2. Дослідження явища резонансу напруг

Встановити параметри послідовного контура відповідно до табл.2, використавши в якості змінні опори, ємність та індуктивність з блоків змінних величин. Підтримуючи напругу на вході постійною, виміряти й занести в табл.4 величини I, , , для вказаних значень частоти (в діапазоні 0,5÷7,5 кГц).

Обробка експериментальних даних

1. За даними табл.3 побудувати векторну діаграму досліджуваного кола методом зарубок (рис.3). З діаграми визначити активну і реактивну , складові напруги на котушці , побудувати трикутник напруг на котушці. Обчислити параметри котушки і побудувати трикутник опорів котушки. Результати занести до табл.5.

Таблиця 1 Таблиця 2

Номер стенда	U, В	f, кГц	R, Ом	L, мГн	C, мкФ	RК, Ом	Номер стенда	U, В	R1, Ом	L, мГн	, мкФ
1	10	2	44	4	0,72	6	1	10	44	4	0,72
2	7	2,5	29	4	0,72	6	2	12	54	4	0,54
3	12	5	54	4	0,52	6	3	7	27	5	0,26
4	7	4	27	5	0,25	8	4	7	26	6	0,22
5	14	5,5	62	5	0,25	8	5	6	32	5	0,21
6	7	3	26	6	0,21	9	6	7	26	6	0,28
7	6	4	32	5	0,2	8	7	9	55	3	0,55
8	9	6	55	3	0,53	5	8	12	75	3	0,36
9	12	7	75	3	0,34	5	9	10	41	6	0,5
10	10	2,5	41	6	0,47	9	10	9	52	5	0,58
11	10	5	42	5	0,42	8	11	9	49	8	0,27
12	9	6,5	52	5	0,56	8	12	8	44	4	0,31
13	9	3	49	8	0,26	11	13	8	41	6,5	0,25
14	8	2	41	6,5	0,24	9	14	9	36	6	0,18

Таблиця 3

I, мА	, В	, В	, В	, град

Таблиця 4

f, кГц	I, мА	, В	, В	, В	град
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5

Таблиця 5

, Ом	, Ом	, мГ	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, мкФ	, Вт	ВАР	, ВА

2. Визначити з діаграми активну і реактивну складові напруги на вході, побудувати трикутник напруг всього кола. Використовуючи вирази: (20), обчислити і занести до табл.5 величини активного R, реактивного Х і повного опора кола.

3. За виразами обчислити і занести до табл.5 величини активної , реактивної і повної потужності кола.

4. Використовуючи вираз , визначити і занести до табл.5 величину ємності .

5. Відповідно до рівняння (7) обчислити величину кута зсуву фаз між напругою і струмом . Прийнявши початкову фазу струму , обчислити і записати вирази:

- комплексів струму , напруги в досліджуваному колі;

- миттєвих значень струму і напруги ;

- комплексу повної потужності в показовій та алгебраїчній формах.

6. За даними табл.4 побудувати резонансні криві За графіками визначити величини і відповідні їм частоти . Побудувати також фазочастотну характеристику , використавши вираз (7). Занести величини для кожної кутової частоти до табл.4.

Висновки

За результатами роботи зробити висновки:

Контрольні запитання

1. Що називається резонансом напруг?

2. В яких колах виникає резонанс напруг?

3. Умови резонансу напруг.

4. Що таке хвильовий опір?

5. Дати пояснення згасанню і добротність контуру.

6. Дати визначення який вигляд має векторна діаграма до, в момент та після резонансу напруг?

7. Які засоби досягнення резонансу напруг?

8. Записати закон Ома для схеми з R, L, C у різних режимах роботи.

9. Як визначається потужність кола у різних режимах роботи?

Лабораторна робота №3

Тема. Побудова зображення предмета за допомогою лінзи.

Мета роботи: ознайомитись із методами визначення фокусних відстаней збиральної і розсіювальної лінз та побудовою зображення предметів.

Прилади і матеріали: двояковипукла збиральна лінза, двояковгнута розсіювальна лінза, світний предмет –електрична лампочка розжарення в непрозорому футлярі, який має виріз у вигляді стрілки , білий екран.

Теоретичні відомості.

Для отримання різного роду зображень в оптичних приладах широко використовують лінзи. Лінзою називають оптично прозоре тіло, що обмежене двома гладкими випуклими або вгнутими поверхнями (одна з них може бути плоскою).

Найчастіше поверхні лінз роблять сферичними, а саму лінзу виготовляють із спеціальних сортів скла, наприклад, флінтгласу, або інших речовин з відповідними показниками заломлення. Якщо відстань між обмежуючими поверхнями в центрі лінзи значно менша за радіуси їх кривизни, то така лінза називається тонкою. Лінза називається збиральною, якщо вона є товстіша до середини, і розсіювальною, коли – тонша до середини. Для тонких лінз справедливе співвідношення:

, (1)

де – відстань від оптичного центра лінзи до предмета ; – відстань від оптичного центра лінзи до зображення предмета; і – радіуси кривизни обмежуючих лінзу поверхонь (рис.1.3); – показник заломлення прозорого для світла матеріалу, з якого виготовлена лінза; – показник заломлення середовища, що оточує лінзу.

Пряму, яка проходить через центри і сферичних поверхонь, називають головною оптичною віссю лінзи.

Величини , , і – входять в (1) зі знаком “+” або “–“. У випадку, якщо яка – небудь із цих величин відкладається від оптичного центра лінзи в сторону, протилежну напрямку поширення світла, їй приписується знак “–“, в іншому випадку – знак “+”.

