提高打點計時器的實驗效果

余少敏

摘 ? 要：介紹電磁打點計時器的結(jié)構(gòu)、原理，實驗前的調(diào)節(jié)，實驗中故障的排除，提高其實驗使用效果。

關(guān)鍵詞：電磁打點計時器的特點;原理;儀器的調(diào)節(jié);故障排除

電磁打點計時器（J0203型）在高中物理實驗中是經(jīng)常用到的儀器，它是機械運動學中研究幾個重要物理量如速度、位移、加速度實驗中不可或缺的儀器。特別是在高一年，從“練習使用打點計時器”到“驗證機械能守恒定律”共有5個學生分組實驗連續(xù)用到。學生在學習即時速度、加速度等比較抽象的物理概念過程中，親自動手，通過紙帶上的點研究物體直線運動的規(guī)律，加深對概念的理解，對入門知識的掌握、鞏固是有益的。

電磁打點計時器是通過電源，使通電線圈磁化振片，在永久磁鐵的作用下，由此自身上下的振動，從而帶動振針的周期性上下振動，通過復寫紙在運動的紙帶上打下一系列反映運動規(guī)律的點的一種科學儀器。通過研究紙帶上的點，同學們可以對機械運動的現(xiàn)象、規(guī)律有著直觀、感性的認識，同時也加深理性認識。

電磁打點計時器的特點：構(gòu)造筒潔、使用方便。其原理對于剛步入高中學習物理知識的學生來講，也是直觀明了，易于理解。因此電磁打點計時器對學生們是可接受的，成為中學實驗要求器材之一。

但是，電磁打點計時器也有它的弱點，就是在使用過程中，普遍反映其性能不夠穩(wěn)定，打在紙帶上的點清晰度不穩(wěn)，有時會出現(xiàn)雙點現(xiàn)象。這似乎減弱了打點計時器本身性能特點。

我們在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)電磁打點計時器的使用效果主要取決于對儀器的認識、掌握、使用這三環(huán)節(jié)上。抓好這些環(huán)節(jié)才是做好實驗的關(guān)鍵所在。

電磁打點計時器主要由三部分組成：（1）外接電源部分：電源接線柱;（2）振動部分：線圈、振片、永久磁鐵;（3）打點部分：振針、限位孔、定位軸、復寫紙。這三部分是緊密聯(lián)系：第一部分為第二部提供了振動的電源，第二部分為第三部分提供打點的動力。

因此，要在紙帶上打出滿意的點，必須使這三部分協(xié)調(diào)配合，同步一致，如何才能做到這一點呢？

首先，實驗前必須對儀器進行整體調(diào)節(jié)。

電磁打點計時器所要求的電源，電壓為交流6V（因產(chǎn)家不同有的也有交流10v的），頻率為50HZ，只要供電穩(wěn)定，這部分是無須調(diào)節(jié)。

對于振動部分，最主要應(yīng)放在振片的調(diào)節(jié)上。為了在紙帶上打出清晰穩(wěn)定的點，必須使振針對紙帶的打擊力度盡可能大，這就要求振片的振幅大，且振動要穩(wěn)定有恒定節(jié)奏，因此調(diào)節(jié)振片的固有頻率與電源頻率即策動力頻率一致時，效果應(yīng)該是最為理想的。但實際上簧片的振動并不只是簡單的受迫振動，它的振動是由兩部分組成的：

第一部分是受迫振動，第二部分是衰減振動。衰減振動中簧片除作基頻振動外，還有很多諧波頻率的振動，使簧片的實際運動成為一種非常復雜運動，并且振片的受迫振動的頻率與電磁策動力的頻率在實際的振動過程中并不相一致，應(yīng)該是振針的振動滯后于電源的策動力，這就使得打出的點有時會出現(xiàn)拖尾、有毛刺，也可能出現(xiàn)雙點現(xiàn)象，因此就要細心地調(diào)節(jié)振片，使振片的長度恰到佳處，這就增加了使用難度。為了解決這個問題，最好是在打點計時器的線圈內(nèi)的振片貼上海綿泡沫，這樣有利于提高實驗的穩(wěn)定性。

對于打點部分，調(diào)節(jié)的內(nèi)容主要放在振針和復寫紙的固定。

仔細調(diào)節(jié)振針的高度，讓振針打在復寫紙上最有力。

對于復寫紙的固定，必須注意不能讓定位軸上的螺母鎖死復寫紙，而應(yīng)該在兩者之間有空隙，讓復寫紙在紙帶向前運動過程中能夠繞定位軸轉(zhuǎn)動，有的打點計時器沒有配備螺母，只是讓復寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上，這樣在實驗過程中，會出現(xiàn)復寫紙在紙帶上上下跳動，打出的點效果不好，最好自行配裝上適合的螺母。

