Реферат Курсовая Конспект
ВИВЧЕННЯ БУДОВИ І ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРІВ З ЕЛЕКТРОННИМ ОСЦИЛОГРАФОМ - раздел Образование, Міністерство Освіти Та Науки України Житомирський Державний Технолог...
|
Міністерство освіти та науки України
Житомирський державний технологічний
університет
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання лабораторних робіт з
розділів фізики “Електромагнетизм”,
“Коливання та хвилі”, “Оптика”
Житомир 2007
Лабораторна робота № 26
ВИВЧЕННЯ БУДОВИ І ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРІВ З ЕЛЕКТРОННИМ ОСЦИЛОГРАФОМ
Мета роботи: вивчити будову і принципи дії електронного осцилографа, провести основні виміри з допомогою осцилографа.
Прилади та обладнання: два електронних осцилографа з інструкціями до них, електронно-променева трубка від осцилографа, вольтметр змінного струму, реостат, магазин опорів, набір невідомих опорів, звуковий генератор, джерело постійного та змінного струмів, конденсатор.
Будова електронного осцилографа безпосередньо вивчається студентами з використанням макета елекронно-променевої трубки, інструкції до осцилографа, його блок схеми. Ця частина роботи частково (теоретично) виконується вдома, а практична частина безпосередньо при роботі з приладами та макетами – в лабораторії. При цьому студент повинен вивчити:
1) будову, призначення і принцип роботи елекронно-променевої трубки з різними системами керуванням рухом електронного променя;
2) призначення генератора розгортки та синхронізуючого пристрою, режими їх функціонування та форми вихідних сигналів;
3) призначення підсилювачів та ослаблювачів напруги.
Порядок виконання роботи.
Завдання 1. Визначення чутливості елекронно-променевого осцилографа по осям X та Y.
Підготовити осцилограф до роботи. Перемістити світну точку в центр екрана.
Примітка. Дуже яскраву нерухому точку не рекомендується тримати на екрані тривалий час, тому що попадання електронів в одне й те саме місце екрана приводить до його вигорання.
Зміна відхилення променя в міліметрах, яке виникає при зміні напруги на відхиляючих пластинах на один вольт, називається диференційною чутливістю трубки.
Для експериментального визначення чутливості осцилографа необхідно скласти таке електричне коло (рис.26.1).
Рис.26.1.
4, 5 – клеми осцилографа пластин X, Y.
Через подільник напруги з мережі змінного струму подати напругу на вертикально відхиляючі пластини. Значення напруги при цьому контролюється вольтметром змінного струму. При вимкненому генераторі розгортки на екрані осцилографа з’явиться вертикальна лінія.
Виміряти довжину світної лінії. Оскільки вольтметри змінного струму вимірюють ефективні значення напруги, а осцилограф – амплітудні U0, причому довжина лінії пропорційна подвійному значенню амплітуди, то чутливість трубки осцилографа знаходиться за формулою:
(26.1) |
де l – довжина світної лінії на екрані в мм.
Виміри проводять для кількох напруг, які задає викладач (мінімум 4 виміри).
Після цього вимикають струм, перемикають клеми 4 і 5 на горизонтально відхиляючі пластини і проводять, увімкнувши струм, виміри в тій же послідовності, що й для вертикально відхиляючих пластин. Результати заносять до табл.1, табл.2.
Для розрахунку чутливості осцилографа по експериментальним даним використаємо метод найменших квадратів. Згідно з цим методом шуканий параметр знаходиться з умови мінімуму наступної функції:
де – кількість виконаних вимірів відхилення променя при поданій напрузі . Мінімум приведеного функціоналу досягається коли
Розв’язання останнього рівняння відносно приводить до наступної формули для розрахунку середньої чутливості електронно-променевої трубки по відповідним осям:
Результати розрахунку середньої чутливості по координатним осям Х і Y зводяться до табл.1, табл.2.
Таблиця 1
№ п/п | Напруга, що подається на входи осцилографа ,В | Довжина лінії вздовж відповідної осі Х,мм | , | , | Чутливість трубки по відповідній осі,мм/В |
… |
Таблиця 2
№ п/п | Напруга, що подається на входи осцилографа, В | Довжина лінії вздовж відповідної осі Y, мм | , | , | Чутливість трубки по відповідній осі, мм/В |
… |
По відомим параметрам та з врахуванням експериментальних даних , будуються графіки по відповідним осям.
