提高打点计时器的实验效果

    余少敏

    

    摘 ? 要：介绍电磁打点计时器的结构、原理，实验前的调节，实验中故障的排除，提高其实验使用效果。

    关键词：电磁打点计时器的特点;原理;仪器的调节;故障排除

    电磁打点计时器（J0203型）在高中物理实验中是经常用到的仪器，它是机械运动学中研究几个重要物理量如速度、位移、加速度实验中不可或缺的仪器。特别是在高一年，从“练习使用打点计时器”到“验证机械能守恒定律”共有5个学生分组实验连续用到。学生在学习即时速度、加速度等比较抽象的物理概念过程中，亲自动手，通过纸带上的点研究物体直线运动的规律，加深对概念的理解，对入门知识的掌握、巩固是有益的。

    电磁打点计时器是通过电源，使通电线圈磁化振片，在永久磁铁的作用下，由此自身上下的振动，从而带动振针的周期性上下振动，通过复写纸在运动的纸带上打下一系列反映运动规律的点的一种科学仪器。通过研究纸带上的点，同学们可以对机械运动的现象、规律有着直观、感性的认识，同时也加深理性认识。

    电磁打点计时器的特点：构造筒洁、使用方便。其原理对于刚步入高中学习物理知识的学生来讲，也是直观明了，易于理解。因此电磁打点计时器对学生们是可接受的，成为中学实验要求器材之一。

    但是，电磁打点计时器也有它的弱点，就是在使用过程中，普遍反映其性能不够稳定，打在纸带上的点清晰度不稳，有时会出现双点现象。这似乎减弱了打点计时器本身性能特点。

    我们在实验过程中，发现电磁打点计时器的使用效果主要取决于对仪器的认识、掌握、使用这三环节上。抓好这些环节才是做好实验的关鍵所在。

    电磁打点计时器主要由三部分组成：（1）外接电源部分：电源接线柱;（2）振动部分：线圈、振片、永久磁铁;（3）打点部分：振针、限位孔、定位轴、复写纸。这三部分是紧密联系：第一部分为第二部提供了振动的电源，第二部分为第三部分提供打点的动力。

    因此，要在纸带上打出满意的点，必须使这三部分协调配合，同步一致，如何才能做到这一点呢？

    首先，实验前必须对仪器进行整体调节。

    电磁打点计时器所要求的电源，电压为交流6V（因产家不同有的也有交流10v的），频率为50HZ，只要供电稳定，这部分是无须调节。

    对于振动部分，最主要应放在振片的调节上。为了在纸带上打出清晰稳定的点，必须使振针对纸带的打击力度尽可能大，这就要求振片的振幅大，且振动要稳定有恒定节奏，因此调节振片的固有频率与电源频率即策动力频率一致时，效果应该是最为理想的。但实际上簧片的振动并不只是简单的受迫振动，它的振动是由两部分组成的：

    第一部分是受迫振动，第二部分是衰减振动。衰减振动中簧片除作基频振动外，还有很多谐波频率的振动，使簧片的实际运动成为一种非常复杂运动，并且振片的受迫振动的频率与电磁策动力的频率在实际的振动过程中并不相一致，应该是振针的振动滞后于电源的策动力，这就使得打出的点有时会出现拖尾、有毛刺，也可能出现双点现象，因此就要细心地调节振片，使振片的长度恰到佳处，这就增加了使用难度。为了解决这个问题，最好是在打点计时器的线圈内的振片贴上海绵泡沫，这样有利于提高实验的稳定性。

    对于打点部分，调节的内容主要放在振针和复写纸的固定。

    仔细调节振针的高度，让振针打在复写纸上最有力。

    对于复写纸的固定，必须注意不能让定位轴上的螺母锁死复写纸，而应该在两者之间有空隙，让复写纸在纸带向前运动过程中能够绕定位轴转动，有的打点计时器没有配备螺母，只是让复写纸套在定位轴上，这样在实验过程中，会出现复写纸在纸带上上下跳动，打出的点效果不好，最好自行配裝上适合的螺母。

