Практикум содержит 15 лабораторных работ, основные теоретические сведения и практические указания, необходимые для самостоятельной подготовки к лабораторным занятиям по электричеству и магнетизму.

Практикум предназначен для студентов физико-математических факультетов университетов.

Составители: доктор физ.-мат. наук, проф. Диканский Ю.И.

канд. физ.-мат. наук доцент Беджанян М.А.

ст. преподаватель Вронская В.И.

ассистент Федина О.В.

Рецензент: доктор физ.-мат. наук, проф. Каплан Л. Г.

Содержание

Введение 4

Техника безопасности при работе с электрическими схемами. 6

Рекомендуемая литература 7

Лабораторная работа №1. Изучение электроизмерительных приборов. Измерение сопротивлений. 8

Лабораторная работа №2. Изучение электронного осциллографа. 18

Лабораторная работа №3. Изучение электростатического поля. 28

Лабораторная работа №4. Изучение электростатической индукции. 34

Лабораторная работа №5. Определение емкости конденсатора по изучению его разряда. 46

Лабораторная работа №6 Изучение температурной зависимости сопротивления проводников и полупроводников. 54

Лабораторная работа №7. Изучение термоэлектронной эмиссии. 64

Лабораторная работа №8. Изучение электропроводности жидкости. 72

Лабораторная работа №9. Изучение электрических свойств сегнетоэлектрических кристаллов. 82

Лабораторная работа №10. Изучение магнитных полей. 93

Лабораторная работа №11. Определение удельного заряда электрона различными методами. 102

Лабораторная работа №12. Получение кривой намагничивания и петли гистерезиса с помощью осциллографа. 118

Лабораторная работа №13. Доменная структура ферромагнетика. 127

Лабораторная работа №14. Изучение цепи переменного тока. 139

Лабораторная работа №15. Изучение затухающих колебаний. 146

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее методическое пособие предназначено для студентов физико-математического факультета университетов и соответствует программе курса «Общий физический практикум». Физический практикум призван помочь студентам глубже осознать основные физические закономерности и приобрести элементарные навыки экспериментирования. Целью практикума также является изучение основных закономерностей процессов и оценка порядков изучаемых величин, точности и достоверности полученных результатов. Практикум является введением в дальнейшую самостоятельную работу студентов.

В настоящее время лабораторные работы по физике немыслимы без применения современного дорогостоящего оборудования. Так как невозможно обеспечить проведение занятий фронтальным методом, поэтому неизбежно опережение лабораторных занятий по сравнению с теоретическим курсом. В связи с этим в каждой лабораторной работе помещен теоретический материал, содержащий описание физического явления и выводы основных соотношений, необходимых для воспроизведения эксперимента. Однако объем сведений, изложенных в теоретической части, недостаточен для подготовки к выполнению и защите лабораторной работы, поэтому студент должен проработать соответствующие разделы рекомендуемой литературы, список которой приведен ниже.

Практикум состоит из 15 лабораторных работ. В каждой работе описаны цели, идея эксперимента, теоретическая часть, экспериментальная установка, проведение эксперимента.

Студент допускается к выполнению лабораторной работы при наличии тетради с кратким содержанием работы, рабочей схемы и таблиц для записи полученных в эксперименте величин, а также студент должен показать знания теории по данной работе и методике проведения эксперимента.

Для получения зачета студенту необходимо представить отчет, содержащий описание электроизмерительных приборов, таблицы с результатами измерений и вычислений, расчет измеряемых величин, графики полученных зависимостей, расчет погрешности. Также необходимо пройти собеседование с преподавателем по результатам работы.

Техника безопасности при работе с электрическими схемами

В лабораториях электричества и магнетизма необходимо строго соблюдать правила техники безопасности при работе с электрическими схемами:

1. Во время работы нужно быть внимательным в обращении с приборами. Прежде, чем пользоваться прибором, необходимо изучить его устройство и правила пользования им. О неисправности приборов необходимо сообщить преподавателю или лаборанту.

