Изучение затухающих электромагнитных колебаний при помощи осциллографа (Лабораторная работа № 50), страница 2

Колебательный контур присоединяется к клеммам 1, 2 вертикального входа осциллографа и одновременно соединяется с клеммой 6 «внешняя синхронизация».

Картина этих колебаний изображена на рис. 5. С изменением ёмкости  и активного сопротивления  колебательного контура вид затухающих колебаний изменяется. В процессе измерений величина индуктивности () контура остаётся постоянной.

Измерив (см. рис. 5) четыре последовательные амплитуды , можно рассчитать логарифмический декремент затухания по формуле:

.                                                   (10)

Изменяя активное сопротивление () цепи, можно получить зависимость и изобразить её графически (рис. 6).

Используя формулы коэффициента затухания  и логарифмического декремента затухания (), можно получить для периода формулу:

.                           (11)

С другой стороны, период затухающих колебаний определяется по формуле (8). Из выражений (8) и (11) можно получить формулу для расчета ёмкости колебательного контура:

,  где                  (12)

  - полное сопротивление,           (13)

- индуктивное сопротивление катушки, определяемое точкой пересечения касательной к графику с осью абсцисс (рис. 6);  - активное сопротивление, установленное при помощи магазина сопротивлений.

В эксперименте емкость C определяется для трех различных значений активного сопротивления R_m и находится среднее значение емкости по формуле                                                                                           (14)

3  ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЗАДАНИЕ: Определить параметры колебательного контура.

Все величины, полученные в результате измерений и вычислений, внесите в таблицу 1.

Таблица 1.

1) На экране осциллографа получите картину затухающих колебаний без подключения магазина сопротивлений. В этом случае затухание колебаний обусловлено активным сопротивлением катушки индуктивности. Срисуйте на кальку график колебательного процесса в случае подключения одной емкости  и двух параллельно соединенных емкостей . Сравнивая графики, сделайте вывод о роли емкости в колебательном процессе.

2) При помощи магазина сопротивлений установите активное сопротивление 10…100 Ом с подключением одной емкости . Для различных  найдите значения логарифмического декремента затухания  по формуле (10).

3) Постройте график зависимости . Проведите касательную к графику в месте наибольшей кривизны, продлите линии графика и касательной до пересечения с осью абсцисс, как показано на рис. 6. Отрезок  равен сопротивлению катушки колебательного контура.  Из графика определите численное значение .

4) Вычислите полное сопротивление цепи по формуле (13) для трёх значений .

5) Определите ёмкость конденсатора по формуле (12) для значений и  (вычисленных в п. 4).

6) Найдите среднее значение ёмкости по формуле (14).

7) По известным значениям  и  (см. п. 4, п. 5) рассчитайте собственную частоту колебательного контура и частоту затухающих колебаний колебательного контура по формулам (4) и (7).

4   КОНТРОЛЬНЫЕ  ВОПРОСЫ

1) Что называется колебательным контуром?

2) Нарисуйте колебательный контур с затухающими электромагнитными колебаниями.

3) Как записать второе правило Кирхгофа для контура с затухающими электромагнитными колебаниями?

4) Какой вид имеют функции зависимости заряда, и напряжения от времени при затухающих колебаниях в электромагнитном контуре?

5) От чего зависит период и собственная частота колебаний в контуре?

6) По какому закону изменяется амплитуда затухающих колебаний?

7) Являются ли затухающие колебания периодическими?

8) Что такое коэффициент затухания? Декремент затухания? Логарифмический декремент затухания? В чем заключается физический смысл этих величин?

9) Что называется добротностью колебательного контура? Как добротность связана с потерями энергии в колебательном контуре?