中学物理教学法实验讲义

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1、中学物理教学法实验讲义物理系王全第一篇：中学物理教学法实验实验项目一：打点计时器的调整与使用一、实验目的：（一）、了解电磁打点计时器的结构、原理，掌握其用法；（二）、学会检验、调整电磁打点计时器的使用方法；（三）、掌握处理电磁打点计时器纸带数据的方法；（四）、掌握用电磁打点计时器进行“测定重力加速度g值的大小”、“验证牛顿第二定律”等实验的实验方法。二、仪器设备：电磁打点计时器及其附件，6V交流电源、力学轨道小车及其附件、铁架台及其附件、重锤、天平及砝码、直尺、钩码、夹子三、实验原理：电磁打点计时器的调整的原理：电磁打点计时器工作状态是否正常，通常从三个方面来评

2、价：电磁打点计时器打点频率的稳定性（等时性）、打点质量、电磁打点计时器给纸带的阻力的大小。1、电磁打点计时器打点频率稳定性的检验电磁打点计时器打点频率的稳定性对实验结果的影响最大。如何检验？（1）用示波器检验打点器振动片固定端和打点基板分别与示波器“Y输入”和“地”端连接；同时，通过R1，R2（可取R1=100kΩ，R2=10kΩ）的分压电路，使部分正弦交流电压在示波器“Y”、“地”两输入端（如果不用分压电路，由于交流市电的感应，“Y输入”端也有一定的感应电压，屏幕上也能显示出50Hz市电的正弦电压波形；但由于各种干扰，正弦波形常较差，有时会妨碍检验观察）。调节

3、示波器，使屏幕上呈现1个周期（或1～2个周期）的稳定的电压波形。拿走纸带和复写纸，使打点针接触基板，“Y输入”和“地”两端短路，则屏幕上仅出现一条扫描迹线。打点器工作时，打点针瞬时接触基板，“Y输入”端的电压也瞬时为零，则示波器屏幕上的正弦波形上就出现一个缺口，缺口的相位正好对应每个周期内打点针接触基板的时刻（由于线圈的电感和磁滞等作用，打点时刻不是在波形曲线的极大和极小位置），如图所示。由于打点针瞬时接触基板，缺口常不很清楚，但能清楚看到对应于“缺口”的在“扫描迹线”上的一个点，因此，可由这“点”的位置来判断“缺口”的位置。2011级使用第1页共41页中学物理

4、教学法实验讲义物理系王全如果打点周期稳定，正弦波形上的缺口位置也稳定。如果打点周期不稳定，则波形上缺口位置也不稳定（如跳跃变化），或一个周期的正弦波形内缺口的数目多于一个。缺口的个数越多、缺口位置变化的幅度越大，打点周期的等时性就越差。除上图所示装置外，还可用下图所示装置：从“Y输入”、“地”端直接输入50Hz低频信号。在这里，如果打点周期稳定，那么，当打点频率（市电频率）等于50Hz时，缺口稳定不动；当打点频率小于或大于50Hz时，缺口将向左或向右匀速地移动（但一个周期内仍为一个缺口，不影响对打点周期稳定性的判断）；两频率相差愈大，移动速度也愈大。如果低频信号

5、源频率微调有示数，那么，可通过微调使缺口稳定，并由此判断。打点频率的大小，进而判断当打点周期仍为0.02秒时所引起的系统误差。如果打点周期不稳定，则波形上缺口位置也将跳跃变化或一个周期内缺口数目多于一个。（2）由视、听觉判断。这种方法在很大程度上依赖于经验。如果振动片悬端振动幅度较大，如果打点针直接打在打点基板上的声音很清脆、恒定，没有强弱或音调的变化，没有“沉重感”，一般来说，打点等时性较好。这种方法并不十分可靠，但能做出快捷的判断。2．电磁打点器点频率稳定性的调整（1）造成打点频率不稳定的一些原因振动片除了受到一个永久磁铁所给的随电源的交变周期而周期性变化的

6、磁力作用外，还受到一个打点基板所给的周期性的“瞬时”反作用力。只有当这两个力的合力是与交变磁力相似的交变力或者是一个变化周期稳定的周期性变化的力时，振动片的振动频率才会稳定才会与电源频率相同。要做到这一点就要求打点器各部件的参数，如永久磁钢的磁场强度、两磁极的间距、线圈匝数、振动片的弹性系数和长度等等，都要很好地匹配。但是，由于各种原因，也可能造成打点频率不稳定：①一些固定部件移位，特别是由于安装不好或固定螺钉松动而使振动片“移位”。②振动片的固有频率发生了变化或与电源频率不一致了。固有频率的变化主要是有效振动长度的变化。③打点针过长或打歪、损坏等。一般情况下，

7、调整打点器使之打点频率稳定主要是要解决上述问题。（2）打点频率的调整。在固定部件完好、位置正常、打点针无损的情况下，调整打点频率主要是调整振动片的固有振动频率和打点针长度（即打点针与基板的间距）。一般来说，振动片的弹性系数，即振动片上冲压的V形槽最好不要改变，因此，调整振动片的固有频率，主要是调整振动片的有效振动长度。比较简便的调整方法是：2011级使用第2页共41页中学物理教学法实验讲义物理系王全①移走纸带和复写纸，缩短打点针的长度；②松开固定螺钉，微微改变振动片的长度（振动片缩短1mm，其固有频率约增加1Hz），旋紧螺钉，重复这一步骤，使振动片悬端振动幅度最

8、大为止；③逐步增大打点针