J 型电磁打点计时器的构造及使用方法

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一、J 0203型电磁打点计时器的构造及使用方法
J0203型电磁打点计时器(简称打点器)是一种精度较高而构造又比较简单的计时记
录仪器,他能够以打点的方式把所研究的物体的运动情况记录在纸带上。从纸带上点子的分
布情况可以判断出物体运动的规律,通过简单的测量计算可求出运动物体通过的路程、速度、
加速度等。
(一) 结构与工作原理
J0203型电磁打点计时器为磁电式结构,仪器构造如图1—2,主要由线圈、振动片、打点
钉、磁钢、极靴纸带限位框、打点垫板、复写纸定位钉、复写纸调节片、接线柱、底
座等部件组成。同时,仪器还包括配套附件(图1—2)、纸带、复写纸、重锤、夹具。
工作电源为交流9V。
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图1—2 J0203型电磁打点计时器部件名称
1. 接线柱;2. 线圈;3.振片;4.永久磁铁;5.振
针;6. 限位框;7. 复写纸;8.定位轴;9. 纸带
当纸圈通过50Hz交流电时,振动片便被极化成为一个两端极性呈周期性变化的磁铁,
在同永久磁钢极靴恒磁场的相互作用下,振动片便产生与电源频率同步的振动,适当调整振
动片的长度可使振幅最大。振动片悬空端的尖钉起着打点作用,随着振动片的振动,尖钉也
周期性地快速打击下面的垫板,打点周期为0.02秒。复写纸起着色作用,当纸带由运动物
体拖带着从钉尖与复写纸下通过时,便被打上了一列点子,从而记录了这一物体的运动情况。
纸带上每相邻两点的间隔为一个打点周期,任意两点的距离,为运动物体在相应时间内的位
移。
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为了使打出的点子,不会遗漏,应使复写纸能够被纸带拖带着慢慢转动,而不断地改变
工作位置。同时,移动复写纸调节片,还可以改变复写纸与打点钉的相对位置,使复写纸的
各次工作位置处在不同的圆周上,从而提高了打点的可靠性。
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压纸框轻轻盖在纸带、复写纸上面,它的作用是为了使纸带能紧贴着打点垫板移动,以减
小因纸带上下波动而引起的附加误差,并可消除点子前后挂丝现象。
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纸带限位框的作用是使纸带与打点器能保持在一定的相应位置而顺利通过。
(二)使用方法
打点器装上新的复写纸,纸带穿过限位孔夹在复写纸和金属打点板之间。调节压纸框架
上的螺钉,当用手抽动纸带时,复写纸能随纸带的移动而微微转动即可。纸带的一端固定在
运动物体上,打点器接上9V交流电源(一般用J1202型学生电源交流8V档),待打点器工
作几秒钟,振动片的振动频率稳定后,让物体拖着纸带运动,则打点器在纸带上打下一列点
子,根据纸带上的这些电子,可以测量计算出这一运动物体某一段时间里的位移及平均速度,
对于作匀加速运动的物体,还可以计算出在某一时刻或某一位置的即时速度以及匀加速度运
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动物体的加速度等。处理计算纸带的方法如下:
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(图1—3)是记录物体作匀加速直线运动的纸带。
为了方便测量及计算,计数的起始点可以靠近纸
带上第一个点子的地方找一个方便的点,并标以O,
后面的点顺序标下计数点号码1,2……n-1,n……。
如果纸带上的点子比较密集,计数点之间可以间隔 图1—3
几个点子,但间隔的点数要相同。各相邻计数点之间的距离分别标以S0,S1……Sn-1,Sn……。
每相邻两个计数点之间的时间间隔(即计数周期)为T=(m+1)T0,m为两个计数点之间间隔
的点子数(图1—3所示m=1),T0为计时器的打点周期。
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按上述方法标住好纸带后,即可计算测量。
1.运动物体在某段时间里的位移;由于物体拖着纸带作直线运动,所以纸带上任意两点
之间的间距就是运动物体在相应的时间里的位移。Sn-1是运动物体在第n个计数周期的总位
移。
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2.运动物体在某一段时间里的平均速度:如图1—3所示,运动物体在第n个计数周期
里的平均速度为Sn-1/T,物体从n-1点到n+1点这段时间里的平均速度为(Sn-1+ Sn)/2T等
等。
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3.即时速度,物体作匀加速运动时,在某段时间内的平均速度就等于这段时间中间时刻
的即时速度,因此,运动物体在计数点1处的即时速度U1=(S0+ S1)/2T,在n点处的即时
速度U=(Sn-1+ Sn)/2T。
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4.加速度:运动物体在第n个计数周期里的平均加速度a0=(Un-Un-1)/T,n ,Un-1分
别为运动物体在n点和n-1点处的即时速度,当物体作匀速运动时,加速度处处相等,所以
纸带上任意两个计数点处的即时速度之差与这两点之间的时间间隔之比就是该运动物体的
加速度。匀加速度运动物的加速度还可以用图解法求得,匀加速运动的速度公式为Un=U0+
anT,这是一个斜戮示的直线方程式,以Un为纵坐标,以nT为横坐标作实验图线,直线的
斜率就是加速度a0。
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