Выполнение измерений

1 Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис. 6. На место конденсатора С установите конденсатор с известной емкостью С ₁ (по указанию преподавателя). Для устойчивого изображения соедините выход «Синхр.» генератора сигналов специальной формы (поз. 7, см. рисунок 1 на стр. 6) с входом «Синхронизация» осциллографа. Установите сопротивление реостата R _р равным 0 кОм.

2 Включите осциллограф и выведите электронный луч в центр экрана.

Калибровка установки

3 Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рисунок 1 на стр. 6). Кнопкой (поз. 8, см. рисунок 1 на стр. 6) на панели блока генератора специальной формы выбрать униполярные импульсы - «», кнопками установки частоты «0,2 – 20 кГц» (поз. 11, см. рисунок 1 на стр. 6) установите частоту сигнала n = 200 Гц (период T _и =0,005 с).

4 На осциллографе получите осциллограмму вида, показанного на рисунке 4, устанавливая амплитуду импульсов кнопками регулировки амплитуды сигнала блока генераторов (поз. 10, см рисунок 1 на стр. 6). Устойчивое изображение кривой обеспечивается регулировкой осциллографа ручками установки частоты развертки и блока синхронизации, а необходимые размеры осциллограммы можно задать с помощью ручек «Усиление X» и «Усиление Y». При этом, изменяя усиление по оси X, добейтесь, чтобы отрезок l ₀ занял всю сетку экрана. Значение l ₀ запишите в таблице 1.

5 Внесите в таблице 1 следующие параметры контура:

L – индуктивность катушки;

C – емкость конденсатора;

R _к– активное сопротивление катушки (измерьте с помощью мультиметра).

Таблица 1

C, мкФ	L, мГн	R к, Ом	l 0, мм	l, мм	n	Ut, дел.	Ut+T, дел.	R кр, кОм
С 1=…
С 2=…

Измерение параметров колебательного контура

6 Перенесите осциллограмму колебаний напряжения u (t)с экрана на лист бумаги. По координатной сетке экрана или линейкой измерьте длину участков

7 Проведите измерения величин l и l ₀, амплитуды U_t и U_{t + T} (для более точного их отсчета перемещайте измеряемую ординату на центральную линию экрана), определите число полных колебаний n на участке l. Результаты этих измерений запишите в таблицу 1.

8 Увеличивая сопротивление реостата R _р, наблюдайте изменение затухания колебаний и переход осциллограммы от вида на рисунке 2 к виду, показанному на рисунке 3. Минимальное сопротивление цепи, при котором получена осциллограмма вида рис. 3, есть R _кр= R _к+ R _р. Запишите значение R _кр в таблице 1.

9 Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

10 Вместо конденсатора С ₁ установите конденсатор С ₂ другой емкости и повторите пп. 3-9.

Обработка результатов измерений

1 По данным в таблице 1 для каждого значения емкости вычислите расчетные (р) и экспериментальные (э) величины логарифмического декремента l, коэффициента затухания d, периода колебаний T и критического сопротивления контура R _кр. Используйте формулы, номера которых указаны в табл. 2, предназначенной для записи результатов расчета.

Таблица 2

	l	d, с–1	T, мс	R кр, кОм
э(7)	р(2)	э(8)	р(5)	э(9)	р(6)	э(R к+ R р)
С 1…
С 2…

Примечание. Обратите внимание, что экспериментальные значения коэффициента затухания больше, чем расчетные, из-за существенных потерь энергии на перемагничивание сердечника катушки.

2 В выводе по работе сделайте анализ полученных данных:

a) укажите характерные изменения осциллограммы и параметров колебаний при изменении емкости контура;

б) опишите изменения зависимости u (t) по мере увеличения активного сопротивления цепи;

в) сравните полученные экспериментальные значения величин T и R _кр с расчетными.

Контрольные вопросы

1 По какому закону изменяются при разряде конденсатора в колебательном контуре, содержащем R, L, C, следующие величины: a) напряжение на конденсаторе; б) заряд обкладок; в) ток в цепи?

2 Какие формулы показывают, как зависят от параметров колебательного контура следующие характеристики колебаний:

а) циклическая частота и период затухающих колебаний;

б) коэффициент затухания колебаний;

в) критическое сопротивление контура.

3 При изменении каких параметров контура, содержащего R, L, C:

a) сближаются значения периодов затухающих и незатухающих колебаний;

б) изменяется коэффициент затухания колебаний;

в) изменяется критическое сопротивление контура?

4 Что происходит в колебательном контуре при сопротивлении, большем критического значения, т.е. при выполнении условия d > w ₀?

5 Какие величины измеряют по осциллограмме колебаний для определения: a) периода затухающих колебаний; б) логарифмического декремента затухания колебаний?

6 Какие величины используют для калибровки оси X осциллографа?

7 Как определяют экспериментальное значение критического сопротивления контура? Какой вид принимает осциллограмма u (t) при достижении R _кр?

8 Какое назначение имеют следующие элементы электрической цепи: a) генератор напряжений специальной формы; б) реостат?

9 Какой параметр колебательного контура изменяют в работе, чтобы получить апериодический разряд конденсатора?

10 С каких элементов электрической цепи можно подать напряжение на вход Y осциллографа для наблюдения затухающих колебаний?

11 По каким формулам определяют:

a) экспериментальное значение периода колебаний T;

б) экспериментальное значение коэффициента затухания колебаний d;

в) расчетные (теоретические) значения величин T, d и R _кр?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа,2002. – § 27.3, 28.1.

2 Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2. - СПб. Издательство «Лань», 2007. - §§ 51.

3 Трофимова Т.И. Курс физики: учебное пособие для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. - §§ 146.