2. Собранную электрическую схему не подключать к источнику тока до ее проверки преподавателем или лаборантом.

3. Не производить переключений в схеме, находящейся под напряжением.

4. Не оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

5. Не прикасаться к неизолированным частям схемы.

6. При обнаружении нагревания отдельных частей электрической схемы и, тем более, при появлении запаха гари, источник тока немедленно следует отключить и поставить об этом в известность преподавателя.

7. После проведения измерений источник тока отключить.

8. После проведения расчетов и просмотра полученных результатов преподавателем, цепь разобрать, рабочее место привести в порядок.

Рекомендуемая литература

1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.

2. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.

4. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.

6. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. –М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001

7. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.

8. Парсел Э. Курс физики Т.2 Электричество и магнетизм – М.: Наука, 1971.

9. Физический практикум. Электричество. Под редакцией В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1968.

10. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.

11. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.

12. Буравихин В.А., Шелковников В.Н., Карабанова В.П. Практикум по магнетизму. – М.: Высшая школа, 1979.

13. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука, 1983.

14. Справочник по электро-измерительным приборам. Под ред. К.К. Илюнина-Л.: Энергоатомиздат, 1983г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Цель работы

Изучить устройство амперметра и вольтметра, освоить метод измерения сопротивления с помощью амперметра и вольтметра.

Идея эксперимента

Определение неизвестного сопротивления с помощью амперметра и

вольтметра основано на использовании закона Ома для участка цепи. Электрическая цепь для измерения сопротивления может быть собрана по одной из схем, которые различаются способом включения вольтметра.

Рассмотрим схему для измерения Rx. Через амперметр и резистор Rx течет один и тот же ток. Погрешность измерения тока определяется классом точности амперметра. Схема не вносит дополнительных погрешностей при измерении тока. Вольтметр показывает напряжение на последовательно соединённых резисторе и амперметре, т.е. показания вольтметра

U = UR + UA. (1)

Сопротивление резистора по показаниям приборов Rx´ = U/I.

В действительности, сопротивление резистора Rх равно отношению напряжения на этом резисторе UR к силе тока. Из формулы (1) следует, что

UR =U - UA ,

тогда (2)

что, кроме того, следует из факта последовательного соединения измеряемого сопротивления и амперметра R´х = Rх+ RA. Сопротивление амперметра в этом случае совпадает с абсолютной ошибкой, вносимой измерительной схемой:

ΔRx= Rx´.- Rx = RA (3)

Систематическая относительная погрешность измерения сопротивления в этом случае равна

(4)

Чем больше сопротивление резистора по сравнению с сопротивлением амперметра, тем меньше относительная ошибка измерения. Следовательно, эта схема может быть использована при измерении больших сопротивлений, когда Rx >>RA.

Рассмотрим схему на рис. 2. Эта схема не вносит дополнительной ошибки при измерении напряжения. Амперметр же определяет суммарный ток, текущий через резистор IR и вольтметр IB.

I= IR +IB (5)

Сопротивление по показаниям приборов Rx´ = U/ I . В действительности, сопротивление резистора равно отношению напряжения на нем к току IR, текущему через резистор Rx = U/IR. Определяя IR из формулы (5), получим:

(6)

Абсолютная погрешность, вносимая схемой

(7)

Систематическая относительная ошибка в определении сопротивления без учёта тока, проходящего по вольтметру, равна

(8)

Из формулы (8) следует, что относительная погрешность при измерении по схеме рис. 2 тем меньше, чем меньше измеряемое сопротивление по сравнению с сопротивлением вольтметра. Следовательно, эта схема может быть использована при измерении малых сопротивлений, когда Rх << RВ .

Теоретическая часть

Классификация электроизмерительных приборов

Электроизмерительную аппаратуру и приборы можно классифицировать по ряду признаков.