    所使用的复写纸，应尽量选取面质粗些的，不应太光滑，这有利于复写纸的转动。

    对于纸带，当然应选取平直、无折迹的、无皱的，但所截剪的纸带面质不应太光滑，这也有利于复写纸的转动。

    经过以上的调节，打点计时器一般能正常工作，在纸带上打下满意的点。但由于打点计时器是分组实验由学生动手使用，要在课堂上取得满意效果光靠实验教师课前对仪器的调节还不够，更主要体现在实验课堂上。

    首先，在实验课上，教师对打点计时器使用上应注意的关键点要点破，让学生动手起来，心里有数。例如：振片为何会上下周期性振动;纸带的放置应该平稳，不应歪斜;对振片、振针的位置不应自行调整（因实验前已调好）;定位轴上的螺母不应旋死，应让复写纸会旋转;使用一段时间后，应改变定位轴的位置，左右或上下移动定位轴，改变振针打在复写纸上的位置;接通电源后，不应让纸带马上运动，在振针受迫振动稳定后，纸带方能被拉动;所用的电源应为交流6V或10V，而不是直流电等。

    其次，在实验过程中，实验教师应积极配合好课任教师共同指导。学生使用打点计时器的过程中会出现许多问题，作为实验教师应发挥自身的专职优势，给学生以及时的解决，实验教师积极下班指导在这个实验中显得尤为重要.在实验过程中，学生经常会出现如下几点问题：

    （1）全部仪器按要求连接，当接通电源后，打点计时器无振动现象，许多同学遇到此现象顿感束手无策，是连接错误，还是仪器出了故障。对此，实验教师要及时给予分析、解决，开始一步走好了，对下面步骤的实验将是关键。

    进行分析：

    会振动 ?原因 ?线圈中电流通过 ?电来源 ?接线柱有电压 ? 来源 ?两根导线 ?来源 ?学生电源。

    经过分析，可很快与同学们一起找出故障点。这个故障的原因大部分在学生电源和接线柱上。线圈一般很少坏。

    经过分析，找出结点，同时也让同学们加深了对打点计时器原理的理解。

    （2）打点计时器会振动，但纸带上无任何点子或点子不清晰、漏点。这主要是振针高度调节不当，可适当调节振针高度，同时检查固定振针的螺母是否松动，检查纸带是否放平稳，复写纸是否损坏。

    （3）打点计时器会振动，纸带上只在开始端有点子。这主要是复写纸在纸带运动时没有转动，使振针打在复写纸的固定一点上，复写纸没能发挥其复写作用，在开始一段后，也就打不出点子。解决的方法就是让复写纸转起来，可适当旋松定位轴上的螺母，如果效果仍然不好，可在纸带向前运动时，用手指转动复写纸，可提高打点效果。同时提醒同学，使用一段时间后，要改变定位轴原来的位置。

    （4）打点计时器会振动，但打在纸带上的不是点而是出现一条线。这是因为振针高度偏低，弹起不足，提高了振针打点频率，打出的点由点变成线。调节方法：适当提高振针的高度。

    （5）打点计时器打出双点。观察振片上的海绵状塑料泡沫是否掉了。若补贴上时，仍出现双点现象，可适当调节振针高度

    （6）打点周期不稳定，打出的点间距离或大、或小，这是系统频率不稳引起的。在学生电源频率稳定为50HZ时，故障原因在振动片上。检查固定振片的螺丝是否松动。若无松动，则可调节振片长度，使振动频率稳定，也可改变振片上“V”形槽形状，槽深频率加大。

    从实验中发现：打点效果不佳的故障排除点主要集中在振针和复写纸上，其次是振片和纸带。掌握了这个规律对实验中出现的问题，就可做到心中有数，胸有成竹，这对提高打点效果也是一个关键点。

    总之，要使用好打点计时器，提高实验效果，首先对其构造、各部分的功能要有清楚地掌握，其次对其各部分的调节要做到心中有数，能灵活运用。仅此还不够，在课堂第一线上，师生要做到密切配合。对实验中的难点、疑点，教师要讲清，对实验中出现的问题，要以学生为主体，教师为主导的原则，以理论结合实际，深入浅出地认真解答，只有这样，才能发挥打点计时器的实验效果，使学生学有所得。