10

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

И.Н.ГОРБАТЫЙ

В.П. Романов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 01

ПРИОБРЕТЕНИЕ НАВЫКОВ РАБОТЫ С ГЕНЕРАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЛЬТМЕТРОМ И ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Лабораторный практикум по курсу общей физики

“ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ”

МОСКВА - 1999

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 01

ПРИОБРЕТЕНИЕ НАВЫКОВ РАБОТЫ С ГЕНЕРАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЛЬТМЕТРОМ И ОСЦИЛЛОГРАФОМ

О

R

Рис. 1. Схематическое изображение измерительной установки (V_G и V_R -вольтметры, Осц – осциллограф, C - конденсатор, R - резистор).

писание установки. Конденсатор и резистор соединены последовательно и подключены к генератору переменного напряжения. Один из вольтметров измеряет напряжение на выходе генератора, другой – на резисторе R. Электронный осциллограф позволяет наблюдать зависимость напряжения на резисторе от времени (рис.1).

Пояснения и рекомендации

1. Вольтметр V_G измеряет эффективное значение напряжения на

Генератор Г3-109 вырабатывает переменное напряжение с регулируемыми амплитудой U_m и частотой . Амплитуда U_m устанавливается ручкой «Регулировка выхода», частота  - переключателем «Множитель» и ручкой плавной регулировки частоты.

Многофункциональный вольтметр В7-37 может измерять напряжения постоянного и переменного тока, а также электрическое сопротивление. В данной работе используется режим измерения переменного напряжения. При этом вольтметр показывает эффективное значение переменного напряжения , которое связано с амплитудой U_m соотношением

.

После нажатия кнопки, соответствующей выбранному режиму измерений, необходимо установить «предел измерений». Когда величина измеряемого напряжения заранее не известна, то на всякий случай предел измерения выбирают заведомо большим. Если, например, нажать на кнопку «200», то вольтметр можно использовать для измерения напряжений до = 200 В.

Отметим, что, что все электронные вольтметры различных марок устроены весьма похожим образом (как, например, все телевизоры или магнитофоны), хотя для проведения аккуратных измерений с минимальной погрешностью и для правильного вычисления этой погрешности необходимо обратиться к техническому описанию прибора.

Упражнение 1. Измерьте падение напряжения на резисторе и рассчитайте эффективное значение протекающего через конденсатор тока. Измерения следует провести при указанных в Таблице 1 значениях частоты  и напряжения на выходе генератора. Значение сопротивления резистора R приведено на стенде.

Выполнение упражнения

1. Включите вольтметры. Установите на каждом из них режим измерения переменного напряжения с пределом измерения «200» вольт.

2. Ручку генератора «Регулировка выхода» приведите в крайнее левое положение, после чего включите генератор. Установите нужное значение частоты . Плавно поворачивая ручку «Регулировка выхода» и следя за показаниями вольтметра V_G, установите напряжение на выходе генератора U_ЭФФ = 10 В.

3. Перейдите на предел измерения «20» вольт. Обратите внимание: на табло вольтметра V_G появился еще один десятичный разряд – измерения стали более точными. Ясно, что для измерений с минимальной погрешностью следует выбирать как можно более чувствительный диапазон, но при этом не допускать «зашкаливания» прибора. Формулу для определения погрешности измеряемой величины можно найти в паспорте или техническом описании прибора. Для используемых в лаборатории вольтметров эти формулы приведены в Таблице 2. Из этих формул видно, что, чем меньше предел измерений U_ПР, тем меньше погрешность.

4. Установите указанное в Таблице 1 значение напряжения U_ЭФФ на выходе генератора. Пределы измерений на обоих вольтметрах выберите так, чтобы погрешности измерений U_ЭФФ и U_RЭФФ были минимальными.

5. Рассчитайте по закону Ома эффективное значение силы тока. При расчете погрешности силы тока удобно воспользоваться известным правилом: при умножении или делении относительные погрешности сомножителей (делимого и делителя) складываются.

Электронный осциллограф позволяет наблюдать на экране зависимость от времени измеряемого напряжения. Подключается он так же, как и вольтметр, при этом в каждый момент времени вертикальное отклонение электронного луча пропорционально измеряемому в этот момент напряжению. Устройство осциллографа предусматривает равномерное перемещение луча в горизонтальном направлении с регулируемой скоростью. Переключатель «Время/деление» («TIME/DIV») позволяет выбирать эту скорость. Ясно, что на экране осциллографа должен наблюдаться график зависимости , причем масштаб по координатным осям можно изменять переключателями «Вольт/деление» («V/DIV») и «Время/деление».

На передней панели осциллографа находятся также ручки регулировки яркостью и фокусировкой электронного луча, ручки смещения луча по вертикали и горизонтали. Есть также несколько кнопок и ручек, для обеспечения так называемой синхронизации: движение луча по горизонтали должно начинаться всегда при одной и той же фазе измеряемого сигнала – тогда при многократном «пробеге» луча на экране осциллографа будет формироваться неподвижная картинка.

Упражнение 2. Используя осциллограф, измерьте амплитуду напряжения на резисторе R и период T гармонических колебаний этого напряжения. По измеренным значениям рассчитайте эффективное значение напряжения и частоту синусоидального сигнала. Сравните полученные значения и  с показаниями вольтметра V_R и генератора.

Упражнение 3. Вольт-амперная характеристика некоторого образца имеет степенную зависимость вида , где  - сила тока,  - напряжение,  - константа,  - показатель степени. Обрабатывая результаты измерений такого образца, приведенные в Таблице 3, найти значения константы и показателя степени и оценить их погрешности.