电火花打点计时器的实验现象
參考答案:两种打点计时器
电磁打点计时器 4—6伏交流电 50hz
电火花打点计时器 220伏交流电 50hz
电火花计时器与电磁打点计时器的比较
金毅（国家教育委员会教学仪器研究所） 李俊伦（四川师范大学物理系）
国家教委1993年修订发布的《中学理科教学仪器配备目录》的物理部分，已采用电火花计时器代替电磁打点计时器的配备方案，正在修订的高中物理教学大纲，也拟用电火花计时器代替电磁打点计时器。本文对上述两产品进行比较，旨在帮助大家了解这种电火花计时器。
这两种计时器的共同点是在纸带上记录运动物体的“时——空”分布信息，计时基准都是取自市电的周期，在我国每两个点之间的时间间隔为0．02秒，因而有相同的数据采集方法与数据整理分析方法，并可与斜面小车、轨道小车
等配套使用，但在可靠性、准确性以及课时利用率等方面，则有很大的差别。电火花计时器成功地克服了电磁打点计时器的缺点。
一、运动与计时互相干扰的排除
电磁打点计时器工作时，由市电经线圈引起磁场的周期变化，策动弹片带动打点针，在运动体拖动的纸带上，以50赫芝频率打点，并产生了计时和运动间的相互干扰。
1．计时对运动干扰的排除
电磁打点计时器的打点针对运动中的纸带产生冲击和摩擦，干扰了纸带的运动，这在自由落体实验中尤为显著。
电火花计时器利用高压脉冲火花放电，放电针与纸带没有接触，因而不会干扰纸带运动。
2．排除运动对计时的干扰
电磁打点计时器的计时周期会受到纸带运动的干扰，对此我们进行以下分析和实验。以振子向下打点过平衡位置的作为o相位，这样在纸带上打点时的相位将在附近稍小于的一点上，只要打点能保持在同一相位上，打点
的20ms周期的等时性就能保证。当纸带静止时，若电磁打点计时器调节适当，打点的等时性得到保证。但是当纸带运动时，受到打点针冲击作用的纸带对振子也产生反作用，从而影响到打点时相位产生显著漂移，结果破坏了打点的等时性。
图1是检查电磁打点计时器等时性的电路原理图。在电磁打点计时器上装一条传真原纸纸带代替电报纸带，或者用导电纸放在记录纸带的位置上。在纸带静止时，调好电磁打点计时器的等时性。R8型示波器接在线圈的两端，当纸带运动时，即可在示波器上看到打点相位的漂移，有时漂移可达2ms，这是因为电磁打点计时器打点针的振幅有2～3mm，在相位附近，打点针位移的变化，对打点相位漂移的影响最大。
电火花计时器的电路原理见图2，它也是用市电的周期变化策动的。为了叙述方便，以经K流入的电流的起点为零相位，则当相位时市电对电容器C充电至310伏，相位时电路阻断，在π相位后，电流经进
入可控硅BG，约到1．1π时，进入BG的电流增至使可控硅触发导通，引起C经脉冲变压器T的原边及BG放电并在副边上形成单向脉冲高压。
每次放电在1．1π附近的具体相位点，是由元件的性质决定的，它不受运动的干扰。电火花计时器的技术指标规定其漂移小于50μs，即比电磁打点计时器的漂移小两个数量级。
二、操作性能的改善
1．减少调节，提高工作可靠性
使用电磁打点计时器时，对打点相位的调节，常常是一般师生难以掌握的技术难点；对已调好的计时器，在使用中因随环境因素而改变，即使耗费大量时间与精力调节，也常常难以调好，从而降低了工作的可靠性，降低了实验的置信度和课时利用率。
使用电火花计时器时由于不需要上述调节，一般学生在2一5分钟内便能采集到实验数据，从而可以使学生的精力集中到控制实验现象产生的条件，以及研究分析运动规律上去。
2．安全性能的突破
电磁打点计时器在使用中是没有安全问题的。电火花打点计时长期不能在教学中使用的关键之一是安全问题。早期的电火花打点计时器、其记录灵敏度低下，依赖于电火花在白纸上烧孔，其电压大于6kV，电流达80mA，对人是有生命危险的。后来用热敏纸，电压也大于6kV，电流为5至20mA，也是极不安全的。我们采用的打点记录方法，是一种与电场描绘及传真记录相类似的微电流转印方法，其电压虽然高达3万伏，但电流控制在200μA以下，从而解决了使用电火花计时器时的安全问题。
三、实验成本
电磁打点计时器是一种低成本教学仪器，它的价格和实验消耗都比较低。八十年代初，电火花计时器与电磁打点计时器之间的价格比在10：1以上，材料消耗比在50：1以上（前者用热敏纸时），经过长期研究改进，我们终于找到了图2所示的电路，在充电放电上都利用市电的相位信息，使电路大为简化，使两种产品的价格比低于2：1。由于电火花计时器不用低压电源（学生电源），而电磁打点计时器要用配套的学生电源，若将此项因素一并考虑，则上述的价格比就要倒过来了，因此，电火花计时器更便宜。在材料的消耗方面，由于我们采用了合适的介质材料，火花放电的点迹经过放大转印到普通白纸上，因此比电磁打点计时器用的电报纸带价格更低，而且可以自制。
综上所述，可知新型的电火花计时器完全具备了替代电磁打点计时器的条件，适于在我国普及。
参考资料：