По назначению: приборы для измерения напряжения - вольтметры, милливольтметры; для измерения силы тока - амперметры, миллиамперметры, микроамперметры; для измерения электрической мощности - ваттметры; сопротивления - омметры и т. д.

По принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, электродинамические, тепловые, индукционные, электронные, вибрационные, самопищущие, цифровые и т.д. Систему прибора можно определить по условным обозначениям, которые наносятся на лицевую сторону прибора.

Магнитоэлектрическая система.

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Применяя различные преобразователи и выпрямители, магнитоэлектрические приборы можно использовать также для электрических измерений в цепях переменного тока высокой частоты и для измерения неэлектрических величин (температуры, давлений, перемещений и т.д.) Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток.

Электромагнитная система

Приборы электромагнитной системы предназначены для измерения силы тока и напряжения в цепи переменного и постоянного тока. Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой протекает измеряемый ток и подвижного железного сердечника.

Электродинамическая система

Электродинамические измерительные приборы предназначены для измерения тока, напряжения и мощности в цепях постоянного и переменного токов. Принцип действия приборов электродинамической системы основан на взаимодействии катушек, по которым протекает измеряемый ток.

Тепловая система

Принцип действия приборов тепловой системы основан на изменении длины проводника, по которому протекает ток вследствие его нагревания.

Индукционная система

Устройство приборов индукционной системы основано на взаимодействии токов, индуцируемых в подвижной части прибора с магнитными потоками неподвижных электромагнитов.

Вибрационная система

Устройство приборов этой системы основано на резонансе при совпадении частот собственных колебаний подвижной части прибора с частотой переменного тока.

Электростатическая система

Устройство приборов электростатической системы основано на взаимодействии двух или нескольких электрически заряженных проводников. Под действием сил электрического поля подвижные проводники перемещаются относительно неподвижных проводников.

Термоэлектрическая система

Эта система характеризуется применением одной или нескольких термопар, дающих под влиянием тепла, выделяемого измеряемым током, постоянный ток в измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Приборы термоэлектрической системы, в основном, применяются для измерения переменных токов высокой частоты.

Детекторная (выпрямительная) система

Устройство приборов основано на том, что переменный ток выпрямляется с помощью выпрямителя, вмонтированного в прибор. Полученный пульсирующий постоянный ток измеряется с помощью чувствительного прибора магнитоэлектрической системы.

Самопищущие приборы

Эти приборы осуществляют графическую запись с нормированной погрешностью значений одной или более измеряемых величин как функции другой переменной (например, времени) величины.

Осциллографы

Исследование быстропеременных процессов осуществляется с помощью осциллографов. Например, с помощью осциллографа можно измерять силу тока и напряжение и изменение их во времени, сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф, при применении соответствующих преобразователей, позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Цифровые приборы

В настоящее время получили широкое распространение цифровые приборы. Под цифровыми электроизмерительными приборами понимают приборы непосредственной оценки, основанные на принципе кодирования измеряемой величины, благодаря чему осуществляется ее дискретное представление. Эти приборы являются наиболее совершенным видом электроизмерительных устройств. Процесс измерения в них полностью автоматизирован, а дискретная система отсчета исключает возможность внесения ошибок в результат измерений.

Важнейшим достоинством цифровых приборов является наличие у них кодового выхода, что дает возможность регистрировать результат измерений с помощью цифропечатающих устройств и использовать эти результаты для ввода в ЭВМ для последующей обработки.

Разновидностью цифровых приборов являются аналого-цифровые преобразователи, в которых входной аналоговый сигнал в результате квантования и цифрового кодирования автоматически преобразуется в дискретную форму и выдается на выходе в виде кода. Аналого-цифровые преобразователи отличаются от цифровых приборов повышенным быстродействием и отсутствием отсчетного устройства.

Цифро-аналоговые преобразователи совершают обратное преобразование, при котором входной дискретный сигнал в результате декодирования автоматически преобразуется в аналоговую форму и выдается на выходе прибора в виде непрерывного сигнала.

