55 (Практикум по оптике), страница 3

Ручку ступенчатой регулировки уровня выходного напряжения«ОСЛАБЛЕНИЕ db» установить в положение 10.5. Ручку плавной регулировки выходного напряжения повернутьпротив часовой стрелки до упора.Цифровые вольтметры GDM-8135 № 1 и GDM-8135 № 21. Нажать и зафиксировать кнопку выбора режима измерениянапряжения - V.2. Нажать и зафиксировать кнопку выбора режима измеренияпеременного напряжения - AC.3. Нажать и зафиксировать кнопку выбора пределов измерения 20.Включение установки1. Тумблерами «СЕТЬ» включить генератор и усилитель ГЗ –112/1.2. Ручкой плавной регулировки выходного напряжения генератораустановить на стрелочном приборе усилителя напряжение 4 В.3. Включить частотомер – ТАХОМЕТР 7ТЭ.

Тумблер «ВКЛ»находится на задней стенке корпуса справа. Ручку тумблерадвигать в горизонтальном направлении. На пятиразрядномтабло частотомера – тахометра высветится результатизмерения частоты генератора.4. Включить цифровые вольтметры GDM – 8135. Для этогонажать и зафиксировать кнопку – «PWR». На четырехразрядныхтабло вольтметров высветятся результаты измеренийпеременных напряжений на катушке индуктивности L(вольтметр GDM – 8135 № 2) и эталонном сопротивленииR эталон (вольтметр GDM – 8135 № 1).15ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙУпражнение 1.ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНДУКТИВНОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ Z L ОТ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ.ВЫЧИСЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ LВ процессе выполнения упражнения регистрируются показаниявольтметров V2 (U2действ. ) и V1 (U1действ.

) при различных частотах fколебаний генератора. Результаты измерений записываются в таблицу 1. Порезультатам измерений вычисляется индуктивное сопротивление Z L . Изформул (1.9) и (1.10) следует, что Z L Um, гдеIm- падение напряжения на катушке индуктивности.U m  U 2действ.

 2 . U 2действ.Сила тока в цепи I mU1действ.  2, где U1действ. - падениеRэтал.напряжения на эталонном сопротивлении. Таким образом, для вычисленияиндуктивного сопротивления Z L получаем простую формулуможет быть вычислена по формуле I m ZL U 2действ. Rэтал. .U1действ.(1.24)Значения Rэтал. для установок с номерами 1 – 4 равны:Номер установкиRэтал.1499 Ом.2499 Ом.3541 Ом.4502 Ом.Вычисленные значения Z L вместе с вычисленными значениями круговойчастоты ω = 2πf заносят в таблицу 1.При переходе к частотам 10000 Гц и выше необходимопереключатель « МНОЖИТЕЛЬ» на передней панели генератора перевестииз положения 10 2 в положение 10 3.Значения частот, указанные в таблице 1 допустимо устанавливать сотклонением в 100 Гц.По данным таблицы 1, построить график Z L = f (ω). Согласноформуле (1.10) Z L  L   . Используя график Z L = f (ω), вычислитьиндуктивность катушки L ( индуктивность L равна тангенсу Z  угланаклона прямой Z L  L   ).При отчете представить: заполненную таблицу 1, график Z L = f (ω) изначение индуктивности катушки L в мГн.

(миллигенри).16Таблица 1№f, Гц12345678910100020004000600080001000012000150002000025000U2 действ., ВU1 действ., Вω, рад./сZ L, ОмУпражнение 2ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЕМКОСТНОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ Z С ОТ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ.ВЫЧИСЛЕНИЕ ЕМКОСТИ С КОНДЕНСАТОРАа) Настроить блок элементов для выполнения упражнения № 2 (рис.11).б) Ручку ступенчатого переключения частоты « МНОЖИТЕЛЬ»генератора установить в положение 10 2.в) Отметку на лимбе установки частоты с цифрой 10 установитьпротив подсвечиваемой риски.г) Ручкой плавной регулировки выходного напряжения генератораустановить на стрелочном приборе усилителя напряжение 5 В.д) В диапазоне частот 1000 Гц – 25000 Гц измерить и записать втаблицу 2 значения частот f и напряжений U2действ.

и U1действ. на емкостиС и эталонном сопротивлении R этал.При переходе к частотам 10000 Гц и выше необходимо переключатель«МНОЖИТЕЛЬ» на передней панели генератора перевести из положения 102в положение 10 3.Значения частот, указанные в таблице 2 допустимо устанавливать сотклонением в 100 Гц.в) По формуле ZC U 2действ. Rэтал. рассчитать и записать в таблицу 2U1действ.значения емкостных сопротивлений.г) Вычислить и записать в таблицу 2 значения величин112 f.17Таблица 2№f, Гц12345678910100020004000600080001000012000150002000025000U2 действ., ВU1 действ., Вс1, рад.Z С, Ом1д) По данным таблицы 2, построить график ZC  f   .

