打點計時器是一種測量短暫時間的工具。如果運動物體帶動的紙帶通過打點計時器，在紙帶上打下的點就記錄了物體運動的時間，紙帶上的點也相應的表示出了運動物體在不同時刻的位置。研究紙帶上的各點間的間隔，就可分析物體的運動頻率。
電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器，其工作電壓小於6V，一般是4~6V，電源的頻率是50Hz，它每隔0.02s打一次點。即一秒打50個點。電火花打點計時器是利用火花放電在紙帶上打出墨跡而顯示出點跡的計時儀器，使用220V交流電壓，當頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點。電火花計時器工作時，紙帶運動所受到的阻力比較小，它比電磁打點計時器實驗誤差小。電火花打點原理：交流電的電源電壓大小會周期性改變，當電壓值達到較大時（一般認為是最大時），就會放出電火花，於是電火花會周期性出現，由於紙張不導電，所以不能將電火花吸引在紙面上，而作為導體的碳膜就起到了“引雷”的作用.，將印記“打”在紙帶上。
基本介紹
- 中文名：打點計時器
- 外文名：ticker-tape timer
- 簡稱：打點器
- 類別：工具
- 作用：測量時間
原理分類,電磁,電火花,相關比較,實驗過程,實驗目的,注意事項,
原理分類
電磁
電磁打點計時器：電磁打點計時器是一種能夠按照相同的時間間隔，在紙帶上線序打點的儀器。當給電磁打點計時器的線圈通電後，線圈產生磁場，線圈中的振片被磁化，振片在永久磁鐵磁場的作用下向上或向下運動，由於交流電的方向每個周期要變化兩次，因此振片被磁化後的磁極要發生周期性變化，永久磁鐵對它的作用力的方向也要發生周期性變化，在交流電的一個周期內打點一次，即每兩個點間的時間間隔等於交流電的周期。電磁打點計時器工作時的阻力相對電火花打點計時器而言較大。
電火花
電火花打點計時器的計時原理與電磁打點計時器相同，不過在紙帶上打點的不是振針和複寫紙，而是電火花和墨粉，給電火花打點計時器接220V電源，按下脈衝輸出開關，計時器發出的脈衝電流，接正極的放電針和墨粉紙盤到接負極的紙盤軸，產生火花放電，於是在紙帶上打出一系列的點，而且在交流電的每個周期放電一次，因此電火花打點計時器打出點間的時間間隔等於交流電的周期，當電源頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點。
主要構成：殼體，脈衝發生器，脈衝輸出開關，紙盤軸。
電火花打點計時器比電磁打點計時器的誤差小。原因是：電火花打點計時器所受的阻力遠遠小於電磁打點計時器。
正常工作時需接220V交流電源。
相關比較
這兩種計時器的共同點是在紙帶上記錄運動物體的“時—空”分布信息，計時基準都是取自家用電的周期，在我國每兩個點之間的時間間隔為0.02s，因而有相同的數據採集方法與數據整理分析方法，並可與斜面小車、軌道小車等配套使用，但在可靠性、準確性以及課時利用率等方面，則有很大的差別。電火花打點計時器成功地克服了電磁打點計時器的缺點。
一、運動與計時互相干擾的排除
1．運動與計時互相干擾
電磁打點計時器工作時，由市電經線圈引起磁場的周期變化，策動彈片帶動打點針，在運動物體拖動的紙帶上，以50赫茲頻率打點。電磁打點計時器的打點針對運動中的紙帶產生衝擊和摩擦，干擾了紙帶的運動，這在自由落體實驗中尤為顯著。
電火花計時器利用高壓脈衝火花放電，放電針與紙帶沒有接觸，因而不會干擾紙帶運動。
2．排除運動對計時的干擾
電磁打點計時器的計時周期會受到紙帶運動的干擾，對此我們進行以下分析和實驗。以振子向下打點過平衡位置的作為0相位，這樣在紙帶上打點時的相位將在附近稍小於的一點上，只要打點能保持在同一相位上，打點的0.02s周期的等時性就能保證。當紙帶靜止時，若電磁打點計時器調節適當，打點的等時性得到保證。但是當紙帶運動時，受到打點針衝擊作用的紙帶對振子也產生反作用，從而影響到打點時相位產生顯著漂移，結果破壞了打點的等時性。
二、操作性能的改善
1．減少調節，提高工作可靠性
使用電磁打點計時器時，對打點相位的調節，常常是一般師生難以掌握的技術難點；對已調好的計時器，在使用中因隨環境因素而改變，即使耗費大量時間與精力調節，也常常難以調好，從而降低了工作的可靠性，降低了實驗的置信度和課時利用率。
使用電火花計時器時由於不需要上述調節，一般學生在2-5分鐘內便能採集到實驗數據，從而可以使學生的精力集中到控制實驗現象產生的條件，以及研究分析運動規律上去。
2．安全性能的突破
電磁打點計時器在使用中是沒有安全問題的。電火花打點計時長期不能在教學中使用的關鍵之一是安全問題。早期的電火花打點計時器、其記錄靈敏度低下，依賴於電火花在白紙上燒孔，其電壓大於6kV，電流達80mA，對人是有生命危險的。後來用熱敏紙，電壓也大於6kV，電流為5至20mA，也是極不安全的。我們採用的打點記錄方法，是一種與電場描繪及傳真記錄相類似的微電流轉印方法，其電壓雖然高達220V，但電流控制在200μA以下，從而解決了使用電火花計時器時的安全問題。
