秒表

六、秒表【重要知识提示】秒表也称“停表”，停表规格种类有多种，它们的构造和使用方法虽然略有不同，但基本原理和用途是一致的．表针的运行靠齿轮传动带动的．1．秒表的使用方法使用前先上好发条，测量时用手握住秒表，大拇指按下按钮，第一次按压，秒表指针立即走动，记时开始，随即放手任其按钮自行弹回；第二次按压按钮，秒表指针停止走动，指针指示出两次按压之间的时间；第三次按压时，秒针(长针)和分针(短针)都弹回零点(零刻度处)．2．使用秒表的注意事项使用秒表应注意如下事项(1)使用秒表前应检查秒表指针是否与零点对齐，如果不能对齐，应记下此时秒针所指示的数值，并对读数作修正．(2)实验中切勿摔碰秒表，以免震坏．(3)测量完毕，应让秒表继续走动，使发条完全放松，释放弹性势能，使发条恢复到松弛状态．【典型范例导析】【例1】秒表有哪两个主要构造?解析秒表有表盘和外壳、按钮两个主要部分：(1)表盘刻度：如图2-46(a)、(b)所示，表盘内有两个大小不等的圆周．大圆刻度盘上的刻度标有“5之10、15、20、25、30”字样，如图(a)所示．也有的标有“2、4、6、8、10、…、26、28、30”字样，如图(b)所示．不管哪样标法，均表示秒针(长针)转动到不同位置的记录“×秒钟”数值，秒针每转一周，所经历的时间为30秒(s)．大圆周上最小分度一般是O．1s，如图(a)中的放大部分所示．小圆刻度盘上标有“3、6、9、12、15”字样，如图(a)所示，也有的标“5、10、15”或“1、2、3、…、14、15”字样．不管哪种标法，均表示分针(短针)转到不同位置的记录“×分钟”的数值．分针每转一周，所经历的时间为15分钟(min)．小圆周上最小分度一般为O．5min．(2)外壳、按钮：该按钮又叫柄头，其作用为使指针启动、停止和回零．一般机械秒表(非电子秒表)上端有柄头，用以旋紧发条及控制秒表的走动和停止．【例2】试举例说明秒表的读数和记数方法．解析秒表读数和记录数据时应掌握如下两点：(1)所测时间超过0．5min时，0．5min的整数倍部分由小圆刻度盘内分针所指示的刻度读出，不足0．5min的部分由大圆刻度盘中秒针所指示的刻度读出，所测的总时间为两针(分针和秒针)示数之和，即t=分针指示数(t1)+秒针指示数(t2)．例如图2-47所示，小圆刻度盘上分针所指示的刻度数值超过了1．5min，指针在1．5～2min之间，其分针指示时间数可记为t1=1．5min，而大圆刻度盘上秒针所指示的刻度为14．5，故秒针所测得的数值为t2=14．5s，所测时间读数为：t=t1+t2=1min30s+14．5s=lmin44．5s．(2)秒表读数时一般不估读，因为秒表为机械表，其表针的运行是靠齿轮传动的，指针不可能停在两小格之间，不能读出比最小刻度所表示的更短时间来．上例中O．5s是读数准确位，由于不估读，所以“5”后也不需要加“0”．若秒针正指向大圆刻度盘上的“14”位置，分针所指位置不变，则读数应为1rain44．Os，由于不估读，O．1s的位置应视为准确位．【例3】如图2-48所示为一单摆振动50次所用的时间，则其读数为___________．解析由图知，该秒表的分针(短针)在1～1．5之间靠近刻度“1”的位置，大于0．5min部分为1min，而秒针(长针)指示的位置为12格再过0．7格，故小于0．5min的读数应为12．7s．总的读数应为t=tl+t2=lmin+12．7s=lminl2．7s．这个结果还可以写成1minl2s7或72．7s．【例4】由图2-48所示，该秒表的最小分度是多少?解析由图可知，该秒表大圆刻度盘上标有“2、4、6、…、26、28、30”，且2～4s刻度的2s刻度内又等分成4小格，以下4～6s、6～8s刻度区间内均等分为4小格，每小格表示的数值为2/4s=0．5s．故该秒表的最小分度为O．5s．【例5】如图2-49所示中秒表的读数是_____s．解析根据秒表的读数方法，此题秒表读数为t=t1+t2=1min+10．8s=lmin+10.8或70．