關於教材中電磁打點計時器工作電壓的修訂說明

2020-11-29 高中物理知識

小編按:本文是2020年的《普通高中教科書 物理必修第一冊》的編者針對網絡上許多物理老師的討論的回應。本號進行轉載。

有老師發現,在2020年的《普通高中教科書 物理必修第一冊》教材中將電磁打點計時器由「工作電壓為4~6V」修改為「工作電壓約為8 V」,本文對此進行一個簡單說明:

實際上,關於電磁打點計時器的工作電壓的表述其實一直有所變化,在2004年版的教材中是10 V以下,在2006年則修改為6 V以下。在實際使用的J0203打點計時器的說明書中,規定使用的交流電源是9 V(實測為6~9 V),因此在2004年版的教材中寫為10 V以下。但是在實際教學使用中,由於製造工藝等原因,在打點計時器工作時需要從低電壓開始,能提供穩定打點即可,因此將工作電壓進行了修改,適應實際使用的需求。這些原因包括:由於製造過程的分散性,不同打點計時器的工作電壓存在差異,因此工作電壓是一個範圍;學生電源擋位與提供的實際電壓差異較大,學生電源顯示的電壓可能比實際提供的電壓低;電壓過高時振動片振幅過大,這種情況會出現振針打「雙點」現象,帶來測量誤差。

但是,隨著時代的發展,實驗儀器正在不斷完善,國家標準的相關規定也進行了調整,由原國家標準中規定的工作電壓9 V,改為:「4.3.1 使用電源:交流,電壓:8V±2V,頻率:50Hz±0.5Hz。」並且對打點計時器的使用還有如下說明:「4.3.4 打點質量:連續打50點應無漏點、雙點,點跡清晰。當紙帶移動速度為0.8 m/s±0.05m/s時,點跡長度應為0.3 mm~0.8 mm。若點跡有毛剌,毛刺的寬度小於該點最小線度的1/4部分不計入點跡的長度。」

通過對新的打點計時器進行測試,發現學生電源電壓小於實測電壓,選取的學生電源在4 V時沒有打點,5 V時能看到輕微的點跡,6 V以上就能看到清楚的點跡了,達到8 V能夠穩定的正常工作。電壓達到12 V時,可能會出現打雙點的現象,達到14 V時,基本就出現打雙點的情況。測試結果對不同的學生電源和不同的打點計時器會略有不同,但打點計時器基本都符合國家標準,在6~10 V範圍內可以正常工作。

原內容雖然符合當時實驗中儀器的實際情況,但與國家標準和說明書並不完全一致,隨著教學儀器的發展,這種情況已經有所改善。鑑於新的國家標準尚未正式公布,並且國家標準中「8V±2V」這樣的表述與教材中其他地方不一致,因此表述改為「工作電壓約為8 V」。教師在教學中使用時應根據說明書選擇合適的工作電壓,並測試幾次,使打點質量符合要求。

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