计时器
原理介绍：
中国古代有“结绳记事”之说，而我们今天要做的实验就是“点计时”。那么点计时需要什么样的仪器呢？点计时仪。它的作用就是“把连续的运动分离成离散的“场景”，精彩的瞬间定格成永恒”。首先，点计时仪大家族有多少成员呢？两个。他们分别是白雪公主——电磁式点计时仪和黑马王子——电火花式点计时仪。他们同为皇位继承人，但治理国家的方式却大相径庭：一个温和，一个暴戾。为什么会有这样的差异呢？让我们一起走近科学。
我们先来看看电磁点钟（电流的磁效应），看看它的结构是什么样的？就像去北京长安街必看一样，电磁点钟也需要看它的中心轴。我们看到上面有一个线圈，线圈里包裹着一块永久磁铁。大家初中学过电流的磁效应吗？奥斯特发现，当导线通电后，其周围就会激发出磁场。因此，定时器的导线通电后，导线就被磁化，与永久磁铁相互作用：如果磁极与永久磁铁相反，就会吸引振子；相反，如果通过的电流反向，形成的磁极与永久磁铁相同，就会排斥振子，从而带动它上下振动，起起伏伏，如同人生一般。 （相关“选修课3-2《楞次定律》”）我们看到振动器的末端是尖的，就是振动针，当振动片振动时，振动针（物理损伤）会随着振动片上下振动，当然振动频率很快。振动针下面要放一张圆形的复写纸和纸带。那么问题来了——复写纸应该在最上面吗？还是纸带在最上面？我们来想一想：如果纸带在复写纸上面，振动针打在纸带上，纸带上只留下一排排“小坑”，会不会有颜色呢？不会，因为涂了颜料的复写纸不直接和振动针接触打点计时器的使用，颜色会印在纸带下面；所以实际操作时，应该把复写纸放在纸带上，纸带要穿过限位孔（皮带扣）。振动针振动时，先接触复写纸，再把复写纸上的颜料打在纸带上，形成一连串的圆点。所以这个“三明治”一定要夹对（三明治——“扔手帕”）。那么，打点定时器该怎么供电呢？我们看到打点定时器上有两个端子，这两个端子之间的电压是小于6伏的。但是你知道民用电的电压是多少吗？220V！如果直接用，就成了“打孔机”，那么怎么办呢？我们需要一个电压“降压器”——变压器，课本上叫“学生电源”。当它的插头插到插座上，输入的是220v的电压。我们可以看到它有一个旋钮，这个旋钮的作用就是选择我们希望电源输入给打点定时器的电压。电磁式打点定时器的电压应该在多少伏以下呢？是6v以下。所以把旋钮调到6v的位置。 好，那么这个仪器的输入电压是220v，输出电压是6v，所以我们就取名为“变压器”。电磁打点定时器只能和变压器配合使用，所以是白雪公主的护花使者。大家回想一下，你的手机充电器上是不是也有类似的“大家伙”呢？
还有一种打点定时器叫电火花打点定时器（尖端放电），我们看到它黑漆漆的，短小精悍，是不是比电磁打点定时器小很多呢？没错，电火花打点定时器就是打点定时器家族中的“黑马王子”。为什么呢？不光因为它是黑色的！一方面它比较小巧，结构简单，给人一种朴素的美感；另一方面它独领风骚，没有变压器陪伴，也就是它的输入电压是220v，输出电压也是220v。同样是“治国”——打点，电火花定时器就很暴躁了——电压比较高，同学们使用时一定要注意安全，通电状态下不要拆开看、调墨纸。不要模仿别人物理资源网，看到用电磁定时器的同学拆仪器外壳，你也拆开看看。 殊不知他们在抚摸猫咪，而你在抚摸“电老虎”！其实电火花打点器原理跟打火机是一样的，我们知道打火机之所以能点火，就是两根导线之间产生火花，点燃酒精蒸汽。电火花打点器也是一样，里面有一个放电针（法术伤害），尖端可以放电。你见过电火花吗？当然见过，冬天脱毛衣时发出的噼里啪啦的声音就是电火花。电火花打点器就是通过带电墨水在纸带上打出记号，先利用电能吸引轻小物体的性质，将墨水吸引到纸带上，再利用火花的高温将其熨烫在上面。想想看，刚印好的纸是不是有点烫手呢？（洗点、切点、吹点一条龙服务）电火花：先吸引后熨烫：始于容貌，落于才华，忠于人品。 （接触“电法，尖端放电”）因为纸带在运动，所以最后出来的结果和电磁点阵计时器一样，是一排小点。但不是指针撞击出来的点。电磁的颜色是蓝色；电火花的颜色是黑色。为什么会有这样的差别呢？有的同学说电火花点阵计时器的电压比较高，是220v，所以发生了化学反应，颜色不一样。其实不然。我们看到电磁点阵计时器使用的是复写纸，也就是人们常说的“蓝印纸”，所以出来的点自然是蓝色的。你们见过复写纸吗？我小时候也犯过错，犯了错老师就罚我写字，跟你们不一样，谁能把一个字写10遍呢？10遍！那时候我们用的是方格纸，哈哈。。你们是不是也有同样的感觉？我写字的时候，背面都铺一层，两层，三层。 当我用尽全力的时候，背面可以打印出三个字。这是复写纸；而电火花点墨机使用的染料是碳粉盒，所以是黑色的。
介绍完点钟家族的两位成员，我们再来看看它们的一些特征量。我们看课本知道，点钟的工作频率，或者说“工作频率”，是50Hz。那么频率是什么呢？我们知道男生声音低，女生声音高。而声音是靠振动产生的，也就是说声音低的振动频率就低，反之亦然。咦，我们看到一个同学在打瞌睡，他每10秒钟打50次哈欠，那说明他打哈欠的频率很高？很高！频率是5Hz，所以他打一次哈欠的时间为0.2s（磕头、捣蒜、在额头上抹点墨汁，就是“人造点钟”）。后面我们会知道，赫兹是一位伟大物理学家的名字，我们用它作为频率的单位，以纪念这位物理学家。 那么我们给出这样一个关系：f=1/T，工作频率就是打点周期的倒数。F是的首字母，代表频率；而T是指完成一个重复动作所需要的最少时间。它们之间是反比关系。同学们，把f=50Hz代入关系中，看看能不能得出周期T=0.02s。为什么频率等于50Hz呢？这是由发电厂发电机的工作频率决定的。（打点定时器1秒钟打50个点，示波器1秒钟扫描50场，就是因为频率是50Hz。）格力变频空调——一晚只需要一度电。在日本和一些西欧国家，工频在60~70Hz之间，也就是说我们国家生产的电器在这些国家是不能用上的。生活中，工频对我们的影响也是很大的。 比如苹果手机在美国卖，因为没有关税，比较便宜，所以有些人托美国朋友买了苹果手机，带回国却发现不能充电。这是为什么呢？就是因为工频不一样。所以这个一定要搞清楚，不然你心爱的手机就成了一次性的了。大家要注意，这两个打点定时器用的都是交流电，那么直流电能不能用呢？比如实验室停电了打点计时器的使用，一个爱做实验的学生说：“老师，我去买个电池，插在端子之间，这样可以吗？”用足球明星的名字来回答，那是不行的（梅西）！因为这样会变成订书机/水龙头断头台——一次性的东西，除非你用极快的手速来回切换电池的正负极。但手动挡肯定不如自动挡，所以我们采用自动控制：用交流电。
实验操作
参照课件+播放视频。（先通电-打节奏？）
错误分析
因为都是计时定时器，所以电火花定时器比电磁计时定时器更精确。为什么呢？因为我们观察电磁计时定时器工作的时候，振针是不是要一直接触纸带呢？虽然接触时间很短，但只要接触到纸带，就会影响纸带的运动。就像学生跑步的时候，如果后面总有人时不时地用绳子拉你，也会影响你跑步的速度，所以我们也要考虑纸带的感觉；而电火花定时器几乎没有质量，纸带的运动可以很流畅。
我在此提醒大家两点：点阵仪使用前需要预热，才能达到最佳状态，打出的点才会均匀稳定。就像开车前需要热车一样，运动员在运动前也需要热身。反例：我睡着了，突然问点阵仪有几种类型？我问你们心肌梗塞有几种类型？使用完后一定要及时拔掉电源，因为大家看到课本P.19下面的小字：点阵仪并不是可以连续工作的仪器，和大家一样，工作一段时间后需要休息。2012班的一群同学曾经在实验室里跟我有过这样的对话：“老师，我的点阵仪为什么会冒白烟？”我：“它连续滴答了多久了？”答：“从上课开始就一直在滴答”我：“头晕！”总结来说，点阵仪要“早开早关”。
