Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела, страница 4

Вдоль оси Z на электрон не действуют никакие силы,следовательно, в этом направлении он движется равномерно:z v0 t .(6.24)Вдоль оси Y на электрон действует постоянная силаFeE,(6.25)u– напряженность поля между пластинами.dПоэтому движение электрона вдоль оси Y являетсяравноускоренным, и для этого движения справедливы уравнения:где Eat 2.v y at; y2Ускорение а найдем из второго закона Ньютона:aFmeE; ameu.dm(6.26)(6.27)Подставляя (6.27) в (6.26) имеемyeu 2t .2dmУчитывая, что согласно (6.22) tye uz 22dmv 02.(6.28)z v0 , получаем(6.29)22Из формулы (6.29) следует, что траектория электрона между пластинамипредставляет собой параболу.

При выходе из пространства междупластинами (при z = l) электрон сместится по оси Y на величину y1y1e ul 2(6.30)2dmv 02и отклонится от своего первоначального направления движения наугол :v y ate ultg;tg.(6.30)v z v0dmv 02За пределами отклоняющих пластин электрон движется по прямойи его смещение y2 равноy2Ltg .(6.32)Следовательно, смещение светящегосярассчитывается по формулам (6.28), (6.30)yy1y2e uldmv 02l2Lпятнанаe ulLdmv 02экране(6.33)и пропорционально напряжению u на отклоняющих пластинах.Генератор развертки.Для того, чтобы на экране осциллографа можно было увидеть, как внекотором физическом процессе величина y меняется в зависимости отизменения другой физической величины х, т.е.

y f ( x ) , необходимо нагоризонтально отклоняющие пластины подать напряжение u х,пропорциональное х, а на вертикально отклоняющие пластиныодновременно подать напряжение u y , пропорциональное y.Тогдаэлектронныйлучначертитнаэкране линию,соответствующую зависимости y f ( x ) . Если теперь заставить лучнеоднократно повторить тот же путь по экрану, то вследствиеинерционности глаза наблюдатель увидит неподвижный графикзависимости y f ( x ) .На практике часто приходится наблюдать изменение различныхфизических величин в зависимости от времени, т.е. y f ( t ) .

При этомна вертикально отклоняющие пластины необходимо податьнапряжение, пропорциональное исследуемой величине y, а нагоризонтально отклоняющие пластины – напряжение, изменяющеесяпропорционально времени.23Для создания напряжения, величина которого меняетсяпропорционально времени, в осциллографе существует генераторразвертки. Под действием этого напряжения луч смещается по экрануслева направо, причем в любой момент времени это смещение будетпропорционально времени, отсчитанному от начала движения луча.Одновременно поданное на вертикально отклоняющие пластинынапряжение, пропорциональное исследуемой физической величине y,будет смещать луч по вертикали в соответствии с изменением y.Однако, когда луч дойдет по горизонтали до крайнего правогоположения, его нужно мгновенно перевести в исходное положение, афизический процесс повторить сначала. Следовательно, напряжениегенератора развертки скачком должно измениться до первоначальногозначения, а потом снова начать расти по тому же закону.

Поэтомузависимость напряжения генератора развертки от времени должнаиметь вид, показанный на рис.6.11.Такоенапряжениеназывается uпилообразным.Для того, чтобы картина наэкране осциллографа получаласьустойчивой, необходимо, чтобычастота пилообразного напряжениясовпадала с частотой повторенияtизучаемого физического процессаРис. 6.11или была меньше ее в целое числораз. Поэтому частота напряжения, даваемого генератором развертки,может меняться в широком диапазоне, и с помощью специальнойсхемы генератор развертки синхронизируется с исследуемымнапряжением, подаваемым на вертикально отклоняющие пластины.Усилители отклоняющих пластинЧувствительность электронно–лучевой трубки, как правило,невелика, поэтому на отклоняющие пластины обычно подаютнапряжения через усилители. Величина, равная напряжению,вызывающему отклонение электронного луча на экране на одноделение в вертикальном или горизонтальном направлении, называетсякоэффициентом отклонения соответствующего канала осциллографа.Основные органы управления осциллографаВнешний вид передней панели осциллографа С1–73, используемогов лабораторных работах показан на рис.6.12.Описание назначения основных органов управления осциллографа:241.

Тумблер или кнопка «Питание» подключает сеть ~220 В кприбору.питаниеС1–73V/дел.0,05s/д.ms/д.0,01усилениефокус яркость стаб. уровень плавносинхр.разв.–ХРис. 6.122. Ручки  ирегулируют положение луча на экране по оси Y иХ соответственно.3. Ручка «Фокус» фокусирует луч, изменяя разность потенциалов наанодах.4. Ручка «Яркость» регулирует яркость, изменяя потенциалуправляющего электрода относительно анода.5. Переключатель ~, ,входа Y , расположенный на левойбоковой панели осциллографа, в положениисоединяет входусилителя Y с землей.6.

Переключателем «/дел.» устанавливается требуемая чувствительность.7. Переключателем «ms ( s)/дел.» устанавливается требуемыймасштаб развертки.8. Переключатель «Разверт.Х», расположенный на правойбоковой панели осциллографа, в положении Х подключаетисследуемый сигнал на вход усилителя Х (например, при исследованиифигур Лиссажу).9. Переключатель «Синхр.« в положении « »управляетзапуском начала развертки внешним сигналом.Для решения целей лабораторной работы кроме электронногоосциллографа (ЭО) используются: генератор сигналов низкочастотныйГЗ–106 и источник питания (ИП).Генератор ГЗ–106 (ГЗ–111) представляет собой источниксинусоидальных электрических колебаний (рис.6.13).Он выдает синусоидальное напряжение частотой от 20 Гц до 200кГц.

