2528

Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью осциллографа

Лабораторная работа

Физика

Углубление и закрепление знаний по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре, усвоение методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов.

Русский

2013-01-06

150.84 KB

101 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №47

I.Название работы:

Изучение затухающих электромагнитных колебаний с помощью осциллографа

Цель работа:

Углубление и закрепление знаний по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре; усвоение методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов

II.Краткое теоретическое обоснование:

Электромагнитные колебания можно получить в колебательном контуре, состоящем из конденсатора емкостью C, катушки с индуктивностью L и электрического сопротивления R, соединенных последовательно (рис.1).

При разомкнутом ключе K конденсатору сообщает некоторый зaряд q0. При этом колебательный контур получает энергию . При замыкании ключа конденсатора начнет разряжаться и в контуре возникнет ток I. Из-за явления самоиндукции ток нарастает до максимального значения не скачком, а постепенно и не прекращается сразу при полной разрядке конденсатора (q = 0), а медленно ослабевает. В момент I = 0 произойдет перезарядке конденсатора, и ток потечет в противоположном направлении. При этом энергия электрического поля конденсатора будет переходить в энергию магнитного поля катушки (Емагн = LI2 / 2) и обратно.

Таким образом, заряд q, разность потенциалов на обкладках конденсатора U, ток в колебательном контуре I будут изменяться по колебательным законам. Такие колебания называются электромагнитными. Так как на сопротивлении контура R происходит потеря энергии, если не восполнять эти потери.

Запишем закон Ома для замкнутой цепи. В нашем контуре падение напряжения происходит на омическом сопротивлении и на конденсаторе, а роль электродвижущей силы играет эдс самоиндукции :

Учтем, что

и исключая переменные q, I, получим уравнение колебаний для напряжения

Это − дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами. Его решением является функция вида

Здесь t − время; U − мгновенное значение напряжения; β − коэффициент затухания; ω − круговая частота колебаний; φ0 − начальная фаза колебаний.

Коэффициент затухания, частота и период колебаний зависят от параметров колебательного контура C, L, R, и равны:

Если R → 0, в контуре возникают незатухающие колебания. Если , происходят апериодический процесс, т.е. разрядка конденсатора через катушку без колебаний. Затухание происходят из-за потерь сообщенной контуру энергии на излучение электромагнитных волн и т.п.

Зависимость напряжения от времени показана на рис.2.

Для характеристики затухающих колебаний вводятся величины: декремент затухания D, логарифмический декремент затухания δ и добротность Q. Декрементом затухания называется отношение двух последовательных амплитуд, взятых через период T:

а логарифмический декремент

Добротностью контура называется величина, пропорциональная отношению запасенной энергии к среднему значению энергии, теряемой за один период. Добротность можно вычислить по формуле

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

IV.Схема установки.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

Для наблюдения и исследования электромагнитных колебаний служит электронный осциллограф. В электронно-лучевой трубке осциллографа узкий пучок электронов попадает на флюоресцирующий экран. В месте попадания луча на экране появляется светящаяся точка. Для управления лучом в трубке имеются две пары отклоняющих пластин. На горизонтально отклоняющие пластины попадает напряжение пилообразной формы. Довольно медленно это напряжение возрастает, затем резко уменьшается. При этом электронный луч пробегает экран в горизонтальном направлении с постоянной скоростью и почти мгновенно возвращается назад. Если на вертикально отклоняющие пластины подать исследуемое напряжение, то на экране возникнет временная “развертка” колебаний.

Рабочая схема приставки представлена на рис.3. Затухающие колебания, возникающие в колебательном контуре, подаются на вход Y осциллографа через вторичную катушку индуктивности L2. Максимальная сетка на экране осциллографа позволяет измерить амплитуду и период колебаний в делениях этой сетки. Для определения периода колебаний в секундах на вход Y подается переменное напряжение городской сети, период колебаний которого равен 0,02 c, и определяется цена деления сетки осциллографа в секундах.

VI.Результаты измерения.