所使用的復寫紙，應(yīng)盡量選取面質(zhì)粗些的，不應(yīng)太光滑，這有利于復寫紙的轉(zhuǎn)動。

對于紙帶，當然應(yīng)選取平直、無折跡的、無皺的，但所截剪的紙帶面質(zhì)不應(yīng)太光滑，這也有利于復寫紙的轉(zhuǎn)動。

經(jīng)過以上的調(diào)節(jié)，打點計時器一般能正常工作，在紙帶上打下滿意的點。但由于打點計時器是分組實驗由學生動手使用，要在課堂上取得滿意效果光靠實驗教師課前對儀器的調(diào)節(jié)還不夠，更主要體現(xiàn)在實驗課堂上。

首先，在實驗課上，教師對打點計時器使用上應(yīng)注意的關(guān)鍵點要點破，讓學生動手起來，心里有數(shù)。例如：振片為何會上下周期性振動;紙帶的放置應(yīng)該平穩(wěn)，不應(yīng)歪斜;對振片、振針的位置不應(yīng)自行調(diào)整（因?qū)嶒炃耙颜{(diào)好）;定位軸上的螺母不應(yīng)旋死，應(yīng)讓復寫紙會旋轉(zhuǎn);使用一段時間后，應(yīng)改變定位軸的位置，左右或上下移動定位軸，改變振針打在復寫紙上的位置;接通電源后，不應(yīng)讓紙帶馬上運動，在振針受迫振動穩(wěn)定后，紙帶方能被拉動;所用的電源應(yīng)為交流6V或10V，而不是直流電等。

其次，在實驗過程中，實驗教師應(yīng)積極配合好課任教師共同指導。學生使用打點計時器的過程中會出現(xiàn)許多問題，作為實驗教師應(yīng)發(fā)揮自身的專職優(yōu)勢，給學生以及時的解決，實驗教師積極下班指導在這個實驗中顯得尤為重要.在實驗過程中，學生經(jīng)常會出現(xiàn)如下幾點問題：

（1）全部儀器按要求連接，當接通電源后，打點計時器無振動現(xiàn)象，許多同學遇到此現(xiàn)象頓感束手無策，是連接錯誤，還是儀器出了故障。對此，實驗教師要及時給予分析、解決，開始一步走好了，對下面步驟的實驗將是關(guān)鍵。

進行分析：

會振動 ?原因 ?線圈中電流通過 ?電來源 ?接線柱有電壓 ? 來源 ?兩根導線 ?來源 ?學生電源。

經(jīng)過分析，可很快與同學們一起找出故障點。這個故障的原因大部分在學生電源和接線柱上。線圈一般很少壞。

經(jīng)過分析，找出結(jié)點，同時也讓同學們加深了對打點計時器原理的理解。

（2）打點計時器會振動，但紙帶上無任何點子或點子不清晰、漏點。這主要是振針高度調(diào)節(jié)不當，可適當調(diào)節(jié)振針高度，同時檢查固定振針的螺母是否松動，檢查紙帶是否放平穩(wěn)，復寫紙是否損壞。

（3）打點計時器會振動，紙帶上只在開始端有點子。這主要是復寫紙在紙帶運動時沒有轉(zhuǎn)動，使振針打在復寫紙的固定一點上，復寫紙沒能發(fā)揮其復寫作用，在開始一段后，也就打不出點子。解決的方法就是讓復寫紙轉(zhuǎn)起來，可適當旋松定位軸上的螺母，如果效果仍然不好，可在紙帶向前運動時，用手指轉(zhuǎn)動復寫紙，可提高打點效果。同時提醒同學，使用一段時間后，要改變定位軸原來的位置。

（4）打點計時器會振動，但打在紙帶上的不是點而是出現(xiàn)一條線。這是因為振針高度偏低，彈起不足，提高了振針打點頻率，打出的點由點變成線。調(diào)節(jié)方法：適當提高振針的高度。

（5）打點計時器打出雙點。觀察振片上的海綿狀塑料泡沫是否掉了。若補貼上時，仍出現(xiàn)雙點現(xiàn)象，可適當調(diào)節(jié)振針高度

（6）打點周期不穩(wěn)定，打出的點間距離或大、或小，這是系統(tǒng)頻率不穩(wěn)引起的。在學生電源頻率穩(wěn)定為50HZ時，故障原因在振動片上。檢查固定振片的螺絲是否松動。若無松動，則可調(diào)節(jié)振片長度，使振動頻率穩(wěn)定，也可改變振片上“V”形槽形狀，槽深頻率加大。

從實驗中發(fā)現(xiàn)：打點效果不佳的故障排除點主要集中在振針和復寫紙上，其次是振片和紙帶。掌握了這個規(guī)律對實驗中出現(xiàn)的問題，就可做到心中有數(shù)，胸有成竹，這對提高打點效果也是一個關(guān)鍵點。

總之，要使用好打點計時器，提高實驗效果，首先對其構(gòu)造、各部分的功能要有清楚地掌握，其次對其各部分的調(diào)節(jié)要做到心中有數(shù)，能靈活運用。僅此還不夠，在課堂第一線上，師生要做到密切配合。對實驗中的難點、疑點，教師要講清，對實驗中出現(xiàn)的問題，要以學生為主體，教師為主導的原則，以理論結(jié)合實際，深入淺出地認真解答，只有這樣，才能發(fā)揮打點計時器的實驗效果，使學生學有所得。