Максимальное выходное напряжение 8 В.25ГЗ–1061 10 102 103Hzсетьвкл.Vмнож.частотыРег. вых.~Рис. 6.13Источник питания (ИП) служит для питания лабораторныхустановок (рис.6.14).Источник питаниясетьАV2,5–4,5 В+ 12 В–контроль тока5–25 В12–120 В~ 6,3 В12–120 ВРис. 6.14Он формирует стабилизированное напряжение постоянного тока12 В, регулируемые напряжения постоянного тока в диапазонах: 2,5 – 4,5 В;5 – 25 В; 12 – 120 В и переменное напряжение 6,3 В (частота f = 50 Гц).Порядок выполнения работыУпражнение 1.Исследование синусоидального сигнала звукового генератора.1. Собрать схему, изображенную на рис.6.15.ГЗ–106ЭОYРис. 6.15X262. Ознакомиться с описанием используемых приборов.3.

Включить осциллограф в сеть и настроить его.4. Подать напряжение от звукового генератора на вход Yосциллографа и получить на экране устойчивое изображениенескольких периодов сигнала. Стабильность синусоидального сигнала,поданного на вход Y, устанавливается, когда переключатель «Синхр.»установлен в положение « ». На первом этапе ручкой «Уровеньстабильности» достигается отсутствие перемещения наблюдаемогосигнала вдоль оси Х. На втором этапе ручкой «Стабильность»устанавливается нормальная форма синусоидального сигнала.5. Измерить период сигнала и рассчитать его частоту f.Пусть, например, измеренное на экране осциллографа расстояниемежду двумя соседними соответствующими точками синусоиды(рис.6.16) равно L = 7,2 больших деления, а переключатель 2ms( s)/дел.» установлен в положение «0,2 ms/дел.»АВLРис.

6.16Тогда периодТ = 7,2 0,2 = 1,44 мс = 1,44 10–3 с,а частотаf1T11,44 103694,4 Гц .6. Результаты измерений и вычислений занести в табл.6.4.7. Повторить измерение частоты сигнала звукового генератора длятрех–четырех различных частот.27Таблица 6.4№п/пПериодсигналав деленияхс/делПериодсигнала ТсЧастотасигнала fГцПоказанияГЗГц12348.

При любой частоте сигнала звукового генератора установить егонаибольший вертикальный размер Н в пределах рабочей части экрана,как показано на рис.6.17.НРис. 6.17Измерить амплитуду сигнала u0 и записать ее в табл.6.5. Пусть,например, измеренный вертикальный размер колебаний (размах) наэкране Н = 7,3 дел (рис.6.17), а переключатель «V/дел.» стоит вположении «0,5».Тогда величина амплитуды напряжения u0 будет равнаu0H (V дел)27,3 0,51,825 B .29. Полученный результат u0 сравнить с показанием вольтметразвукового генератора u 0 .

Для этого в таблицу записать показаниевольтметра на лицевой панели звукового генератора, которыйопределяет эффективное значение напряжения u эфф. . Подсчитатьамплитудное значение напряжения u 0 по формуле: u 02 u эфф. .28Таблица 6.5№п/пРазмахколебанийв деленияхV/делПоказаниявольтметраu эфф.u0ВВАмплитуданапряжения u0В123Значения амплитуды напряжения u0 по осциллографу и попоказаниям вольтметра u 0 должны соответствовать друг другу .10. Повторить измерения для двух–трех значений выходногонапряжения звукового генератора ГЗ–106 (определяетсяповольтметру на лицевой панели генератора и регулируется ручкой,расположенной под вольтметром), или двух–трех значенийпереключателя ―V/дел.‖Упражнение 2.Наблюдение фигур Лиссажу при сложении колебаний,происходящих в двух взаимно перпендикулярных направленияхПри подаче синусоидальных напряжений одновременно нагоризонтальные и вертикальные пластины трубки осциллографа лучбудет находиться под действием двух взаимно перпендикулярныхотклоняющих сил.

В зависимости от амплитуды, частоты и фазыподаваемых напряжений на экране осциллографа будут получатьсяразличные фигуры, называемые фигурами Лиссажу.ИПАV~6,3В (f=50Гц)ГЗ–106ЭОYРис. 6.18X291. Собрать схему, изображенную на рис.6.18. Переключатель―Разверт.Х‖ поставить в положение Х.2. Изменяя частоту сигнала звукового генератора, получить изарисовать фигуры Лиссажу при соотношении частот 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3, 2 : 3.3. Соотношение частот можно определить как по шкале генератора,так и по виду фигуры. Отношение частот колебаний равно отношениючисла касаний фигуры с прямой, параллельной оси Х и с прямой,параллельной оси Y.4.

Результаты измерений и рисунки поместить в табл.6.65. Отключить установку от сети.Таблица 6.6ЧастотазвуковогогенератораГцСоотношениечастот, определенное повиду фигуры ЛиссажуВидфигурыЛиссажу5010015075Контрольные вопросы1. Назовите основные элементы осциллографа.2. Электронно-лучевая трубка осциллографа.3. Как в осциллографе происходит фокусировка электронного пучка?4.