最后要注意的是，在处理数据时，磁带开头那些比较密集的点要舍弃，这些点就像军训时的“小步子”，不能体现队伍前进的规律，后面那些比较清晰的点就像前进的步伐，雄健稳健，所以才采用。
偶然误差：用尺子分段测量位移——切莫作恶虽小，也不要累积偶然误差，否则小错误就会酿成大错误。
系统误差：针头与纸带间的摩擦使速度减慢。
4.数据处理
通过实验，我们得到了一条纸带：纸带上有一些圆点（左边密右边疏，速度慢时密，速度快时疏）。从纸带上我们能得到什么呢？阅读这节课的标题，你会发现，我们的课是利用圆点计时器来测速。那么我们如何根据这条纸带得到物体的速度信息呢？很简单，我们先写出速度公式：V=x/t。我们看到有3个圆点，老师比较喜欢第二个圆点，所以我们就测一下第二个圆点的速度，而且是瞬时速度。中间点：首先我们勾勒出三个最近的邻居（远亲不如近邻）（就像测我们中间同学的速度，我们先要找出他的两个同桌）。三个点之间应该有两个时间间隔，我们知道打中一个点需要0.02s，所以两个时间间隔所需要的时间就是0.04s。 好了，我们得到了击中三点所需要的时间间隔；那么用尺子就可以测量出三点之间的距离，大概是5cm左右。因此，我们得到了物体的速度V=x/t=1.25m/s。此时，同学们就有疑问了：为什么我们算出来的是1点到3点的平均速度，但是却变成了瞬时速度呢？是这样的，还记得我们讲速度的时候讲过在什么条件下运动物体的平均速度等于瞬时速度吗？有同学说在匀速直线运动中，二者相等。那么再一个条件是什么呢？如果满足这个条件，二者就近似相等了。有同学说当△t→0的时候，也就是时间间隔趋向于0的时候，二者就相等了。我们看到1点到3点的时间间隔是0.04秒？这个0.04s其实是一个非常接近0的数字，所以我们就把平均速度换算成瞬时速度。 然后同学们说我们承认这个速度是平均速度，那么为什么这个瞬时速度是点2的速度呢？为什么不是旁边的点1或者点3呢？因为有一句话：“你可以通过你周围的朋友来判断你是什么样的人”，也就是所谓的“与人为伴者为红人，与人为伴者为黑人”。所以你周围点的平均水平也能反映出你的情况。中国数学家华罗庚先生曾经回答过这个问题，他写了一本书叫《最优选择法》。在这本《最优选择法》里，他明确地告诉我们：在做选择的时候，我们应该首先选择中间位置的选项。为什么呢？我们不需要理解，这是经过严密计算后得到的。（联系《必修1.2章‘匀加速直线运动’》的中间矩法）边缘点：
有时候点太密，根本分辨不清，怎么办呢？ 就好比我要收作业，但一个一个收又太慢，怎么办呢？ 先让组长把他组的作业收好，然后一组一组地递给我，我收一次就能得到一组作业本了。 处理点迹线也是一样，我把所有用点计时器标记的点都叫做“计时点”——它们可以记录时间：0.02s，就好比每个学生写的作业；而用“五点抽样”的方法，每5个点（每4个点）标记一个点，叫做一个“计数点”，就好比从5个学生中选出一个组长。那么这个组长手里的作业就是5个人的作业，所以计数点的时间间隔也就是5个计时点的间隔，也就是：5×0.02s=0.1s。
做事时问问题
现在就让学生自己动手操作一下，在做实验的过程中，我们注意快速和缓慢拖动纸带时，圆点的间距是否有差异。
另外我们发现，当纸带快速拖动时，点之间的距离特别大，当纸带缓慢拖动时，点之间的距离更小。结合公式：s=vt可以理解这个现象。点计时器的计时间隔为0.02s。当我们快速拖动纸带时，速度v很快，导致点之间的距离很大，点很稀疏。相反，当纸带缓慢拖动时，点就比较密集。
处理图像
介绍如何拟合图形线：“顺势、平滑”。
顺势而为：寻找未来的趋势；
平滑：不要把所有责任都推卸给别人，也不要把它弄成曲线或者折线。而是要学习星光大道，去掉无效数据——“最高分”、“最低分”，去掉那些不合适的点，你的腰椎间盘为什么突出？然后求出平均值。
芯线：均匀→直线；
匀速→平线；
匀加速→斜线。