Кроме того, к цифровым приборам относятся:: вольтметры постоянного и переменного тока; омметры постоянного тока и мосты переменного тока; частотомеры и счетчики импульсов; комбинированные приборы, предназначенные для измерений нескольких параметров; специализированные приборы, предназначенные для измерения мощности, фазы, магнитного потока, магнитной индукции, а также некоторых неэлектрических параметров (расстояние, масса, скорость).

Регистрирующей частью цифровых приборов являются индикаторные неоновые лампы. Внутри каждой лампы имеется десять электродов из тонкой проволоки, выполненных в виде цифр и один общий электрод. В зависимости от величины исследуемого сигнала, напряжение подается на один из цифровых электродов, что вызывает свечение неона вблизи него.

На панели прибора расположено несколько таких ламп по числу значащих цифр измеряемой величины.

По роду измеряемого тока различают: приборы постоянного тока, переменного и обоих родов. Род тока также указывается с помощью условных обозначений на лицевой стороне прибора.

По степени точности измерения принято деление на восемь классов. Класс точности γ = εпр∙100% , где εпр - приведённая погрешность измерения. Приведенной погрешностью εпр называется отношение абсолютной погрешности Δα к предельному значению измеряемой величины α m, т.е. к наибольшему её значению, которое может быть измерено прибором.

εпр= Δα/ α m (9)

Класс точности обозначается на лицевой стороне прибора числами:

0,05; 0.1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Эти числа указывают величину возможной относительной ошибки в процентах при отклонении стрелки прибора на всю шкалу. Абсолютная погрешность Δα определяется из соотношения (9):

Δα=εп α m (10)

По степени защищённости от внешних полей приборы подразделяются на три категории, которые обозначаются римской цифрой или другим знаком на лицевой стороне прибора.

Расширение пределов измерения физической величины прибором

Важной характеристикой электроизмерительного прибора является его внутреннее сопротивление Кдр , которое обычно приводится на лицевой стороне прибора.

Цена деления определяет значение измеряемой прибором физической величины, которое вызывает отклонение стрелки прибора на одно деление шкалы.

Амперметр включается в цепь последовательно, а для расширения предела измерений амперметра в n раз к нему параллельно присоединяют

проводник, называемый шунтом.

Сопротивление шунта Rш можно рассчитать по формуле

где RA. - внутреннее сопротивление амперметра, a n - число, показывающее, во сколько раз возрастает предел измерения и, следовательно, цена деления прибора.

Вольтметр включается в цепь параллельно, а для увеличения предела измерений вольтметра в n раз последовательно с измерительной системой прибора включается добавочное сопротивление Rд.

Добавочное сопротивление определяется по формуле:

Rд=RB(n-1),

где RВ - внутреннее сопротивление вольтметра.

Очень часто приборы, используемые в лабораторном практикуме, снабжаются набором шунтов и добавочных сопротивлений, вмонтированных в корпус прибора, которые можно легко менять в процессе работы, производя переключения на самом приборе. Многопредельный прибор такого типа заменяет несколько однотипных приборов с различными интервалами измерения. Для определения цены деления нужно выбранный с помощью переключателя предел измерения прибора αm разделить на число делений шкалы прибора No. Каждому пределу измерения соответствует своя цена деления.

Для определения измеряемой величины α нужно отсчет N , взятый по шкале прибора, умножить на цену деления. Таким образом,

С изменением предела прибора меняется и величина абсолютной погрешности, допускаемой при измерениях этим прибором.

Проведение эксперимента

1. Изучите электроизмерительные приборы, используемые в работе, и запишите их паспортные данные.

2. Соберите цепь по схеме рис. I и найдите сопротивление Rx´ каждого из двух предложенных вам резисторов.

3. Определите значение измеряемого сопротивления Rx по формуле (2).