Завдання 2. Дослідження з допомогою осцилографа синусоїдної напруги.
Якщо на клеми вертикально відхиляючих пластин подати невідому змінну напругу, то по довжині вертикальної лінії на екрані, знаючи чутливість електронно-променевої трубки, можна знайти значення цієї напруги. Таким чином, осцилограф можна використати як вольтметр.
Для виконання завдання потрібно перемалювати з екрана осцилографа синусоїду, використовуючи шкалу на екрані.
Якщо розгортку не вимикають, то під час розрахунків замість l беруть подвійну амплітуду синусоїди. По формулі (26.1) розрахувати максимальне і ефективне значення напруги.
Завдання 3. Спостереження на екрані осцилографа форми сигналу напруги генератора розгортки.
1. Ввімкнути другий осцилограф у мережу.
2. На вхід “У” другого осцилографа подати напругу генератора розгортки першого осцилографа. Ця напруга береться з позначених клем на бічній панелі осцилографа.
3. На екрані другого осцилографа одержати стійке зображення сигналу.
4. Зарисувати форму кривої напруги розгортки, використовуючи шкалу на екрані, та виміряти частоту сигналу.
Лабораторна робота №27
Лабораторна робота №29
ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛА ЗМІННОГО СТРУМУ З ІНДУКТИВНІСТЮ
Мета роботи: визначити індуктивність котушок, активний і реактивний опір кола з індуктивністю.
Прилади та обладнання: монтажна плата з котушками індуктивності, звуковий генератор, вольтметр, міліамперметр.
Розглянемо електричне коло, що складається з послідовно ввімкнених резистора R, котушки індуктивності L та джерела змінного струму з частотою ν (рис. 29.1).
Рис.29.1.
Згідно з другим законом Кірхгофа алгебраїчна сума спадів напруг на окремих опорах замкнутого електричного контура має дорівнювати алгебраїчній сумі ЕРС, діючих у цьому контурі:
(29.1) |
де IR – спад напруги на резисторі; – ЕРС самоіндукції котушки; – ЕРС джерела; – циклічна частота; L – коефіцієнт самоіндукції (індуктивність) котушки.
Розв’язком рівняння (29.1) є залежність сили струму І від часу t
(29.2) |
причому
(29.3) |
(29.4) |
Вираз (29.3) – закон Ома для кола змінного струму, що містить індуктивність. Із нього витікає, що елементи кола, які містять індуктивність, впливають на амплітуду змінного струму I0 в колі, тобто чинять опір змінному струму. Величину називають реактивним індуктивним опором, а R – активним. Очевидно, при і (29.3) переходить у закон Ома для постійного струму:
(29.5) |
де
Перепишемо (29.3) у вигляді
(29.6) |
При формула (29.6) визначає залежність між I0 і . Позначимо , . Після підстановки в (29.6) отримаємо:
(29.7) |
лінійну залежність . Графіком такої залежності є пряма (рис.29.2). Із рис.29.2 та формули (29.7) видно, що при . Тому
(29.8) |
Згідно з геометричним змістом похідної , звідки
(29.9) |
(29.10) |
Рис.29.2. Рис.29.3.
Описання установки
Електрична схема лабораторної установки показана на рис.29.3. Як джерело змінного струму використовують звуковий генератор. Роль резистора відіграє активний опір провідника, з якого виготовлена котушка. Вольтметр і міліамперметр використовують для визначення напруги на котушці і сили струму в колі. Оскільки котушка є єдиним споживачем струму, можна покласти , де – напруга на котушці. При цьому варто пам’ятати, що вимірювальні прилади реєструють ефективні значення сили струму та напруги, які пов’язані з амплітудними значеннями співвідношеннями
(29.11) |
На монтажній платі закріплені дві котушки, причому передбачена можливість ввімкнення котушок в коло почергово чи одночасно (паралельно чи послідовно).
Порядок виконання роботи
1. Зібрати схему (рис.29.3), використовуючи одну з котушок.
2. Ввімкнути звуковий генератор і встановити напругу на котушці, задану викладачем.
3. Для кожної напруги почергово виставити задані викладачем частоти і заміряти силу струму при кожній частоті. За даними вимірів обчислити x i y. Результати вимірювань і обчислень занести в таблицю.
