带,研究纸带上的各点间的间隔,便可以用来分析运动情况,除了位移之外,还可以用来分析速度与加速度。

对于匀速直线运动的情况,打点计时器打出来的纸带上的点是等间距的。

对于匀加速直线运动的情况,打点计时器打出来的纸带上的点的距离是逐渐加大的。

打点计时器纸带数据处理实例分析

打点计时器大部分的数据处理时来分析加速度的。我们来以下方的一个纸带数据图像来具体分析“如何利用打点计时器测量匀变速直线运动的加速度?”

打点计时器的纸带

对左图中纸带做一个说明:单位是cm;每隔4个点取研究点。

下面的分析目的,仅仅是为了帮助学生理解打点计时器计算加速度的最基本步骤,我们严格依照平均值的求法,原则是把纸带上所有点都用到;(并不采取做题通常用到的舍点法(跨点法)和图像法来计算。)

我们有如下的表示:

x1=3.86cm

x2=8.05-3.86=4.19cm

x3=12.59-8.05=4.54cm

x4=17.47-12.59=4.88cm

对应的位移差:

Δx1=x2-x1=0.33cm

Δx2=x3-x2=0.35cm

Δx3=x4-x3=0.34cm

取上面三个数据的平均值Δx=0.34cm

根据Δx=aT^2;有0.34cm=a*0.1s*0.1s即可求出a的值来。

打点计时器实验的内容与要求

使用打点计时器,研究纸带是我们牛顿力学第一个重要学生实验。其学习目标包括:

1.学会使用打点计时器,能根据纸带研究物体的运动情况。

2.能根据纸带上的点迹计算纸带的平均速度。

3.能够根据纸带粗略测量物体的瞬时速度。

4.认识 v-t 图象,能根据图象分析物体运动情况。

5.了解误差和有效数字。

电磁打点计时器简单介绍

电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间内发生位移的仪器,它使用交变电源,由学生电源供电,其工作电压小于6V,一般是4~6V,电源的频率是50Hz,它每隔0.02s打一次点。

工作电压电源的频率是50 Hz时,它每隔0.02s打一个点,通电前把纸带穿过限位孔,再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面,接通电源后,在线圈和永久磁铁的作用下,便振动起来,带动上下振动。这时如果纸带运动,振针就通过复写纸片在纸带上留下一行小点,如果把纸带跟运动的物体连在一起,即由物体带动纸带一起运动,纸带上各点之间的距离就表示相应时间间隔中物体 。电火花计时器的原理与电磁打点计时器类似,这种计时器工作时,纸带运动受到的阻力比较大,实验误差也就比较大。

在具体的实验操作中,需要注意的有:

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4~6V;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,减小摩擦力,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(中间间隔四个)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。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。文章作者王尚http://www.wang-shang.com/

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