4. Рассчитайте абсолютные ΔRx и систематические относительные погрешности δ по формулам (3) и (4).

5. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

№	I, A	U, B	Rx´, Ом	Rx, Ом	Δ Rx, Ом	δ	ΔR, Ом	ε

6. Соберите цепь по схеме рис. 2 и найдите сопротивление Rx´ каждого из двух предложенных вам резисторов.

7. Определите значение измеряемого сопротивления Rx по формуле (6).

8. Рассчитайте абсолютные ΔRx и систематические относительные погрешности δ по формулам (7) и (8).

9. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

№	I, A	U, B	Rx´, Ом	Rx, Ом	Δ Rx, Ом	δ	ΔR, Ом	ε

10. Выберите, какая из схем даёт минимальную систематическую погрешность измерения δ для каждого из данных сопротивлений

11. По классу точности вольтметра и амперметра вычислите абсолютную ΔR и относительную ε ошибки, обусловленные неточностями измерительных приборов, используемых в работе. Относительная погрешность

, (11)

где Δ U и ΔI - абсолютные погрешности, вычисленные по формуле (10), а U и I - измеренные значения напряжения и тока. Из формулы (11) найдите абсолютную ошибку Δ R = ε∙Rx

12. Запишите окончательное значение сопротивления резисторов в виде:

R= Rx±ΔR.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются электроизмерительные приборы по назначению и принципу действия?

2. Каков принцип работы приборов магнитоэлектрической, электромагнитной системы и цифровых приборов?

3. Расшифруйте условные обозначения, наносимые на приборы.

4. Как рассчитать по классу точности прибора абсолютную и относительную погрешности измерений?

5. Как определить цену деления шкалы прибора?

6. Правила расчета шунтов и добавочных сопротивлений.

7. Расскажите о методе измерения сопротивления резисторов с помощью амперметра и вольтметра путем использования двух возможных схем.

8. Какие еще методы измерения сопротивления вы знаете, в чем их преимущества и недостатки?

9. Как рассчитать ошибки, вносимые схемой в результаты измерения, и как выбрать оптимальную схему, по которой следует производить измерение данного сопротивления?

Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:

1. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.

2. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.

3. Справочник по электро-измерительным приборам. Под ред. К.К. Илюнина-Л.: Энергоатомиздат, 1983г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы:

Ознакомиться с устройством и работой электронного осциллографа и некоторыми его применениями.

Идея эксперимента

Электронный осциллограф предназначен для исследования перио дических и импульсных электрических процессов. С помощью осциллографа можно измерять напряжение, наблюдать изменение фазы колебаний, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать и неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Достоинствами электронного осциллографа являются его высокая чувствительность и беэынерционность действия, что позволяет использовать его в исследовании быстропротекающих процессов.

Теоретическая часть

Блок-схема электронного осциллографа приведена на рис. I. Основными узлами осциллографа являются: электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), генератор

развёртки, усилители исследуемого сигнала по вертикали У и горизонтали X, синхронизирующее устройство, делитель напряжения, блок питания, который включает в себя ряд устройств для обеспечения энергией ЭЛТ, генератора развертки, усилителей.

Электронно-лучевая трубка (рис.2) внешне напоминает стеклянную колбу,из которой выкачан воздух до давления порядка 10-6 мм. рт. ст. Внутрь трубки впаяны электроды: нить накала 1, катод 2, цилиндр 3, являющийся управляющим электродом, первый и второй аноды 4 и 5 и две пары взаимно-перпендикулярных отклоняющий пластин 6 и 7

Электроны, вылетевшие из катода 2 под разными углами к его поверхности, попадают в электрическое поле управляющего электрода 3. Этот электрод имеет форму цилиндра и обладает положительным потенциалом. Под действием сил электрического поля поток электронов сжимается и направляется в отверстие цилиндра. Так формируется электронный пучок. Интенсивность пучка и, следовательно, яркость светящегося пятна на экране можно регулировать изменением потенциала цилиндра с помощью потенциометра R1, ручка которого имеет маркировку ЯРКОСТЬ.