4. Згідно із здобутими даними побудувати графік залежності . Продовжуючи графік в сторону зменшення x до перетину осі y (рис.29.2), визначають R, L та за формулами (29.8) – (29.10). Результати обчислень занести в таблицю.
5. Провести аналогічні вимірювання і обчислення для другої котушки, а також для їх послідовного та паралельного сполучень. Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю.
Лабораторна робота №30
ПОБУДОВА КРИВОЇ НАМАГНІЧУВАННЯ І СПОСТЕРЕЖЕННЯ ПЕТЛІ ГІСТЕРЕЗІСУ ФЕРОМАГНЕТИКІВ У ЗМІННИХ МАГНІТНИХ ПОЛЯХ
Мета роботи: вивчити магнітні властивості феромагнетиків за допомогою осцилографа.
Прилади та обладнання: осцилограф, конденсатор, магазин опорів, реостат, тороїд з осердям з феромагнетика, провідники.
Лабораторна робота № 31
ЗАТУХАЮЧІ КОЛИВАННЯ В КОНТУРІ
Мета роботи – дослідити залежність характеристик затухаючих коливань від параметрів електричного контуру та освоїти методику використання осцилографа для вимірювань цих характеристик.
Прилади та пристрої: панель зі змонтованим контуром, осцилограф, з’єднувальні провідники.
Лабораторна робота №32
ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ В КОНТУРІ
Мета роботи -вивчити явище резонансу в електричному контурі.
Прилади та пристрої: конденсатор, котушка індуктивності, набір опорів, ламповий вольтметр, генератор стандартних сигналів.
Лабораторна робота №33
Лабораторна робота №34
ДОСЛІДЖЕННЯ ПОПЕРЕЧНИХ ХВИЛЬ В ШНУРІ
Мета роботи – визначити експериментально швидкість поширення поперечних хвиль у шнурі і порівняти отримані результати з теоретичними.
Прилади та пристрої: установка для визначення швидкості поширення поперечних хвиль у шнурі, звуковий генератор електричних коливань, важки.
Короткі теоретичні відомості
Швидкість поширення поперечних хвиль у шнурі можна визначити експериментально, виходячи з формули:
(34.1) |
де – довжина хвилі; – частота коливань генератора (ці величини знаходять під час проведення експерименту).
З іншого боку, теоретичні розрахунки приводять до такого виразу для швидкості хвиль у шнурі:
(34.2) |
де Т – натяг шнура; – його лінійна густина (її значення слід брати у керівника робіт, оскільки ця величина міняється щораз зі зміною зношеного шнурка).
Опис установки
Рис.34.1 |
Установка для проведення експерименту (рис.34.1) включає в себе генератор електричних коливань 1, що здійснює незатухаючі коливання з допомогою електромагніта 4.
До електромагніта кріпиться один кінець шнура, другий кінець якого з'єднаний з чашечкою 2 під важки. Поруч зі шнуром розташована лінійка з ковзаючими покажчиками 3. Довжину шнура, що бере участь у хвильовому процесі, можна міняти, переміщуючи гвинтом з маховиком 5 гніздо 6, через яке пропущено шнур.
Лабораторна робота №35
ПОШИРЕННЯ ЗВУКУ В ПОВІТРІ
Мета роботи – визначити швидкість звуку в повітрі методом резонансу.
Прилади і пристрої: трубка з рухомим поршнем, звуковий генератор з телефоном, вимірювальна лінійка, ламповий вольтметр (або осцилограф).
Лабораторна робота № 39
ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ СВІТЛА
НА ПРИКЛАДІ КІЛЕЦЬ НЬЮТОНА
Мета роботи: вивчити явище інтерференції світла в тонких плівках змінної товщини; експериментально визначити довжину хвилі світла за допомогою кілець Ньютона.
Обладнання: система плоско-опукла лінза – плоско-паралельна пластинка, інструментальний мікроскоп, освітлювач, набір світлофільтрів.
Описання установки
Для вимірювання діаметрів кілець Ньютона використовується інструментальний мікроскоп, в окулярі якого знаходиться візир (перехрестя ниток). Столик мікроскопа можна переміщувати горизонтально у двох взаємно перпендикулярних напрямках за допомогою мікрометричних гвинтів. На столику мікроскопа розміщена плоско-опукла лінза, яка опуклою стороною лежить на плоско-паралельній пластинці.