Якщо на збиральну лінзу направити пучок променів, паралельних до її головної оптичної осі, то після заломлення в лінзі вони зберуться в точці F, яка розташована на головній оптичній осі з другого боку лінзи (рис. 1.4,а). Точку називають головним фокусом лінзи. У розсіювальної лінзи промені після проходження лінзи поширюються розбіжним пучком, але таким чином, що їх продовження сходяться в точці F, зі сторони падаючого пучка (рис. 1.4,б).

В збиральній лінзі головний фокус є дійсним, а в розсіювальній − уявним. Кожна лінза має два головні фокуси, які розташовані симетрично відносно її оптичного центра . Відстань між головним фокусом лінзи та її оптичним центром називають фокусною відстанню лінзи.

Величина, яка обернена до фокусної відстані лінзи називається оптичною силою лінзи.

Одиницею вимірювання оптичної сили в системі СІ є діоптрія (дптр) − оптична сила такої лінзи, головна фокусна відстань якої дорівнює 1 м . Для тонких лінз фокусна відстань , оптична сила , відстані від лінзи до предмета і до зображення пов’язані співвідношенням, яке називають формулою тонкої лінзи:

(2)

Оптична сила збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної – від’ємною.

Зображення предмета в лінзі є сукупністю зображень окремих його точок. Тому для побудови зображення предмета досить знайти зображення його крайніх точок.

Типові випадки побудови зображень предмета АВ в збиральній лінзі, наведені на рис. 1.5.

• Відстань від предмета до лінзи є більшою ніж (рис. 1.5,а).

У цьому випадку предмет і його зображення знаходяться по різні боки лінзи, а відстань від лінзи до зображення є більшою від фокусної відстані і меншою ніж 2 . Зображення предмета буде дійсним, оберненим і зменшеним. В частковому випадку, якщо предмет знаходиться на нескінченно великій відстані від лінзи ( ), то його зображення буде у вигляді точки в головному фокусі лінзи (рис. 1.5,б).

• Відстань від предмета до лінзи дорівнює 2 (рис. 1.5,в).

Предмет і його зображення знаходяться по різні боки лінзи, а відстань . Тоді зображення предмета буде дійсним, оберненим і в натуральну величину.

• Відстань від предмета до лінзи є більшою від , але меншою від 2 (рис. 1.5,г).

Таке розташування предмета перед лінзою приводить до того, що предмет і його зображення знаходяться по різні боки лінзи, а відстань буде більшою від 2 . У цьому випадку зображення предмета буде дійсним, оберненим і збільшеним.

• Предмет знаходиться в головному фокусі лінзи, тобто (рис. 1.5,д).

Такий випадок приводить до того, що промені від кожної точки предмета після заломлення поширюються паралельними пучками. Це значить, що зображення предмета повинно бути нескінченно великим і на великій відстані від лінзи, що практично рівносильне відсутності зображення.

• Відстань від предмета до лінзи є меншою головної фокусної відстані (рис. 1.5,е). Зображення предмета буде уявним, прямим і збільшеним.

П обудова зображення предмета в розсіювальній лінзі, наведена на рис. 1.6. Розсіювальна лінза завжди дає уявне, зменшене і пряме зображення предмета. Відстань від зображення предмета до лінзи є завжди меншою ніж відстань від предмета до лінзи.

Лінійним збільшенням лінзи називають відношення висоти (ширини) зображення предмета до висоти (ширини) самого предмета

.

Лінійне збільшення лінзи можна подати і у такому вигляді

. (3)

Із останнього співвідношення випливає, що збільшеним буде лише зображення, яке заходиться далі від лінзи, ніж предмет.

Хід роботи.

1. Майже на кінцях оптичної лави розмістити світний предмет та білий екран і виміряти відстань між ними. Збиральна лінза повинна мати фокусну відстань таку, щоб виконувалася умова >4F .

2. Розмістити збиральну лінзу між світним предметом та екраном і, пересуваючи її, знайти спочатку перше чітке збільшене зображення стрілки на екрані та визначити положення лінзи.

3. Переміщати лінзу далі вздовж оптичної лави та знайти друге, чітке зменшене зображення світного предмета. Зафіксувати це положення лінзи за шкалою відліку оптичної лави та визначити відстань між двома фіксованими положеннями лінзи.

4. За формулою (1)

(1)

знайти фокусну відстань збиральної лінзи.

5. Повторити експеримент для 3 – 5 різних значень відстаней та визначити середнє значення для фокусної відстані збиральної лінзи.

6. Сумістити збиральну лінзу з розсіювальною лінзою та повторити аналогічні вимірювання й за формулою (2)

(2)

визначити фокусну відстань для суміщених лінз.

7. За формулою (3)

(3)

розрахувати значення фокусної відстані розсіювальної лінзи.

8. Визначити оптичну силу збиральної та розсіювальної лінз.

9. Результати вимірювань та обчислень записати в таблицю1.

Таблиця 1

Збиральна лінза
№ з/п
1
2
3
сер.
Розсіювальна лінза
№ з/п
1
2
3
сер.

Контрольні запитання

1. Запишіть і проаналізуйте формулу тонкої лінзи.

2. Що називається головним фокусом, головною та побічною оптичними вісями лінзи?

3. Які властивості середовища та матеріалу лінзи впливають на величину фокусної відстані лінзи?

4. Запишіть та поясніть формулу для оптичної сили суміщених тонких лінз.

5. З’ясуйте суть методу визначення фокусної відстані збиральної лінзи.

6. Які особливості методики розрахунку фокусної відстані розсіювальної лінзи?

7. Що називають лінійним збільшенням лінзи? Як визначити збільшення оптичної системи?

8. Побудуйте зображення для збиральної та розсіювальної лінз. (Розгляньте всі можливі випадки).