Работа №12 Демонстрационный эксперимент при изучении электромагнитных колебаний

Цель работы:

• изучить содержание и методику изучении темы;

• изучить основные приборы, использующиеся при проведении демонстраций по теме;

• овладеть техникой и методикой основных демонстраций по теме.

При подготовке к работе следует:

• изучить основное содержание темы по учебнику «Физика-11», проанализировать поурочное планирование;

• познакомиться с экспериментом, предлагаемом в учебнике;

Перед выполнение работы необходимо знать:

• как классифицируют колебания по способу возбуждения колебаний;

• как классифицируют колебания по зависимости, характерной величины от времени;

• какие величины характеризуют гармонические колебания;

• что характеризует циклическая частота;

• основные закономерности свободных, вынужденных и автоколебаний.

Опыт 1. Изучение свободных электрических колебаний

С вободные электрические колебания можно наблюдать с помощью установки, собранной по схеме:

ЭО - осциллограф

БК - батарея конденсаторов

K - конденсатор на 1 мкФ

L - катушка на 220 В

R - реостат на 30 Ом

Конденсатор емкостью 1 мкф подсоединяют к верхнему гнезду “X” на задней панели осциллографа. В этом опыте нужно подобрать емкость БК, при которой на экране ЭО получается несколько синусоид. Картина будет устойчивой при подборе частоты развертки ручкой “Частота плавно”.

Какими являются свободные колебания по характеру зависимости U_L от времени?

Какие величины, характеризующие колебания, можно показать на осциллограмме?

При изучении закономерностей свободных колебаний, можно воспользоваться установкой, описанной в опыте 97 (15). Установите:

Зависимость амплитуды колебаний от начального запаса энергии. Энергия, передаваемая колебательному контуру при зарядке конденсатора, вычисляется по формуле W = CU²/2. Что целесообразно изменять в опыте, чтобы установить указанную закономерность?

Зависит ли период Т от амплитуды колебаний?

Проверьте качественно зависимость периода колебаний Т от параметров контура.

Изменение периода	Увеличение		Уменьшение
	Емкости	Индуктивности	Емкости	Индуктивности
(< или >)

Опыт 2. Изучение электрических автоколебаний

Н аблюдать электрические автоко­лебания можно на установке, собранной по следующей схеме:

VT1-транзистор типа МП41, L-дроссельная катушка на 1200 Lос-катушка от тран­с­форматора 220 В Ср-конденсатор разделительный 1 мкФ

R2-резистор 75 кОм R1-резистор 1,5 кОм С-батарея конденсаторов БП-блок питания

В этой цепи разделительный конденсатор необходим для того, чтобы база и эмиттер транзистора не соединялись электрически друг с другом через катушку обратной связи. Этот конденсатор не препятствует возникновению в цепи базы переменного индукционного тока. Наибольшие изменения силы тока в цепи базы приводят к значительным изменениям силы тока в цепи коллектора. Если фаза колебаний коллекторного тока подобрана правильно, колебания в колебательном контуре становятся незатухающими.

Внимание! Роль конденсатора С колебательного контура выполняет демонстрационная батарея конденсаторов, ее электроемкость не должна превышать 4 мкФ, иначе обратная связь может стать недостаточной и колебания сорвутся. Напряжение источника питания должно быть хорошо сглажено. Если применяются выпрямитель ВС-4-12 или ВС-24м без сглаживающего фильтра, к его выходным клеммам надо подключить электролитический конденсатор электроемкостью не менее 10 мкФ. Напряжение выше 6 В применять не рекомендуется, т.к. может исказиться форма генерируемого сигнала. В данной схеме в качестве источника используется блок питания (клеммы стабилизированного напряжения).

Задания:

• Покажите, что автоколебания являются незатухающими.

• Проверьте условия работы автогенератора:

• измените полярность (фазу) обратной связи, поменяв провода на L_ос местами;

• измените связь L_ос и L, перемещая L_ос вдоль сердечника вверх и, тем самым, увеличивая расстояние между катушками.

Опишите результаты

• Изучите закономерности автоколебаний на той же установке:

• убедитесь в том, что частота автоколебаний зависит от L и С контура, изменяя емкость от 4 до 1 мкФ и неизменной индуктивности, а затем изменяя индуктивность ярмом при неизменной емкости 4 мкФ;

• убедитесь в том, что амплитуда колебаний зависит от параметров автоколебательной системы:

от напряжения источника (напряжение изменяйте поворотом регулятора “U_стаб”);

от связи L_ос и L;

от сопротивления колебательного контура (в колебательный контур включите реостат на 30 Ом, при изменении сопротивления реостата изменяется амплитуда. Опишите результаты

Опыт 3. Изучение вынужденных электрических колебаний

Наблюдать вынужденные электрические колебания при действии периодической ЭДС можно с помощью модели генератора переменного тока, к клеммам которого подключают гальванометр от вольтметра, защищенного дополнительным сопротивлением на 5 В. Стрелку гальванометра устанавливают посередине шкалы, вращая ротор генератора рукой, наблюдают отклонения стрелки вправо, влево от “0”, что свидетельствует об изменении направления тока в цепи. R в этой схеме — дополнительное сопротивление к вольтметру на 5 В.

2. При изучении закономерностей вынужденных колебаний, соберите цепь по схеме:

Б К - батарея конденсаторов 2 мкФ, L - катушка на 12 В от трансформатора на сердечнике без ярма, R - реостат 30 Ом

• Проверьте зависимость частоты вынужденных колебаний от частоты приложенного напряжения. Частоту генератора изменяйте от 5500 Гц до 15000 Гц. На лицевой панели электронного осциллографа нажать клавиши: Усилитель “I : 30”, Развертка, “3”. Опишите результаты опытов

Автоколебания. Прочитайте параграф учебника и заполните таблицу

Виды автокол-й системы	Пример системы	Источник энергии	Регулирующее устройство	Колеб-я система	Обратная связь
Механическая
Электромаг-нитная