電磁打點計時器原理、結構及使用方法詳解

2021-01-13 夫子說物理

電磁打點計時器的使用並不複雜,但是對於電磁打點計時器的原理,理解的學生可能不多。我們可以先思考一下為什麼振針會上下震動?為什麼振針振動的頻率和交流電的頻率一致?其實,電磁打點計時器的名字已經告訴了我們答案,那就是法拉第電磁感應定律。

在講解電磁打點計時器的原理之前,我們需要先了解一下電磁打點計時器結構組成,其結構組成包括6V的學生交流電源、線圈、永久磁鐵、振片、振針、複寫紙、限位孔和紙帶,詳見下圖。

其中,6V的學生交流電源提供頻率f=50Hz的交流電,根據公式T=1/f可計算出交流電的周期為0.02s。線圈和穿插在線圈中間的振片,組成了一個電磁鐵,通電後產生磁場,振片被磁化,靠近永久磁鐵的一端隨著交流電方向的變化,其磁性在N極和S極之間切換,由於異性相吸,其會帶動振針靠近永久磁鐵的上端或下端(N極或S極),進而通過複寫紙在只帶上打出點,其周期為交流電的變化周期0.02s。限位孔的作用是固定紙帶位置,複寫紙則是為了使振針在紙帶上打出點來,複寫紙的中間為定位軸,以固定複寫紙位置。

在使用電磁打點計時器的過程中,首先應清晰電磁打點計時器的結構和原理,並把電磁打點計時器固定在桌子上。然後裝好紙帶,接通電源,用手或運動的物體水平拉動紙帶,這樣就在紙帶上打出了一行點。關閉電源,取下紙帶。

從紙帶上的點,我們能得到哪些數據呢?我們知道,紙帶上任意相鄰的兩個點,其時間間隔為0.02s,那麼如果我們任選兩個點,測出兩個點之間的距離記為△x,並計算出兩點之間的時間間隔記為△t。進而我們就可以計算出這段位移對應的平均速度v=△x/△t,也就是說,通過電磁打點計時器紙帶上所獲得的數據,我們可以用來計算物體運動的平均速度,而當△t足夠小時,我們可以近似地認為這個速度為物體在某時刻的瞬時速度。

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