После управлявшего электрода электронный поток попадает в электрическое поле первого анода 4, представляющего собой, как и управляющий электрод, цилиндр, ось которого совпадает с осью ЭЛТ. Поперёк его оси расположено несколько перегородок - диафрагм с отверстием в центре. На первый анод подаётся положительное относительно катода напряжение порядка нескольких сот вольт. Это поле ускоряет электроны в пучке и благодаря своей конфигурации сжимает электронный пучок. Изменяя напряжение на первом аноде, можно фокусировать пучок электронов, поэтому ручка потенциометра Р3 имеет маркировку ФОКУС. Второй анод 5 представляет собой короткий цилиндр с отверстием в центре. Его располагают непосредственно за первым анодом и подают на него более высокое (1-5 кВ) положительное напряжение, в результате чего электроны получают ускорение. Система электродов: катод - управляющий электрод - первый анод - второй анод, образует так называемую электронную пушку.

Выйдя из второго анода, электронный луч проходит между двумя парами металлических пластин 6 и 7. Если к любой паре пластин приложить разность потенциалов, то электронный луч будет отклоняться в вертикальном или горизонтальном направлении. Под действием положительного напряжения Ux след электронного луча смещается на величину x в горизонтальном направлении, а под действием напряжения Uy - на величину y в вертикальном направлении. Величины

(1)

называются чувствительностями трубки к напряжению соответственно в направлениях осей X и У. Чувствительность к напряжению показывает величину отклонения электронного луча на экране (в мм) при разности потенциалов на пластинах в I В. При постоянном анодном напряжении величины jx и jy для данной ЭЛТ постоянны.

Генератор развёртки один из основных узлов осциллографа. Если на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ подать исследуемое переменное напряжение, то электронный луч начнёт колебаться в вертикальном направлении и оставит на экране трубки светящуюся вертикальную линию.

Для получения на экране трубки действительной формы исследуемого напряжения Uy=f(t) , т.е. временных осциллограмм, нужно на горизонтально отклоняющие пластины одновременно с исследуемым, подать напряжение, пропорциональное времени Ux=kt.

В осциллографе такое напряжение вырабатывается генератором развёртки. Импульсы этого напряжения имеют пилообразную форму, график которого показан на рис. 3. Напряжение в течение промежутка времени Tразвертки линейно увеличивается, а затем почти мгновенно падает до первоначального значения.

Время Tразвертки называется периодом пилообразного напряжения, или периодом развёртки.

Если исследуемое напряжение меняется, например, синусоидально с периодом Тиссл., то луч будет колебаться в вертикальном направлении и при этом плавно перемещаться в горизонтальном направлении слева направо.

Результирующая траектория луча будет представлять собой синусоиду. При равенстве периодов Тиссл = Tразвертки на экране получается один период исследуемого напряжения. Если увеличить период развёртки вдвое, то за время развёртки луч успеет совершить два полных колебания в вертикальном направлении и на экране мы увидим два периода исследуемого напряжения. Когда Tразвертки = nТиссл (n- целое число), осциллограмма будет представлять собой кривую из n периодов исследуемого напряжения. Если период развёртки Tразвертки не является целым кратным периода Тиссл изучаемого напряжения, то электронный луч будет начинать движение слева направо каждый раз в различных фазах и на экране осциллографа картина будет неустойчивой. Чтобы добиться устойчивой картины, нужно частоту развёртки (или её период) сделать равной или кратной частоте исследуемого напряжения (или его периоду). Для того, чтобы развёртка изображения начиналась каждый раз в одинаковой фазе, генератор развёртки запускается сигналом, который вырабатывается блоком синхронизации.

Органы управления осциллографом

1. Вход У;

2. Регулировка положения луча по горизонтали;

3. Вход Х;

4. Отключение генератора развертки.

