Электричество и магнетизм (стр. 4 из 24)
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:
а) соедините вертикальный вход осциллографа с выходом одного звукового
генератора, а горизонтальный вход – с выходом второго звукового генератора;
.б) отключите ДИАПАЗОН ЧАСТОТ на осциллографе;
в) включите в сеть осциллограф и звуковые генераторы, выведите и сфокусируйте полученную фигуру в центр координатной сетки;
г) на одном звуковом генераторе установите частоту 50 Гц;
д) подберите такие амплитуды колебаний, чтобы полученная фигура занимала среднюю часть экрана осциллографа;
е) вращением регулятора частоты второго звукового генератора добейтесь появления устойчивых фигур Лиссажу, зарисуйте фигуры на бумаге и определите по ним отношение частот νx/νy по числу точек пересечения фигуры с горизонталью nx и вертикалью ny .
Контрольные вопросы
1. Из каких блоков состоит электронный осциллограф? Каково назначение каждого блока?
2. От каких параметров зависит чувствительность ЭЛТ?
3. Как экспериментально определяется чувствительность осциллографа?
4. При каких условиях получают фигуры Лиссажу?
5. Какие условия должны выполняться, чтобы осциллограмма на экране ЭЛТ была неподвижна?
Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:
1. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.
2. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
3. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. –М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001
4. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.
5. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы:
Ознакомиться с методом моделирования электростатических полей и экспериментально построить картину электростатического поля с помощью кривых равного потенциала и силовых линий.
Идея эксперимента
При конструировании электронных ламп, конденсаторов, электронных линз и других устройств часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве, заключённом между электродами сложной формы. Наглядное представление о характере поля создаётся тогда, когда его напряжённость и потенциал известны во всём пространстве. Так как электроизмерительные приборы (электрометры, вольтметры) предназначены для измерения потенциалов, и, кроме того, расчёт скалярной величины произвести легче, чем векторной, то экспериментально обычно изучается распределение в пространстве потенциала. Система эквипотенциальных поверхностей полностью описывает конфигурацию электростатического поля, так как линии напряжённости всегда ортогональны к ним.
Обычно электростатическое поле исследуется путем перемещения в нем измерительных зондов, что легко может быть выполнено в жидких и газообразных диэлектрических средах. Однако электростатические измерения сопряжены с определенными трудностями, поскольку реальные диэлектрические среды обладают электропроводностью, зависящей от внешних условий (температуры, влажности и т.д.) Выход может быть найден в замене электростатического поля неподвижных зарядов полем постоянного электрического тока при условии, что потенциалы электродов (источников поля) поддерживаются постоянными, а электропроводность среды значительно меньше электропроводности электродов.
Теоретическая часть
Всякий неподвижный электрический заряд создает в окружающем пространстве электростатическое поле, которое обнаруживается при внесении пробных электрических зарядов в любую точку поля (подразумевается, что пробные заряды не искажают поля). Силовой характеристикой поля является его напряженность Е. Напряженность Е поля численно равна силе, с которой поле действует на единицу положительного заряда, помещенного в данную точку поля:
Е= F/q,
где q – величина пробного положительного заряда. Напряженность – векторная величина, совпадающая по направлению с силой.