8s【例6】如图2-50所示，在用单摆测定当地重力加速度实验中，单摆摆动50次计时器上记录的数据，这个数据应读为_______s．解析如图所示计时器是刻度盘与前述有所不同的秒表(停表)，它的大圆刻度盘上标有“10、20、30、40、50”等字样，其秒针(长针)每转一圈所记录的时间为60s，小圆刻度盘上标有“1、2、3”等字样，其分针(短针)每转一圈所记录的时间为3min钟．弄清了这些基本构造后，读数就不成问题了．读数t=t1+t2=1．0min+40．Os=100．Os．因为短针在“1～2”之间且靠近2，说明已经过了1．5min，又未达到2min的位置，长针正好指向40，应读作40s，但秒表应精确到0．1s，所以要在40后面补“0”．七、打点计时器【重要知识提示】打点计时器是一种精度较高而构造又比较简单的计时仪器，它能测量微小时间的间隔，是一种使用交流电源的纸带记录式的计时仪器．供高中学生分组实验使用的计时器有电磁打点计时器和电火花打点计时器两种．1．电磁打点计时器(1)构造：电磁打点计时器构造如图2-51所示．其工作电压为交流电4V～6V．当电源频率为50Hz时，它每隔O．02s打一次点，即打点周期为0．02s．(2)使用方法及注意事项①要在满足电磁打点计时器所需电源，工作电压、频率要求下使用．②使用前应检查打点的清晰程度．若点迹不清晰或有漏点情况，应适当将振针的高度调低(或将振针的长度稍微调长点)；若出现双点或拖尾巴情况，应适当将振针的高度调高(或将振针的长度调短点)，这是振针与纸带接触时间过长，即振动片的振幅过大造成的．若出现振针的振幅较小或者振动不稳定，可适当调节振动片的长短使振动片的固有频率等于或接近交流电源的频率，使其振动片的振动达到稳定状态，不过一般情况不要轻易调整振动片的长度，因为其调整难度很大，可能会弄巧成拙，必要时应在老师指导下进行；若复写纸用久了或损坏了，也会使点迹模糊，应注意更换复写纸，每更换一次纸带，应适当调整一下复写纸的工作位置，以充分利用它的不同部位，保证打点清晰．③在使用打点计时器时，纸带位置要放正，释放纸带时，要使纸带自始至终与打点计时器基板平面平行，让其紧贴基板移动，要尽量不让纸带在移动过程中与限位孔的侧壁相碰，以减小因摩擦而造成的误差．④在使用打点计时器时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定时，再放开纸带．⑤打点计时器属间歇性工作仪器，每打完一条纸带，应及时切断电源，防止线圈长时间通电过热而损坏．⑥缺点在高中阶段，电磁打点计时器只用于测量物体运动的加速度，而且误差较大，有条件的学校应改用电火花计时器．2．电火花计时器(1)构造电火花计时器构造如图2-52(甲)所示．主要由脉冲输出开关、正负脉冲输出插座、墨粉纸盘、纸盘轴等构成．其工作电压为交流220V，当电源频率为50Hz时，它每隔0．02s打一次点，电火花计时器的打点周期T=0．02s．(2)计时原理电火花计时器装置中有一将正弦式交变电流转换为脉冲式交变电流的装置．当计时器接通220V交流电源时，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针和接负极的纸盘轴产生火花放电(如图2—52(乙)所示)，利用火花放电在纸带上打出小孔而显示出点迹(如图甲中在纸带1上打出的一列点迹)．(3)优点这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，实验误差小，操作简便，无须调整工作电压．目前一般高中尚无这种计时器，条件好的学校可用电火花计时器来做有关的力学实验．【典型范例导析】【例1】结合实例简述电磁打点计时器的计时原理．’解析当低压正弦式电流通人线圈后，电流产生的磁场使振动片磁化，磁化了的振动片在永久磁体的磁场作用下使振动片上下运动，固定在振动片上的振针就随振动片一起振动，其工作原理如图2-53所示．当线圈中通人的交流电为正半周时，如图2-53(甲)所示，则线圈中被磁化的振动片左端为N极，永久磁体的磁场就使振动片向下运动，振针就在纸带上打下一个点；当通人的交流电为负半周时，如图2-53(乙)所示，则线圈中被磁化的振动片左端变为S极，永久磁体的磁场就使振动片向上运动，纸带向前运动时，就没有点迹记录．如此反复作用，振动片就振动起来．制造时使振动片的固有频率为50Hz，使其与交流电的频率相等，这样振动片就发生共振，因而振动片具有较大振幅，固定在振动片上的振针与振动片有相同的频率．让一条纸带穿过两个限位孔，压在复写纸的下面，由运动的重锤或其他物体拖着纸带一起运动，于是振针就在纸带上打下一列的小点，这一列的小点便记录了运动重锤或其他物体在不同时刻的位置变化，反过来由物体位置的变化可知其运动的时间，如数一数纸带上任意两点间的点子间隔数，乘以打点周期T，就得到物体在这两点间的运动时间t．量一量纸带上任意两点间的距离，就是物体在这段时间t里发生的位移．由s和t便可求出运动物体在这两点间的平均速度tsv.如果纸带上的点是等距离分布的，则表明运动物体在相等的时间间隔T0内通过的位移相等，那么物体所作的运动是匀速直线运动；如果纸带上相邻的两点间的距离越来越大，或者所打的点迹越来越稀，则表明物体所作的运动是加速直线运动；反之纸带上相邻两点间的距离越来越小，或者所打的点迹越来越密，则表明物体所作的运动是减速运动．总之，在让学生了解电磁打点计时器构造的各部件的名称和作用、弄懂计时原理的基础上，会用此装置记录物体的运动情况，并能根据纸带上记录的一列点迹对物体的运动进行分析，确定物体的运动性质和运动规律．【例2】处理纸带的基本原则有哪些?解析处理纸带的基本原则有如下三条：①起始点的选定要避开最初物体开始运动那段时间内纸带上十分密集的点，应在后面找一个方便分辨、方便测量的点作为起点，并在该点下标为“0”；②计数点的通常确定方法是将打点计时器每打5个点的时间间隔作为记时单位，来取定计数点，并依次标明序号或字母，如图2—54所示．这样会使测量和计算方便．标明计数点时要注意：应从起点O算起的第6个点下标明1、第11个点下标明2、……，这些标了1、2、3、．……或A、B、C、……的点被称为计数点．将它与实际打的点应区分开来．这样取定的计数点，每两个计数点间的时间间隔为5T0=5×0．02s=0．1s；③测量两个相邻计数点之间距离时，应该坚持每次都从计数点O测量起．例如，要测量第3、4两个计数点间的距离s4时，可先测量出O～3两个计数点的距离d3，再测量出O～4两个计数点间的距离d4，则s4=d4一d3，如图2—55所示．这样做的目的是为了减小测量误差．【例3】在使用打点计时器时下面的说法正确的是()A．应先接通电源，再使纸带运动B．应先使纸带运动，再接通电源C．在使纸带运动的同时接通电源D．先使纸带运动或先接通电源都可以解析先接通电源，再放手松开纸带让纸带运动，可使纸带上打出的点更多，有效点也较多，纸带的利用率较高．若先释放纸带后接通电源，纸带通过限位孔后有较长一段纸带未能打点，特别是在纸带运动较快的情况下，在有效长度的纸带可能无点，或有效点不多，不利于对纸带进行分析，这样也浪费纸带．若在纸带运动同时接通电源，在纸带运动较慢的情况下，开始一段时间内打下的点迹会有重叠或密不可分，不利于选点．根据以上分析，A选项是正确的．【例4】在使用打点计时器时，发现打点计时器打点周期不稳定，其原因可能是()A．交流电压不稳定B．永久磁铁磁性太弱C．电源的频率不稳定D．振动片的固有频率与交流电源的频率有偏离解析打点计时器周期跟电源频率和振动片的固有频率有关．一个性能良好的打点计时器振动片的固有频率和所使用交流电频率相等，这样振动片发生共振，振幅较大，打点清晰，等时性好．而电压的高低直接影响振动片的振动的强弱，即振幅的大小，而不影响振动片的振动周期，故也不影响打点计时器的打点周期．永久磁铁的磁性能影响打点痕迹的轻重，即点迹的清晰度，并不影响打点的周期．综上所述，引起打点周期不稳定的原因是C、D两选项所述，故答案应为C、D两选项．【例5】一同学在用打点计时器做“测匀变速直线