- •Кафедра физики
- •Часть 2
- •Лабораторная работа № 3-1 электрические измерения
- •Типы электроизмерительных приборов
- •Цена деления и чувствительность электроизмерительного прибора
- •Погрешности электроизмерительных приборов
- •Электронный осциллограф
- •Электронно-лучевая трубка
- •Отклоняющая система электронно-лучевой трубки
- •Развертка исследуемого сигнала во времени
- •Определение чувствительности осциллографа по напряжению Порядок выполнения упражнения
- •Определение частоты источника неизвестного напряжения
- •Порядок выполнения упражнения
- •Обработка результатов экспериментов
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 3-2 исследование электростатических полей методом моделирования
- •Характеристики электростатического поля
- •Метод электрического моделирования
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты эксперимента.
- •Обработка результатов эксперимента
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 3-3 определение удельного заряда электрона
- •Описание метода определения удельного заряда и экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 3-4 изучение явления самоиндукции
- •Явление самоиндукции
- •Изменение тока при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность
- •Описание электрической схемы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 3-5 исследование магнитных свойств ферромагнетиков
- •Магнитные свойства ферромагнетиков
- •Осциллографический метод исследования ферромагнетика
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература.
- •Лабораторная работа № 3-6 исследование свободных и вынужденных электрических колебаний
- •Свободные колебания
- •Вынужденные колебания. Резонанс
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1. Изучение затухающих колебаний.
- •Упражнение 2. Изучение вынужденных колебаний
- •Обработка результатов эксперимента
- •Результаты работы
- •Контрольные вопросы
- •Дополнительная литература
- •Приложение 1 Расчет ошибки эксперимента
- •Приложение 2 Основные физические постоянные
- •Приложение 3 Множители и приставки для образования десятичных, кратных и дольных единиц и их наименования
- •Часть 2
- •170026, Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22
Дополнительная литература.
1. Савельев И.В. Курс физики. Т.2. - М.: Наука, 1989. - §35, 39, 47-52.
2. Трофимова Т. И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2003. - §109, 131-136.
Лабораторная работа № 3-6 исследование свободных и вынужденных электрических колебаний
Цели работы:изучение свободных затухающих и вынужденных колебаний в колебательном контуре, определение логарифмического декремента затухания, сопротивления и добротности контура, построение резонансных кривых.
Приборы и принадлежности:осциллограф, звуковой генератор, магазин сопротивлений, панель с колебательным контуром.
Свободные колебания
Свободные колебания возникают в электрических цепях, содержащих катушку индуктивностью L, конденсатор емкостью С и сопротивление R, соединенные последовательно (рис. 1).Такая цепь называется колебательным контуром. Если предварительно зарядить конденсатор от источника постоянной эдс. (ключ в положении 1), а затем перевести ключ вположение 2, то конденсатор начнет разряжаться и в цепи потечет ток, создающийв катушке
Рис. 1 |
индуктивности эдс самоиндукции, которая препятствуют нарастанию тока. Магнитное поле катушки растет, пока ток не достигнет максимума. При этом энергия электрического поля конденсатора, за исключением потерь на сопротивлении R, перейдет в энергию магнитного поля, а конденсатор разрядится. В этот момент ток начинает |
убывать, и эдс самоиндукции меняет знак, поддерживая убывающий ток. Конденсатор перезаряжается. Процесс заканчивается, когда заряд конденсатора достигнет максимального значения. В этот момент энергия магнитного поля катушки, за исключением потерь на сопротивлении R, перейдет в энергию электрического поля конденсатора, а ток в цепи прекратится. Затем процесс повторяется в обратном порядке, и в контуре возникают свободные колебания заряда, тока и напряжения на конденсаторе и индуктивности.
Пусть заряд на пластинах конденсатора в произвольный момент времени q, напряжение на обкладках конденсатораUc, а ток в цепиI. Согласно второму правилу Кирхгофа в произвольный момент времени
|
IR + Uc = c, |
(1) |
где c –эдс самоиндукции.
Учитывая, что по определению сила тока I = , эдс самоиндукции c = - L×,а напряжение на обкладках конденсатора Uc = , выражение (1) можно представить в виде
L×+ R+ = 0
или
|
(2) |
Полученное уравнение представляет собой дифференциальное уравнение затухающих колебаний, согласно которому на обкладках конденсатора происходит изменение заряда по закону
|
q = q0×e-t×cos(t + o) |
(3) |
c амплитудойA = q0×e-t,частотой иначальной фазойo, гдеq0- начальный заряд конденсатора; = -коэффициент затухания– величина, характеризующая быстроту затухания амплитуды колебаний с течением времени; -частота собственных колебаний– частота колебаний, возникших бы в контуре при отсутствии сопротивления.
Из формулы (3) следует, что напряжение на пластинах конденсатора: меняется по закону
|
Uc = = Ucо×e-t×cos(t + o) |
(4) |
где Ucо= - напряжение на обкладках конденсатора в момент начала колебаний;Uса=Ucо×e-t – амплитуда напряжения на конденсаторе.
Изменение напряжения на конденсатореUcсо временем приведено на
рис. 2 (сплошная линия). Здесь же пунктиром показана зависимость амплитуды напряжения от времени. Быстрота затухания колебаний характеризуется логарифмическим декрементом затухания –величиной, представляющей собой логарифм отношения двух последовательных амплитуд: |
Рис. 2 |
.
Из определения логарифмического декремента затухания вытекает его связь с коэффициентом затухания в виде
= ×T=.
Тогда уменьшение амплитуды напряжения на конденсаторе в зависимости от числа колебаний можно представить в виде
Uса=Ucо×e - N,
где N- число колебаний.
В электротехнике и радиотехнике для характеристики качества контура используется понятие добротности контура
Q = .
Очевидно, чем выше добротность контура Q, тем меньше и тем медленнее затухают колебания.
При малом затухании (R0)0 ,тогда
иQ = .