简介

打点计时器是高中力学实验最重要的仪器，没有之一!

本文带你了解打点计时器的分类、原理、构造和使用方法。

在介绍之前，先请大家思考这个问题：“打点计时器”是用来做什么的？

学习一个仪器，最重要的是要知道它能用来做什么。

让我们来分析：

• 首先，从名字上看，这是个计时的工具；
• 其次，由于它能打点，所以可以记录位移的信息；
• 既能计时，又能记录位移，那么它就可以计算速度和加速度。

——这就是打点计时器的作用！

打点计时器是计时、记位移、计算速度和加速度的仪器。

明白了吗？

好了，下面具体介绍：

高中涉及的打点计时器主要有两种类型：电磁打点计时器和电火花计时器。电磁打点计时器

电磁打点计时器是一种能按照相同的时间间隔，在纸带上连续打点的仪器。

使用交流电：

由学生电源供电，电压6v以下。由于使用交流电，所以频率为50赫兹，也就是说，每五十分之一秒(0.02秒)打一个点。

主要结构：

• 线圈
• 振片
• 振针
• 复写纸
• 限位孔
• 永磁铁
• 纸带

电源

电磁打点计时器

工作原理：

通电前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸压在纸带下面。

通电后，在线圈和永磁铁的作用下，振片便震动起来，带动其上的振针上下振动。振针撞击纸带，由于有复印纸的存在，纸带上会留下印记。

如果纸带运动，纸带上就会有一行印记小点。

如果把纸带的一端跟运动的物体连在一起，由物体带动纸带一起运动，纸带上各个点之间的距离就表示相应时间间隔中物体的位移。

研究这些点，就可以了解物体的运动情况。

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电火花计时器

原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。同样使用50赫兹交流电。

电火花打点计时器

主要结构：

• 墨粉纸盘
• 纸盘轴
• 放电针
• 纸带
• 电源

工作原理：

通电前，墨粉纸套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。

通电后，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流经过放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，在纸带上留下一行点迹。

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简单比较

因为电磁式打点计时器的撞针在和纸带撞击的时候产生接触，有不小的阻力。电火花计时器工作时，纸带受到的阻力相对较小。

当然，在高中阶段，电磁打点计时器和电火花计时器在实验中的作用是一样的，统称打点计时器，除非特别说明，一般情况两种计时器并不做区分。

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使用方法

打点计时器在高中阶段的使用非常广泛，一大半的力学实验都要用到打点计时器。

基本功能：计时

很简单，由于打点的频率为50赫兹，所以，每相邻两个点之间的间隔为0.02秒，记为T。任意两个点之间的时间根据间隔点数来计算，有n段间隔，时间就是nT。

基本功能：记录位移

纸带上记录了每个点的位置信息，如果想要知道任意两个点之间的距离，直接拿尺子测量即可。

高级功能：计算速度

注意，打点计时器本质上是计算某段时间内的平均速度：

如图所示，随意取5个点，4个间隔。x1，x2，x3，x4可以用直尺测量。

要想求任意一段，比如点1到点3的平均速度，只需要用点1到点3的距离(x1+x2)，除以点1到点3的时间(2T=0.04s)：

v上方带一个横线，读作“拔”，表示是平均速度。

高级功能：计算加速度

如果运动是匀变速直线运动，打点计时器还可以测量加速度。

根据加速的定义：

只需要计算出任意两个点的瞬时速度就可以计算加速度了。

那么，我们先计算物体经过点2 的瞬时速度：

回忆知识：匀变速直线运动某段时间(t1到t2)内的平均速度，等于，中点时刻(t1+t2)/2的瞬时速度。

由于点2 正好是点1 和点3 的时间中点，所以点1 到点3 的平均速度就是点2 的瞬时速度。

即：

同理，求出点3的瞬时速度：

所以，加速度计算如下：

更一般的，有公式：

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结语

打点计时器在高中物理的应用还有很多，作者会在之后的文章中一一介绍。

包括上面介绍的“使用打点计时器计算匀变速直线运动加速度”的具体推导过程在内的其他内容，请点击关注，浏览作者其他相关文章。

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