Физика \ Физика

Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью электронного осциллографа (Лабораторная работа № 10), страница 2

Подготовка к работе

Если прибор предварительно не включен и не прогрет, то произведите следующие действия.

1. Установите органы управления на передней панели осциллографа         в следующие положения:

– тумблер ПИТАНИЕ – в нижнее положение (ВЫКЛЮЧЕН);

– ручку ЯРКОСТЬ – в крайнее левое;

– ручку ФОКУС – в среднее;

– переключатель V/ДЕЛ. – «0.05»;

– ручки «    »  и «        » – в среднее;

– переключатель « ~ ^ ~ » – «^»;

– ручки УСИЛЕНИЕ, СТАБ., ПЛАВНО и УРОВЕНЬ – в крайнее правое;

– переключатель СИНХР. в положение «~ +»;

– переключатель «mS/ДЕЛ., µS/ДЕЛ.» – «1 mS/ДЕЛ.».

2. Установите тумблеры на правой боковой панели в следующие положения:

– «РАЗВЕРТ.,      Х» – РАЗВЕРТ.;

•
 
– СИНХР. – «».

Установите следующие параметры колебательного контура: R = 1 Ом,
L = 100 мГн, С = 5·10-2 мкФ, С1 = 0,5 мкФ.

На R-L-C цепочку подаются П-образные импульсы с частотой повторения 1 кГц от внутреннего источника калиброванного сигнала амплитудой 1 В.     Поэтому развертка сигнала по горизонтали (вход Х) осуществляется с коэффициентом развертки 1ms/дел (правая часть панели осциллографа).

3. Подсоедините осциллограф кабелем питания к сети » 220 В.

4. Включите тумблер ПИТАНИЕ на передней панели осциллографа. При этом должна загореться сигнальная лампочка. Дайте осциллографу прогреться в течение 2-3 мин.

5. Приступите к подстройке режимов работы для получения устойчивой картины 1-2 периодов затухающих колебаний. При необходимости вращением ручки УРОВЕНЬ добейтесь стабильности изображения. Картину затухающих колебаний на экране осциллографа расположите симметрично относительно оси Х. Величину изображения по вертикали отрегулировать плавным вращением ручки УСИЛЕНИЕ (совмещена с переключателем «V/дел»).

– ручкой ЯРКОСТЬ установите удобную для наблюдения яркость изображения (во избежание прогара люминофора экрана не устанавливайте чрезмерную яркость);

– ручками «    » и «       » выведите изображение луча в центр экрана электронно-лучевой трубки (ЭЛТ);

– ручкой ФОКУС установите четкость изображения по всей линии        луча.

Внимание! Если осциллограф включен и на экране устойчивая картина затухающих колебаний (рис. 2, а), то сразу приступайте к выполнению работы.

Выполнение работы

Задание 1. Рассчитайте период затухающих колебаний, коэффициенты затухания , логарифмические декременты затухания , добротность контура Q, время релаксации , число колебаний  при различных параметрах колебательного контура  и

1. Измерьте в делениях сетки осциллографа период затухающих колебаний Т1 и расстояние между соседними импульсами tи (рис. 2, а) для R = 1 Ом. Рассчитайте период затухающих колебаний в секундах по формуле , где  – частота калибратора (1 000 Гц). Занесите данные в табл. 1.

Таблица 1

Номер опыта

Наименование параметров

L, мГн

R, Ом

tи, с

T1, с

T, с

A1, дел.

A2, дел.

A3, дел.

l, м

lср,

м

b

t, с

Ne

Q

Rкр,

Ом

1

100

2

3

4

2.Измерьте в делениях сетки осциллографа амплитуды А1, А2, А3 затухающих колебаний и запишите результаты измерений в табл. 1. По формуле  рассчитайте логарифмический декремент затухания для каждой пары значений А. Найдите среднее значение  и запишите его в табл. 1. Рассчитайте коэффициент затухания b по формуле (6).

3. По формулам bt = 1, (13) и (14) рассчитайте время релаксации t, число колебаний Nе за время релаксации, добротность контура Q, полученные данные занесите в табл. 1.

4. Выполните измерения и расчеты (п.п. 1, 2, 3) при другом сопротивлении магазина (R = 5…10 Ом) и занесите в табл. 1.

5.Подберите такое сопротивление магазина Rкр (~ 1 000…2 000 Ом), при котором начинается апериодический разряд конденсатора (рис. 2, б.). Запишите это значение.

6.Произведите измерения согласно п.п. 1…5 для индуктивности катушки    L = 50 мГн при сопротивлении магазина в 1 Ом. Данные занесите в таблицу (аналогичную представленной выше).

7. Исходя из полученных данных, сделайте вывод о зависимостях l, b, t, Nе, Q от сопротивления R и индуктивности L контура.

Контрольные вопросы

1. Какая цепь называется колебательным контуром?

2. При каких условиях процесс в контуре будет апериодическим?

3. Каков физический смысл логарифмического декремента колебаний?

4. Как связан коэффициент затухания с логарифмическим декрементом затухания?

5. Почему колебания не возникают, если добротность контура окажется близкой к единице?

6. Какой вид имеет кривая зависимости логарифмического декремента  затухания , где R – сопротивление колебательного контура?

7. В колебательном контуре за 1 с совершается 100 колебаний. Амплитуда колебаний за это время уменьшается в е = 2,72 раза. Найдите логарифмический декремент затухания и добротность контура.

8. Что такое критическое сопротивление Rкр контура? Получите зависимость напряжения на конденсаторе колебательного контура от времени, если сопротивление контура R>Rкр.

9. Получите дифференциальное уравнение затухающих колебаний из    закона Ома для неоднородного участка цепи. Что является решением дифференциального уравнения затухающих колебаний?

Библиографический список

1. Савельев. И. В. Курс общей / физики И. В. Савельев. – М.: Наука, 1982. – Т. 2. – Гл. XIII. – С. 262–265. (Электрические колебания. § 90. Свободные затухающие колебания).
 
 

Скачать файл