Таблица 1

Период колебаний промышленного тока

Число клеток в одном периоде

Цена деления

Период затухающих колебаний в делениях сетки

Период затухания колебаний, С

1

2

3

4

5

6

0,02

5

1

21

6

5

4

3

2

41

Таблица 2

Амплитуды колебаний

Декремент затухания

0

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

Среднее значение

30

20

12

8

6

4

2

1,5

1,7

1,5

1,3

1,5

2

1,6

VII. Черновые записи и вычисления.

D1 = 30 / 20 = 1,5               D2 = 20 / 12 = 1,7               D3 = 12 / 8 = 1,5

D4 = 8 / 6 = 1,3               D5 = 6 / 4 = 1,5               D6 = 4 / 2 = 2

Dср = ( 1,5 + 1,7 + 1,5 + 1,3 + 1,5 + 2 ) = 1,6

VIII. Основные выводы.

Закрепили знания по электромагнитным колебаниям, возникающим в колебательном контуре; усвоили методики использования электронного осциллографа для исследования электрических сигналов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44643. Очистка нефтяных фракций селективными растворителями в экстракторе периодического действия 16.81 KB
  В результате селективной очистки существенно улучшаются два важнейших эксплуатационных свойства масел: стабильность против окисления и вязкостно-температурные свойства.
44644. Художественное моделирование из бумаги. Оригами по спирали 20.31 KB
  Цель: формирование практических навыков по выполнению оригами по спирали Задачи: 1.образовательные: Познакомить с технологией оригами по спирали развивающие: развивать логическое мышление развивать творческое воображение; воспитательные: воспитывать трудолюбие аккуратность дисциплинированность Оборудование: Для учителя: наглядный материалаппликация Для учащихся: нитки карандаш ножницы клей картон Оформление...
44645. Собственные и нарицательные имена существительные. Заглавная буква в именах существительных 19.77 KB
  Кто может еще что то добавить к этому правилу Потренируемся каждый из вас назовет свое собственное имя и так же нарицательное. пример: я учительница Бякова Наталья Сергеевна учительница нарицательное Бякова Наталья Сергеевна собственное я студентка нарицательное Наташа собственное. Нарицательных имен у вас может быть несколько но запомните собственное не изменно. подобрать собственное имя.
44646. Собственные и нарицательные имена существительные 21.1 KB
  Орг момент Отгадаем ребус: отец Какие орфограммы встречаются в этом слове Можем ли мы ее проверить Значит это слово словарное. на какие вопросы оно отвечает на какие две большие группы мы можем поделить и. сущ Как отличить Еще на какие чем они отличаются Какие группы слов мы пишем с заглавной буквы фронтальный опрос и. Прочитай1 ученик устно какие группы слов могут быть собственными.
44648. Имена существительные - названия явлений природы и качеств людей 20.63 KB
  Имена существительные названия явлений природы и качеств людей. Тип урока: комбинированный ФОУД: фронтальная индивидуальная групповая Дидактическая цель: создать условия для систематизации знаний учащихся по теме Имя существительное Задачи: 1.Образовательные: познакомиться с лексическим значением групп существительных; находить отличительные особенности групп; учиться использовать их в своей речи; 2. О какой части речи это стихотворение Что такое имя существительное им.
44649. Единственное и множественное число имен существительных 19.43 KB
  Образовательные: систематизировать и углубить знания об именах существительных единственного и множественного числа; учить находить имена существительные единственного и множественно числа в тексте и подбирать их самостоятельно; учить классифицировать имена существительные единственного и множественного числа; отрабатывать умения изменять имена существительные по числам. Даны существительные в единственном числе преобразовать в существительные множественного числа. Даны существительные во множественном числе преобразовать в...
44650. Итоговый конспект урока. Единственное и множественное число имен существительных 19.98 KB
  Минутка чистописания: пропишем ее три раза 1 человек у доски 1 букву с комментированием пропишем соединение буквы т с буквой о в тетради 3 раза1 человек на доске с комментированием запишем все словарное слово в н. мн ед ч по смыслу умения находить слова мн ед ч и правильно определят чила имен сущ. доске записаны слова сосны с_сна хлеба хле_ грибы гри_ травы тр_ва горы г_ра Что заметили По какому признаку слова записаны в два столбика Запишем первое слово из второго столбика1ч к доске ост. Как мы ее можем проверить С...