Физика \ Физика

Изучение вынужденных электромагнитных колебаний в последовательном колебательном контуре, страница 2

Исследуемая разность потенциалов с клемм конденсато­ра Ск подается на ВХОД-Y осциллографа. Устойчивое изоб­ражение колебаний U(t) можно получить на экране осциллог­рафа при правильном подборе частоты синхронизации, гори­зонтальной развертки, а также величины вертикального уси­ления. Измерение амплитуды исследуемых колебаний про­изводится электронным цифровым вольтметром.

Приборы и принадлежности: кассета с ко­лебательным контуром, генератор синусоидальных ко­лебаний, электронный осциллограф, электронный цифровой вольтметр, магазин сопротивлений, соединительные провода.

Порядок выполнения работы:

1. Перед началом работы занесите в табл. 1 значения ём­кости Ск, индуктивности Lк и электросопротивления RL, которые указаны на кассете с контуром. Значения внешних электросопротивлений Rl, R2, R3 задаются преподавателем и их величины устанавливаются с помощью магазина сопротивлений. Для заданных значе­ний Lк и Ск рассчитайте линейную частоту собственных элект­ромагнитных колебаний в контуре по формуле:

.

2. Соберите схему установки в соответствии с рис. 3. Пос­ле проверки схемы лаборантом включите в сеть генератор и осциллограф, дайте им прогреться, отрегулируйте яр­кость и фокусировку луча осциллографа.

3. Установите переключатели магазина сопротивлений в положение, со­ответствующее внешнему электросопротивлению Rl, пере­ключатель диапазонов частот генератора — в положение, со­ответствующее рассчитанному значению частоты . Наблю­дайте вынужденные синусоидальные колебания на экране ос­циллографа.

4. Изменяя частоту колебаний выходного сигнала гене­ратора в пределах выбранного диапазона с интервалом 0,2 кГц, снимите резонансную кривую при внешнем электросопротивлении R1. Особенно тщательно проделайте изме­рения вблизи резонанса. Определите экспериментально ре­зонансные значения частоты fpeз и амплитуды колебаний .   Все данные занесите в таблицу 1.

5. Проделайте опыты по п. 4 для внешних электросопро­тивлений R2 и R3.

6. Не изменяя настройки генератора измерьте амплиту­ду колебаний ЭДС генератора . Для этого выходной сиг­нал генератора подайте непосредственно на ВХОД-Y ос­циллографа. Полученное значение  занесите в табл. 1.

Оформление результатов измерений

1. По данным табл. 1 постройте резонансные кривые для электросопротивлений R1, R2, R3. Нанесите на график эк­спериментальные значения fpeз   и расчётное значение f0.

2. На каждой резонансной кривой отметьте уровень, соот­ветствующий  = 0,7, определите по графику значения частот f1, и f2, а также ширину резонансной кривой Δf. Данные занесите в таблицу 2.

Таблица  1

№

п/п

f,

кГц

U0, В

R1 = ……Ом

R2 = ……Ом

R3 = ……Ом

1.

….

15.

Ск = ....... нФ;     f0 = ……кГц;

Lк = ...... мкГн;  RL = ..... Ом;

3. Для внешних электросопротивлений R1, R2, R3 рассчи­тайте величины добротностей контура Q1 и Q2 по форму­лам (10) и (11). Для каждого значения электросопротивния вычислите среднюю величину добротности:

Qсp=(Q1+Q2)/2.

Данные занесите в табл. 2.

4. Для среднего значения добротности в соответствии с формулой (9) рассчитайте полное электросопротивление це­пи контура:

.

5. Рассчитайте величину внутреннего  активного электро­сопротивления генератора:

r = R — (Rвнеш + RL).

6. Вычислите относительные погрешности косвенного определения добротностей

;

.


Таблица 2

r = R — (Rвнеш + RL)

ε0, В

Δf, кГц

f2, кГц

f1, кГц

fрез, кГц

0,7U0рез, В

U0рез, В

Rвнеш, Ом

R1 = ….

R2 = ….

R3 = ….

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.  В каких системах возможны колебания? Дайте определение собст­венных и вынужденных колебаний.

2.  Какие колебания изучаются в данной работе? Изобразите исследуе­мый колебательный контур; объясните, каким способом возбуждаются ко­лебания.

3.  Напишите дифференциальное уравнение, описывающее вынужден­ные колебания разности потенциалов на конденсаторе в последователь­ном электромагнитном контуре. Получите решение этого уравнения, объ­ясните его физический смысл.

4.  Какими физическими параметрами контура определяются частота, фаза и амплитуда установившихся вынужденных электромагнитных ко­лебаний?

5.  Дайте определение резонанса напряжений. Как рассчитать ампли­туду и частоту резонанса для исследуемого контура?

6.  Как изменится резонансная кривая идеального электромагнитного контура (R = 0), если в контур включить активное электросопротивле­ние? Увеличить это сопротивление?

7.  Дайте определение добротности электромагнитного контура. Ука­жите способы определения добротности. Как увеличить добротность ис­следуемого контура?

8.  Что называется шириной резонансной кривой. Какими параметрами контура она определяется?

9.  Опишите проделанный Вами опыт. Каким способом получены экс­периментальные резонансные кривые? Как определяются в опыте ампли­туда  вынуждающей  ЭДС и значение резонансной частоты  контура?

10.  Можно ли в данной работе изменить резонансную частоту конту­ра? Какие величины, характеризующие вынужденные колебания, изме­нятся, если увеличить активное сопротивление контура?

СПИСОК   ЛИТЕРАТУРЫ

l. Савельев И. В. Курс общей физики. — М., 1982. — Т. II, гл. XVII.

2. 3 и с м а н Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. — М., 1980. — Т. II, гл. XI.

3. Калашников С.  Г.  Электричество, М. — 1977.

Скачать файл