Описание экспериментальной установки

Электрическая схема установки, с помощью которой проводится изучение вынужденных колебаний и резонанса в цепи переменного тока, приведена на рис. 2. В установке используются генератор сигналов звуковой частоты Г3-36, цифровой вольтметр (имеющий большое внутреннее сопротивление), миллиамперметр (А) на 50 - 100 мА, магазин сопротивлений (R), катушка (L) на 220 В от разборного трансформатора и конденсатор (C) на 0,25 мкФ.

Рис. 2

Используемый в работе миллиамперметр имеет индуктивность, сравнимую с индуктивностью катушки. (Ее значение указано на лицевой панели прибора). Поэтому следует миллиамперметр расположить в цепи рядом с катушкой, и при измерении напряжения на индуктивности подключать вольтметр к точкам 3 и 4 (см. рис. 2). Заметим также, что индуктивность в измерительной системе миллиамперметра зависит от того, на какой предел измерения он установлен. Поэтому в процессе работы переключать пределы измерения прибора не следует.

Измерения и обработка результатов

1. Исследуйте зависимость силы тока I в цепи от частоты v при сопротивлении R = 20 Ом. Частоту изменяйте в пределах от 100 до 2000 Гц с шагом 100, а в области резонанса – 50 Гц. При этом следите за тем, чтобы напряжение на клеммах генератора оставалось неизменным. При необходимости корректируйте его рукояткой «рег.вых». Результаты измерений запишите в табл. 1.

Таблица 1

v

I

Определите резонансную частоту колебательного контура v_р.

2. В условиях резонанса измерьте с помощью цифрового вольтметра напряжение на клеммах генератора (U), на активной нагрузке (U_R), индуктивности (U_L), конденсаторе (U_C), а также на участке цепи, включающем катушку и конденсатор (U_LC).

Проведите измерения указанных напряжений в условиях, когда частота колебаний v существенно меньше и существенно больше резонансной частоты v_р. Результаты измерений занесите в табл. 2:

Таблица 2

№	vр	v	U	UR	UL	UC	ULC
1
2
3

Словесно опишите и объясните полученные результаты измерений.

3. Исследуйте зависимость силы тока I в цепи от частоты v при сопротивлении R = 200 Ом.

4. Постройте на одной плоскости графики зависимости I от v при R = 20 Ом и R = 200 Ом. Какие выводы можно сделать из полученных графиков? Как изменилась ширина Δν резонансной линии при увеличении активного сопротивления колебательного контура? (Ширина резонансной линии определяется как разность частот, при которых сила тока составляет 0,7 от силы тока при резонансе).

Оцените добротность Q колебательного контура при R = 20 Ом и R = 200 Ом, используя формулу .

5. Подключите к конденсатору последовательно или параллельно другой конденсатор известной емкости. Определите резонансную частоту колебательного контура в новых условиях. Соответствует ли изменение резонансной частоты формуле ?