Додаткове завдання
1. Дослідити, міняючи світлофільтри, як залежить діаметр кільця від довжини хвилі.
2. Провести спостереження кілець Ньютона при освітленні установки складним білим світлом.
3. Теоретично розраховувати радіуси світлих кілець Ньютона для випадку, коли в установці плоско-паралельна пластинка змінена плоско-опуклою лінзою (такою самою, як і перша). Лінзи дотикаються опуклими поверхнями, а осі їх збігаються.
Лабораторна робота № 41
ВИВЧЕННЯ ЯВИЩА ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА
Мета роботи – вивчити явище дифракції світла за допомогою дифракціної решітки.
Обладнання: гоніометр, дифракційна решітка, освітлювач, світлофільтри.
Описання установки
На нерухомій платформі 9 встановлено дифракційну решітку 3 з періодом d = 0,01 мм (решітку можна побачити, знявши кришку корпуса 2), освітлювач 1 зі світлофільтром 8, коліматор зі щілиною 7. Для спостереження дифракційної картини слугує сектор 5 з матовим екраном, що повертається навколо вертикальної осі гвинтом 6. Кут повороту відраховується за кутомірною шкалою з ноніусом 4.
Рис.41.2.
Контрольні запитання
1а. Чим відрізняється дифракція Фраунгофера від дифракції Френеля?
2а. Вивести формулу для дифракційного максимуму.
1б. Чим відрізняються головні і вторинні дифракційні максимуми, одержані за допомогою дифракційної решітки.
2б. Яке найбільше число спектрів можна отримати за допомогою даної дифракційної решітки?
3б. Чому дорівнює роздільна здатність даної дифракційної решітки?
[1,3]
Варіант | ||||||||||
Номер задачі [11] | 31-10 | 31-11 | 31-13 | 31-15 | 31-16 | 31-17 | 31-19 | 31-18 | 31-20 | 31-10 |
Лабораторна робота № 42
ПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ МАЛЮСА
Мета роботи – вивчити явище поляризації світла і перевірити закон Малюса.
Обладнання: поляроїди, джерело світла, фотоелемент, гальванометр.
Додаток
Таблиця 1
Десяткові приставки до назв одиниць
Г – гіга | г – гекто | мк – мікро |
М – мега | с – санти | н – нано |
к – кіло | м – мілі | п – піко |
Таблиця 3
Робота виходу електронів із металу
Метал | Робота виходу,еВ | Метал | Робота виходу,еВ |
Алюміній | 4,25 | Нікель | 4,84 |
Натрій | 2,27 | Цинк | 3,47 |
Вольфрам | 4,50 | Вісмут | 4,62 |
Мідь | 4,47 | Срібло | 4,28 |
Таблиця 4
Відносні діелектричні проникності
Діелектрик | Діелектрик | ||
Вода | Повітря | 1,00058 | |
Плексиглаз | 3,5 | Слюда | 7,0 |
Поліетилен | 2,3 | Скло | 6,0 |
Спирт | 2,6 | Фарфор | 6,0 |
Таблиця 5
Електричні властивості металів
Метал | Питомий опір, | Постійна Холла, |
Алюміній | 2,69 | -0,33 |
Вольфрам | 5,5 | +1,1 |
Золото | 2,2 | -0,7 |
Мідь | 1,67 | -0,53 |
Платина | 10,5 | -1,27 |
Срібло | 1,6 | -0,9 |
Таблиця 6
Наближені значення довжин хвиль світла, що відповідають основним спектральним кольорам.
Основний колір | Довжина хвилі,нм |
червоний | |
оранжевий | |
жовтий | |
зелений | |
блакитний | |
синій | |
фіолетовий |
Таблиця 8
Показники заломлення
Алмаз | 2,42 | Сірковуглець | 1,63 |
Вода | 1,33 | Скіпідар | 1,48 |
Лід | 1,31 | Скло | 1,5…1,9 |
Повітря | 1,00029 |
– Конец работы –
Используемые теги: вивчення, будови, проведення, вимірів, електронним, осцилографом0.09
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ВИВЧЕННЯ БУДОВИ І ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРІВ З ЕЛЕКТРОННИМ ОСЦИЛОГРАФОМ
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов