Файл: Методические указания к лабораторным работам по физике для студентов иэм технических специальностей всех форм обучения.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 40
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Описание установки
На передней панели осциллографа расположен экран ЭЛТ. На экране установлена координатная сетка, размер одной клетки которой составляет 1 деление. Имеются: тумблер включения сети, индикаторная лампа, клеммы входа исследуемого напряжения на вертикально отклоняющие пластины (ось Y) через усилитель, клеммы входа исследуемого напряжения на горизонтально отклоняющие пластины (ось X) через усилитель. С помощью ручек управления можно регулировать изменение яркости изображения, фокусировку луча, смещение луча по оси Y, смещение луча по оси X. Кнопки установки чувствительности осциллографа позволяют выбрать чувствительность , необходимую для заметного отклонения светового пятна от центра экрана, одновременно исключая выход пятна за пределы экрана. С помощью кнопок регулирования развертки можно включить/выключить генератор развертки и выбрать его частоту. Ручка плавной регулировки частоты развертки дает возможность добиться полной синхронизации частоты развертки и частоты исследуемого напряжения.
Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение величины постоянного напряжения.
1. Электрическая схема работы представлена на рис. 5. После получения допуска у преподавателя можно проводить измерения.
2. Отключить генератор развертки осциллографа, нажав клавишу ВХх. Включить осциллограф в сеть. Рукоятками управления лучом вдоль осей Xи Y вывести световое пятно в центр координатной сетки. Рукоятками фокусировки и яркости добиться четкого изображения пятна.
Рис. 5 |
3. Установить движок потенциометра в заданное преподавателем положение.
4. Замкнуть ключ К. Подобрать, нажимая соответствующие клавиши шкалы чувствительности осциллографа, цену деления γ координатной сетки так, чтобы отклонение светового пятна было наибольшим в пределах экрана.
5. Зарисовать полученную на экране осциллографа «картинку».
6 Определить число n делений координатной сетки, на которое отклонится световое пятно.
7. Используя формулу (1), определить значение измеряемого напряжения.
8. Разомкнуть ключ К и поменять местами проводники на входе осциллографа. Замкнуть ключ К. Зарисовать и объяснить изменения в отклонении светового пятна.
Задание 2. Определение амплитудного значения переменного тока.
1. Используя ключ К, заменить источник постоянного тока источником переменного тока.
2. Проделать пп. 3 — 7 задания 1.
Задание 3. Определение формы исследуемого сигнала.
-
Используя схему задания 2, включить генератор развертки осциллографа, нажав клавишу «10 — 100 Гц». -
Вращением регулятора «плавно» добиться устойчивого изображения сигнала на экране. -
Зарисовать форму сигнала на экране осциллографа. -
Зная частоту переменного напряжения (f = 50 Гц), определить частоту генератора развертки.
Контрольные вопросы
-
Для чего может служить электронный осциллограф? -
Как регулируются яркость и фокусировка электронного луча? -
Почему при подключении постоянного напряжения происходит смещение светового пятна на экране осциллографа? -
Что такое чувствительность осциллографа? -
Почему при изменении полярности постоянного напряжения на входе осциллографа световое пятно на экране отклоняется в противоположную сторону? -
Почему при подключении переменного напряжения на экране осциллографа наблюдается светящаяся линия? -
Для чего служит генератор развертки?
Лабораторная работа № 3
ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ
МЕТОДОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА
Цель работы: | определить емкости конденсаторов и их соединений. |
Оборудование: | баллистический гальванометр, реостат, переключатель, вольтметр, источник питания, батарея конденсаторов. |
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Конденсатор — система из двух или более проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, обладающая способностью накапливать электрические заряды. Основной характеристикой конденсатора является его электрическая емкость С. Емкость определяется отношением заряда +q на обкладке конденсатора к напряжению между обкладками U:
. (1)
В СИ единицей электроемкости является фарада: 1Ф = 1 Кл/В. Величина электроемкости зависит от формы и размеров конденсатора, диэлектрических свойств материала, заполняющего пространство между обкладками, и не зависит от заряда и напряжения на конденсаторе.
Пример. Плоский конденсаторсостоит из двух плоскопараллельных металлических пластин, линейные размеры которых много больше расстояния между ними. Емкость такого конденсатора определяется по формуле:
, (2)
где S — площадь пластины; d— расстояние между пластинами; ε — диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего пространство между пластинами; ε0 — электрическая постоянная.
Конденсаторы объединяют в батарею, соединяя их параллельно (рис. 1) или последовательно (рис. 2).
В случае параллельного соединения все конденсаторы заряжаются до одной и той же разности потенциалов U, но заряды на них могут быть различными. Если емкости конденсаторов равны С1, С2,..., Сn, то из формулы (1) следует, что заряды на них будут равны:
q1= C1U, q2= C2U, …., qn= CnU.
