- •Оглавление
- •Предисловие
- •Рекомендации преподавателям
- •Указания студентам
- •I. Электрическое поле и постоянный электрический ток. Лабораторная работа № 2.1 исследование электростатического поля методом зонда
- •1. Электростатическое поле и его характеристики
- •2. Изучение электростатических полей, созданных системой проводящих электродов
- •3. Изучение свойств электрического тока в изотропной среде
- •4 . Экспериментальные установки
- •5. Опытное определение эквипотенциальных точек и построение эквипотенциальных линий
- •6. Изучение электрических полей, созданных точечными и равномерно распределенными зарядами, с помощью электронного учебника «Открытая физика» и математического пакета Maple
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2 закон ома и правила кирхгофа для разветвленных цепей
- •1. Закон Ома
- •2. Правила Кирхгофа
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Проверка закона Ома для участка цепи и измерение внутренних сопротивлений источников тока
- •5.Нахождение токов в разветвленной цепи
- •6.Изучение темы «Правила Кирхгофа для разветвленных цепей» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.3 Температурная зависимость сопротивления проводников и полупроводников
- •1. Электропроводность металлов
- •2.Электропроводность полупроводников
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Определение зависимости сопротивлений проводника и термистора от температуры
- •5. Вычисление энергии активации полупроводника
- •6. Изучение электропроводности твердых тел с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4 релаксационный генератор на основе тиратрона
- •1. Тлеющий разряд в газах
- •2. Газоразрядные приборы
- •3. Релаксационный генератор на основе тиратрона
- •4. Экспериментальная установка
- •5. Измерение потенциала зажигания и гашения тиратрона
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний секундомером
- •6. Измерение периода релаксационных колебаний с помощью осциллографа
- •7. Измерение емкости батареи конденсаторов
- •8. Изучение квазистационарных процессов в rc-цепях с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •II. Магнитное поле. Лабораторная работа № 2.5 магнитное поле кругового тока
- •1. Закон Био-Савара-Лапласса и его применение для определения индукции магнитного поля кругового тока
- •2. Магнитное поле Земли
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Измерение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли
- •5. Проверка закона Био-Савара-Лапласса
- •6. Изучение силовых линий магнитного поля с помощью пакета программ «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.6 определение удельного заряда электрона
- •1. Сила Лоренца
- •2. Краткое описание тетрода 6э5п
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Методика определения удельного заряда электрона
- •5. Измерение удельного заряда электрона
- •6. Работа с компьютерной моделью движения заряда в магнитном поле
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.7 эффект холла
- •1. Эффект Холла и его теоретическое обоснование
- •2 Датчики Холла
- •3. Экспериментальная установка
- •4. Градуировка датчика
- •5. Измерение индукции магнитного поля вдоль оси соленоида
- •6. Определение параметров датчика
- •Контрольные вопросы
- •III. Колебания и волны. Лабораторная работа № 2.8 Свободные механические колебания
- •1. Изучение гармонических колебаний математического и физического маятников
- •2. Ангармонические колебания физического маятника
- •3. Затухающие колебания физического маятника
- •4. Измерение периода малых колебаний математического маятника и определение ускорения свободного падения
- •5. Определение зависимости периода колебания физического маятника от амплитуды
- •6. Исследование затухающих колебаний.
- •7. Изучение темы «Свободные колебания математического маятника» с помощью программы «Открытая физика»
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.9 изучение электронного осциллографа
- •1. Электронный осциллограф
- •2. Сложение двух колебаний одного направления и одинаковых или близких частот
- •3. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний
- •4. Использование осциллографа
- •5. Схема экспериментальной установки
- •6. Подготовка электронного осциллографа к работе
- •7. Измерение амплитуды, периода и частоты синусоидальных колебаний
- •8. Измерение периода биений
- •9. Определение сдвига фаз двух гармонических взаимно-перпендикулярных колебаний одинаковой частоты
- •10. Определения частоты колебаний по заданной частоте
- •11. Изучение квазистационарных процессов в rlc-цепях с помощью пакета программ “Открытая физика”
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.10 Закон Ома для цепей переменного тока
- •1. Цепи переменного тока (краткая теория)
- •2. Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2. 11 стояЧие волны и определение скорости звука в воздухе
- •1. Звуковые волны
- •2. Звуковые волны в газах
- •3. Стоячие волны
- •3. Описание экспериментальной установки и выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •ПриложениЕ I. Таблицы физических величин
- •Диэлектрическая проницаемость
- •ПриложениЕ II. Некоторые сведения о единицах физических величин
- •Основные и производные единицы электрических и магнитных величин в си
- •Коэффициенты перевода внесистемных единиц в единицы си
- •Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Греческий алфавит
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Электромагнетизм, колебания и волны Учебное пособие для выполнения лабораторных работ
- •428000, Г. Чебоксары, ул. П. Лумумба, 8
3. Релаксационный генератор на основе тиратрона
Для поддержания тлеющего разряда в тиратроне необходимо некоторое напряжение Uг между катодом и сеткой. Во время разряда через лампу идет большой ток и ее электрическое сопротивление мало. Если напряжение между катодом и сеткой станет меньше некоторого напряжения гашения, то тлеющий разряд гаснет, ток уменьшается почти до нуля, а сопротивление лампы становится очень большим. Фактически это означает размыкание цепи на промежутке катод-сетка. На основе таких газоразрядных приборов можно сконструировать специфические генераторы электрических колебаний - релаксационные генераторы. Рассмотрим принцип работы такого генератора (рис. 4.4). При включении ключа К напряжение на ёмкости С равно Uc =0, так как конденсатор не может сразу зарядиться. Первоначально все напряжение приложено к сопротивлению R. Ток, протекающий по этому сопротивлению, заряжает конденсатор до напряжения зажигания разряда на промежутке катод-сетка тиратрона. Лампа зажигается и сопротивление ее уменьшается, через лампу конденсатор разряжается. Разряд конденсатора происходит до напряжения , цепь на промежутке катод-сетка тиратрона размыкается. После этого конденсатор снова начинает заряжаться и процесс повторяется (рис. 4.5).
Рис 4.4. Схема релаксационного генератора на основе тиратрона
Рис. 4.5.Пилообразное напряжение
Определим период колебания такого генератора. Так как напряжение на конденсаторе С: , а ток, протекающий по сопротивлению R: , то из второго правила Кирхгофа имеем:
. (4.2)
Интегрируя уравнение (4.2), получим аналитическое выражение
. (4.3)
Деля левую и правую части (4.3) на С, получим:
. (4.4)
Так как разряд конденсатора через неоновую лампу происходит почти мгновенно, то за период Т конденсатор зарядится от до .
Тогда:
. (4.5)
Из (4.5) можно получить формулу для расчёта периода Т:
. (4.6)
Примечание: дифференциальное уравнение (4.2) может быть решено с помощью математической системы MathCAD. Результат решения этого уравнения в системе MathCAD показан ниже.
Рис. 4.6. Пример решения с помощью математической системы MathCAD
4. Экспериментальная установка
Экспериментальная установка собрана по схеме, показанной на рис.4.7. Используя разъёмы А и В, на установке могут быть собраны две схемы:
1. Схема определения потенциала гашения и зажигания (цепь собирается с помощью соединительного провода 3;
2. Схема релаксационного генератора (цепь собирается с помощью соединительных проводов 1 и 2).
На стенде также имеется электрический секундомер, с помощью которого можно определить период колебания практически Тп
, (4.7)
где N – число колебаний, t – время N колебаний. При достаточно высокой частоте колебаний можно выбрать N = 10, при низкой частоте колебаний N=3-5 колебаний.
Рис.4.7. Схема экспериментальной установки
Параметры схемы приведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Сопротивления |
Емкости |
||
№ |
R, кОм |
№ |
C, мкФ |
1 |
отсутствует |
1 |
отсутствует |
2 |
100 |
2 |
0,2 |
3 |
202 |
3 |
1,15 |
4 |
305 |
4 |
2 |
5 |
395 |
5 |
5 |
6 |
517 |
6 |
10 |
7 |
679 |
7 |
20 |
8 |
902 |
|
|