三、實驗成本
電磁打點計時器是一種低成本教學儀器，它的價格和實驗消耗都比較低。八十年代初，電火花計時器與電磁打點計時器之間的價格比在10:1以上，材料消耗比在50:1以上（前者用熱敏紙時），經過長期研究改進，我們終於找到了一種合適的的電路，在充電放電上都利用市電的相位信息，使電路大為簡化，使兩種產品的價格比低於2:1。由於電火花計時器不用低壓電源（學生電源），而電磁打點計時器要用配套的學生電源，若將此項因素一併考慮，則上述的價格比就要倒過來了，因此，電火花計時器更便宜。在材料的消耗方面，由於我們採用了合適的介質材料，火花放電的點跡經過放大轉印到普通白紙上，因此比電磁打點計時器用的電報紙帶價格更低，而且可以自制。
綜上所述，可知新型的電火花計時器完全具備了替代電磁打點計時器的條件，適於在我國普及。
實驗過程
1.把長木板平放在實驗桌上，並使滑輪伸出桌面。
2.把打點計時器固定在木板沒有滑輪的一側，並連好電路。
3.把一條細繩栓在小車上，細繩跨過定滑輪，下邊吊著合適的鉤碼。
4.把穿過打點計時器的紙帶固定在小車後面。
5.使小車停在靠近打點計時器處，接通電源，放開小車，讓小車運動。
6.斷開電源，取出紙帶。
7.換上新的紙帶，再重做兩次。
注意：避免使用紙帶的前兩個點！
紙帶分析
1、自由落體運動初始點的分析：看紙帶的前兩個點的距離是否接近2mm，接近2mm的紙帶才是由靜止開始的自由落體運動實驗紙帶。
2．實驗紙帶是否研究勻變速運動的分析：測量紙帶上相鄰各點的距離之差是否相等，若相等就是勻變速運動，否則就不是；即勻變速運動的紙帶相鄰兩點的距離差滿足 s(n+1)-s(n)=aT^2
s(n)指第N-1個計時點到第N個計時點的位移,s(n+1)指第N個計時點到第N+1個計時點的位移，[s(n)+s(n+1)]指第N-1個計時點到第N+1個計時點的位移（即把要求的點包括在了他們中間即N處），t指發生兩個相鄰計數點(N-1到N,N到N+1)之間的時間間隔.2T就是時間間隔總和
4．計算勻變速運動的加速度：
（1）理想紙帶的加速度計算：由於理想紙帶描述的相鄰兩個計數點間的距離之差完全相等，即有：S2-S1=S3-S2=…=S(n)-S(n-1)=△S=aT^2；故其加速度 a=△S/T^2
（2）實際的實驗紙帶加速度計算：由於實驗過程中存在一定的誤差，導致各相鄰兩個計數點間的距離之差不完全相等，為減小計算加速度時產生的偶然誤差，採用隔位分析法計算，可以減小運算量，方法是，用S1,S2,S3.......表示相鄰計數點的距離，兩計數點間的時間間隔為T,根據△S=aT^2有
S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3a1*T^2
同理S5-S2=S6-S3=3a2*T^2
求出a1=(S4-S1)/3T^2 a2=(S5-S2)/3T^2 a3=(S6-S3)/3T^2
再求平均值計算加速度：a=(a1+a2+a3)/3
實驗目的
1、研究自由落體運動的特性。
2、實驗研究勻變速運動相鄰兩點的距離差滿足 s(m)-s(n)=(m-n)aT*2 。
3、計算勻變速運動中某點瞬時速度。
注意事項
- 實驗前，應將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動，並要先輕輕試拉紙帶，應無明顯的阻滯現象。
- 使用打點計時器，將打點計時器固定在實驗台，應先接通電源，待打點計時器打點穩定後再放開紙帶，使時間間隔更準確。
- 打點計時器使用的電源是交流電源，電磁打點計時器電壓是4~6V；電火花打點計時器電壓是220V。
- 小車離滑輪端不能太近，向前的餘地太小，會使紙帶上留下的計時點過少，給測量帶來不便，產生較大的誤差。
- 滑輪位置不能太低，會使砝碼與小車之間的連線與木板相接觸，且線的拉力方向與板面不平行，阻力大，誤差大。
- 手拉動紙帶時速度應快一些，以防點跡太密集。
- 使用電火花計時器時，應注意把紙帶正確穿好，墨粉紙位於紙帶下方；使用電磁打點計時器時，應讓紙帶通過限位孔，壓在複寫紙下面。
- 打點計時器在紙帶上應打出輕重合適的小圓點，如遇到打出的是小橫線、重複點或點跡不清晰，應調整振針距複寫紙片的高度，使之大一點。
- 複寫紙不要裝反，每打完一條紙帶，應調整一下複寫紙的位置，若點跡不夠清晰，應考慮更換複寫紙。
- 紙帶應捋平，減小摩擦，從而起到減小誤差的作用。
- 打點器不能長時間連續工作。每打完一條紙帶後，應及時切斷電源。待裝好紙帶後，再次接通電源並實驗。
- 對紙帶進行測量時，不要分段測量各段的位移，正確的做法是一次測量完畢（可先統一測量出各個測量點到起始點O之間的距離）讀數時應該估讀到毫米的下一位。
- 處理紙帶數據時，密集點的位移差值測量起來誤差大，應捨去；一般以五個點為一個計數點。
- 描點作圖時，應把儘量多的點連在一條直線（或曲線）上不能連線上上的點應分居線上的兩側。誤差過大的點可以捨去。