Общий заряд на всех конденсаторах:
q = q1+q2+…+qn = (C1+C2+…+Cn)U,
и, следовательно, емкость всей батареи конденсаторов:
Собщ = q/U =С1 + С2 +…+ Сn. (3)
| |
Рис. 1 | Рис. 2 |
В случае последовательно соединенных конденсаторов заряды на всех конденсаторах одинаковы. Действительно, если поместить заряд +q на левую обкладку первого конденсатора, то вследствие электростатической индукции на правой его обкладке возникнет заряд —q, а на левой обкладке второго конденсатора — заряд +q. Наличие этого заряда на левой обкладке второго конденсатора опять-таки вследствие индукции создает на правой его обкладке заряд —q, а на левой обкладке третьего конденсатора — заряд +q и т. д. Таким образом, заряд каждого из последовательно соединенных конденсаторов оказывается равен +
q. Напряжение на каждом из конденсаторов определяется емкостью соответствующего конденсатора:
U1= q/C1, U2= q/C2,…, Un=q/Cn.
Суммарное напряжение между крайними (свободными) обкладками всей батареи конденсаторов:
U = U1+U2+…+Un = .
Следовательно, емкость всей батареи конденсаторов при последовательном соединении определяется из соотношения:
(4)
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
В данной работе емкость конденсатора определяется с помощью баллистического гальванометра — электрического прибора для измерения кратковременных импульсов тока (количества электрических зарядов). Главной частью баллистического гальванометра (см. рис. 3) является подвешенная на вертикальной нити рамка 1, помещенная в поле постоянного магнита. Луч света от лампочки 3 отражается от зеркала 2 и попадает на шкалу 4. Укрепленное на нити зеркало 2 служит для измерения угла поворота рамки, определяемого по смещению n светового «зайчика» на шкале. К рамке прикреплен полый цилиндр 5, который значительно увеличивает момент инерции и, следовательно, период колебаний системы. При пропускании импульса тока через гальванометр на его рамку в магнитном поле будет действовать вращающий момент, поворачивающий рамку с зеркальцем. Так как период колебаний баллистического гальванометра много больше длительности импульса, то движением рамки во время пропускания тока можно пренебречь. В этом случае угол поворота рамки будет пропорционален электрическому заряду q:
n = q/A,
где A (Кл/дел) — баллистическая постоянная гальванометра; n — количество делений по шкале гальванометра, на которое отклоняется отраженный зеркалом световой луч (световой «зайчик»).
Рис. 3
Электрическая схема установки изображена на рис. 4. Ключ К1 подключает внешнее напряжение, которое регулируется с помощью потенциометра R. Значение напряжения измеряется вольтметром
V. Конденсатор С заряжается от источника питания, если ключ находится в положении 1, и разряжается через гальванометр G при переводе ключа К2 в положение 2. При разрядке конденсатора луч баллистического гальванометра совершает резкое отклонение, которое фиксируется по шкале гальванометра.
Рис.4
Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение баллистической постоянной с помощью эталонного конденсатора.
1.Получить допуск у преподавателя и приступить к измерениям.
2.Замкнуть ключ К1, ключ К2 установить в положение 1.
3.Потенциометром установить заданное преподавателем напряжение U.
4.Перевести ключ К2 в положение 2 и определить по шкале гальванометра величину отклонения nсветового луча.
Повторить измерения три раза.
5.Найти среднее значение отклонения луча:
nср = (n1 + n2 +n3)/3.
6.Определить баллистическую постоянную:
A = Cэ∙U/nср,
где Cэ —емкость заданного преподавателем эталонного конденсатора.
Задание 2. Определение неизвестной емкости конденсатора.
1. Включить ключ К1, ключ К2 установить в положение 1.
2. Потенциометром установить заданное преподавателем напряжение U.
3. Перевести ключ К2 в положение 2 и определить величину отклонения n светового луча. Повторить измерения три раза.
4. Найти среднее значение отклонения «зайчика»:
nср = (n1 + n2 +n3)/3
5. Определить емкость конденсатора по формуле:
Cэкспер = Anср/U,
где U — напряжение, до которого заряжен конденсатор.
6. Вычислить относительную погрешность измерения емкости:
С = U + n/nср ,
где U — относительная погрешность определения напряжения; n — половина цены деления шкалы гальванометра.
7. Вычислить абсолютную погрешность измерения емкости:
С = CС .
Записать результат в виде: C1 = Cэкспер ± С
Повторить измерения пп.1─7 для другого конденсатора.
Записать результат в виде: C 2=