Согласно 1 11формуле (1.15) ZC     . Используя график ZC  f   , вычислитьC   емкость конденсатора С (величина обратная емкости -1равна тангенсуCZ1 1угла наклона прямой ZC    ). 1C    При отчете представить: заполненную таблицу 2, график ZC  f   и значение емкости конденсатора С в нФ (нанофарадах).1Упражнение 3ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛНОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ Z полн ОТ ЧАСТОТЫКОЛЕБАНИЙ. ВЫЧИСЛЕНИЕ АКТИВНОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ Rа) Настроить блок элементов для выполнения упражнения № 3 (рис.11).б) Ручку ступенчатого переключения частоты «МНОЖИТЕЛЬ»генератора поставить в положение 10 3.в) Отметку на лимбе установки частоты с цифрой 10 установитьпротив подсвечиваемой риски.г) Ручкой плавной регулировки выходного напряжения генератораустановить на стрелочном приборе усилителя напряжение 5 В.18д) В диапазоне частот 10000 Гц – 25000 Гц измерить и записать втаблицу 3 значения частот f и напряжений U2действ.

и U1действ. на полном Z полн.и эталонном Rэтал. сопротивлениях.Значения частот, указанные в таблице 3 допустимо устанавливать сотклонением в 100 Гц.в) По формуле Zполн. U 2действ. Rэтал. рассчитать и записать в таблицу 3U1действ.значения полных сопротивлений.г) Вычислить и записать в таблицу 3 значения величин  .Таблица 3№f, Гц1234567891011121314151617181910000110001200013000140001500015500160001650017000175001800019000200002100022000230002400025000U2 действ., ВU1 действ., Вω, рад./сZ полн., Ом Как видно из таблицы 3 частотный диапазон измерений в нейменьше, но число точек в этом диапазоне в два раза больше. Это связано сметодом определения активного сопротивления цепи R.

Для определениясопротивления важно как можно точнее соединить экспериментальныеточки плавной кривой линией. Согласно формуле (1.22) полноесопротивление цепи равно: Z полн.  R 2  ( L 1 2) . Как следует из этойCформулы полное сопротивление минимально и становится равнымактивному сопротивлению при условии, что  L 1, т.е. при резонансе.C19Зависимость Zполн.  f () не линейна и напоминает параболу (рис.

15).Количество точек в таблице 3 и их распределение по диапазону частотвыбрано таким, чтобы можно было с достаточной точностью отыскатьобщую точку кривой 1 и горизонтальной касательной к ней 2.Сопротивление в этой точке равно активному сопротивлению цепи R.800Zполн.7507001650600R25505006000080000100000120000140000160000Рис. 15.д) По данным таблицы 3 построить график Zполн.  f () .е) Используя график, найти активное сопротивление цепи R.При отчете представить заполненную таблицу 3, график Zполн.

 f () иполученное значение сопротивления R в омах.ПРОВЕРКА СПРАВЕДЛИВОСТИ ЗАКОНА ОМА ДЛЯЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАПо формуле Z полн.  R 2  ( L 1 2) вычислить пять значений Z полн. приCчастотах, взятых из строк 1, 3, 9, 14 и 19 таблицы 3. При вычисленияхиспользовать значения R , L и C , полученные в упражнениях 1, 2, и 3.Вычисленные значения Z полн. нанести на график из упражнения 3. Убедитьсяв хорошем совпадении измеренных и вычисленных значений Z полн. .20ПриложениеТахоме тр 7ТЭВх.Вол ь тме тр GDM-8135 № 1кр.чр.кр. чр.кр.

чр.V2V1кр.Вол ь тме тр GDM-8135 № 2Вых.чр.Вх.Усил ите л ь Г3-112/1Усил ите л ьВых.Бл ок управле ния изме ре ниямиГе не ратор Г3 - 112 / 1Схема электрических соединений установки, представленной на рис. 10V2T11CV12112T2T3LR2Генератор Г3-112 / 1Принципиальная схема блока управления21Контрольные вопросы1. Какой ток называется переменным ?2.

Какой переменный ток называется квазистационарным ?3. Запишите условие квазистационарности для гармоническогопеременного тока.4. Запишите выражение для индуктивного и емкостногосопротивлений.5. Какова физическая причина сдвига фаз между током и напряжениемв цепях, содержащих только одну индуктивность или только однуемкость ?6. Объясните способ представления величин, изменяющихся погармоническому закону, в виде вектора.7. Используя метод векторных диаграмм, вычислите полноесопротивление цепи для гармонического переменного тока дляслучаев:а) цепь состоит из идеальной катушки с индуктивностью Lи активного сопротивления R, соединенныхпоследовательно,б) цепь состоит из конденсатора емкостью С и активногосопротивления R, соединенных последовательно.8. Какое явление называется резонансом напряжений ? В какой цепи ипри каких условиях наступает резонанс напряжений ? Нарисуйтевекторную диаграмму для этого случая.ЛИТЕРАТУРА1.

Белов Д.В. Электромагнетизм и волновая оптика. Изд. Московскогоуниверситета. 1994.Часть I Электромагнетизм.Глава IV Законы электрического тока.§ 11 Квазистационарные токи.§ 12 Синусоидальный ток.2. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебн. Пособие. В 5-и кн. Кн. 2Электричество и магнетизм. - 4-е изд., перераб. – М.: Наука.Физматлит, 1998.Глава 13. Электрические колебания.13.1 Квазистационарные токи.13.3 Свободные затухающие колебания.13.4 Вынужденные электрические колебания.13.5 Переменный ток.22.