Проведение эксперимента

Задание 1. Определение чувствительности трубки к напряжению

1. Соберите схему по рис. 5;

2. Ручку регулятора напряжения ВУП - 2 поставьте в крайнее левое положение;

3. Включите источник, установите напряжение U = 30 В. Световая точка сместится по оси Х на какое-то расстояние x1.

4. С помощью переключателя К измените полярность пластин, при этом световая точка сместится в противоположную сторону от начала координат на расстояние x2;

5. Вычислите чувствительность горизонтально отклоняющих пластин по формуле: где

6. Аналогично определите чувствительность вертикально отклоняющих пластин, подавая напряжение на клеммы У.

7. Найдите средние значения чувствительности пластин jx и jy при различных значениях напряжений Ux и Uy 30, 50, 60 В.

8. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу;

№

Ux, В

x, мм

Jx, мм/В

Uy, В

y, мм

Jy, мм/В

Задание 2.. Измерение амплитудных значений напряжений

Осциллограф можно использовать для непосредственного измерения амплитудных значений переменного напряжения U0, тогда как вольтметр показывает эффективные значения напряжения. Известно, что если исследуемое напряжение изменяется по гармоническому закону

U= U0sin ωt , то эффективное значение напряжения:

Uэфф= U0/√2 .(2)

Это соотношение может быть использовано для определения истинного значения амплитуды переменного напряжения. Целью данного упражнения является измерение амплитудного значения напряжения с помощью осциллографа и его сравнение с вычисленным по формуле (2).

1. Соберите цепь по схеме рис. 6

2. Регулятор напряжения на ЛАТРе поставьте в крайнее левое положение;

3. Включите ЛАТР в сеть и установите напряжение 60 В;

4. Определите по координатной сетке длину световой линии L = 2x в мм;

5. Зная чувствительность трубки по X, найдите амплитудные значения напряжения по формуле :

6. Вычислите с помощью соотношения (2) амплитудное значение напряжения U0 теор. и оцените, с какой абсолютной погрешностью ∆U измерены амплитудные значения напряжения.

7. Проделайте аналогичные измерения и вычисления для напряжений 30, 40, 50 В

8. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу;

№

Uэфф, В

L, мм

U0, В.

U0 теор, В

∆U, B

Задание 3. Визуальное наблюдение сигналов

Проведите наблюдение сигналов от звукового генератора, для этого:

а) на вертикальный вход осциллографа подайте напряжение с выхода звукового генератора;

б) при фиксированном значении частоты генератора развёртки, изменяя частоту сигнала звукового генератора, добейтесь на экране осциллографа появления осциллограмм с кратностью в I, 2, 3 и .более периодов напряжения генератора;

в) зарисуйте вид осциллограммы, укажите на ней периоды сигнала и развёртки.

г) аналогично проведите наблюдения сигналов, подавая напряжения с выхода звукового генератора на горизонтальный вход осциллографа;

Задание 4. Определение частоты сигналов методом фигур Лиссажу

Осциллограф можно использовать для определения частоты неизвестного гармонического колебания. Если на входы Х и У осциллографа подать гармонические сигналы различной частоты, то, участвуя в двух взаимно перпендикулярных колебаниях, электронный луч будет описывать фигуры Лиссажу, вид которых зависит от соотношения амплитуд, частот, фаз

подводимых напряжений (рис. 7) . Фигуры Лиссажу будут неподвижными, если подводимые частоты относятся как целые числа, например, 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 2:3, 3:4, а сдвиг фаз между колебаниями остаётся постоянным. Отношение частот νx/νy можно узнать по числу точек пересечения горизонтальной и вертикальной линий с фигурой Лиссажу. Цель настоящего упражнения – получить на экране осциллографа несколько фигур Лиссажу для соотношения частот 1:1, 1:2, 2:3, 1:3 с разностью фаз 0, π/4, π/2. Для этого:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6