Электричество (Лабораторный практикум часть 1)

Y

Ay

Ax X

Рис. 1

частица движется по прямой в первом и третьем квадрантах (рис. 2,а).

2. . При такой разности фаз sin 0 , cos 1 . С учетом знака уравнение колебания тоже описывает прямую:

y Ay x , Ax

но частица движется по прямой уже во втором и четвертом квадрантах

(рис. 2,б).

3. . В этом случае уравнение колебания принимает вид

2

31

Y Y

X X

X X

Частица движется по эллипсу, полуоси которого Ax и Ay совпадают с осями координат. При Ax = Ay эллипс превращается в окружность. Дви-

жение частицы по траектории будет происходить в направлении часовой стрелки (рис. 2в).

существенно. Движение будет происходить по эллипсу, как и в случае 3, с той только разницей, что движение будет осуществляться против часовой стрелки.

Если частоты взаимно перпендикулярных колебаний не одинаковы и соотносятся как целые числа, то траектория результирующего колебания имеет более сложную форму и носит название фигуры Лиссажу.

32

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

На рис. 7 представлена блок-схема установки для исследования взаимно перпендикулярных колебаний.

Рис. 7

Основной частью лабораторного модуля ФЭЛ-12 являются два генератора (один исследуемый генератор с постоянной в пределах одного эксперимента неизвестной частотой, частоту другого генератора можно изменять ручками «ЧАСТОТА» - «ПЛАВНО» и «ГРУБО») и частотомер, позволяющей с точностью до 2 Герц измерять частоту эталонного (перестраиваемого) генератора. Эталонный и исследуемый генераторы подключаются к резистивным входам «Х» и «Y» осциллографа ОСУ-10В, осциллограф при этом должен быть переведен в режим «X-Y» для наблюдения фигур Лиссажу.

Порядок выполнения работы

35

1.Перед выполнением рекомендуется ознакомиться с принципом работы электронного осциллографа. Проверить целостность сетевых и соединительных проводов.

2.Подключить лабораторную установку к электронному осциллографу согласно блок-схеме рис 5.7. При этом сигнал с выхода 1 (исследуемого генератора) подается на канал X осциллографа, сигнал с выхода 2 (генератор с перестраиваемой частотой) подается на канал Y осциллографа.

3.Включить осциллограф и лабораторный модуль в сеть напряжением

~220 В.

4.Поставить переключатели «СЕТЬ» на панели осциллографа и установки в положение «ВКЛ», при этом должны загореться соответствующие сигнальные светодиоды.

5.Перевести осциллограф в режим наблюдения фигур Лиссажу, переведя переключатель «+ - x-EXT» слева от входа X осциллографа в положение «x-EXT». Ручкой VOLTS/DIV (ВОЛЬТ/ДЕЛ) оси Y установить уровень сигнала, обеспечивающий наилучший масштаб для наблюдения (рекомендуемое значение .5 ВОЛЬТ/ДЕЛ). Для корректировки положения фигуры можно использовать ручки «POSITION» осей X и Y осциллографа, а для корректировки размера – ручку

VOLT.VAR оси Y.

6.Вращая ручки чувствительных резисторов «ЧАСТОТА» - сначала «ГРУБО», а затем «ПЛАВНО» получить изображение первой фигуры – рис 5.6 а). Настраивать вид фигуры надо медленно. Записать в таблицу 1 показания частотомера y (индуцируются на ЖКД дис-

плее в Герцах). ТОЧКА НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ДЕСЯТИЧНОЙ – ОНА СЛУЖИТ ТОЛЬКО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЫСЯЧ (килогерц) ОТ СОТЕН. Рассчитать частоту x исследуемого генератора.

7.Продолжая очень медленно изменять частоту генератора, получить фигуры Лиссажу вида рис. 5.6 б), в), г), д) при других кратных частотах (вращающаяся восьмерка, эллипс и вращающиеся фигуры в форме короны). Рекомендуется также понаблюдать фигуры Лиссажу,

3

получающиеся при частотах эталонн 2 иссл (рис. 5.4 г). Следует учи-

тывать что ручки «ЧАСТОТА» обладают высокой чувствительностью, поэтому для получения фигур большой кратности их следует вращать ПЛАВНО в области нужной частоты. Все показания и расчеты записывать в таблицу 1.

8. Рассчитать среднее значение частоты исследуемого генератора иссл .

36

9.Подключить исследуемый генератор (выход 1) ко входу Y осциллографа, сигнальный провод с перестраиваемого генератора отключить. Перевести осциллограф в обычный режим развертки, поставив переключатель «+ - x-EXT» слева от входа X осциллографа в положение «+» либо «▬» и получить изображение синусоидального сигнала исследуемого генератора на экране осциллографа. Опреде-

1

лить период сигнала Tиссл и его частоту иссл Tиссл и сравнить ее с частотой, определенной с помощью фигур Лиссажу. Ручка TIME

VAR. (плавно) на передней панели осциллографа должна быть повернута до упора по часовой стрелке – только в этом случае осциллограф правильно откалиброван по шкале времени и показания ручки переключателя «TIME/DIV» (ВРЕМЯ/ДЕЛ) соответствуют подписям у этой ручки.

10. По окончании работы все приборы отключить от сети питания, поставив соответствующие переключатели в положение «ВЫКЛ» и вынуть вилки из розетки.

Таблица 1

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие колебания называются гармоническими?

2.Дайте определения периода, частоты, фазы колебаний.

3.Расскажите, что такое колебательная система с двумя степенями свободы.

4.Расскажите, в чем состоит метод фигур Лиссажу, примененный для определения частоты колебаний.

5.Определите по виду фигуры Лиссажу отношение частот колебаний.

6.Получите уравнение, описывающее траекторию колеблющейся частицы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Выведите уравнение

37

окружности, получаемой в результате сложения взаимно перпендикулярных колебаний. Выведите уравнение эллипса, получаемого в результате сложения взаимно перпендикулярных колебаний.

7.Нарисуйте блок-схему установки для наблюдения фигур Лиссажу и объясните принцип ее работы.

Рекомендуемая литература для выполнения лабораторных работ

Основная литература:

1.Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2000.

– 541 с.

2.Детлаф А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: Высш.

шк., 2000. – 718 с.

3.Калашников С. Г. Электричество/С.Г. Калашников. – М. : Наука, 1985. – 576 с.

Дополнительная литература:

4.Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. – М. : Астрель, 2001.

– Кн.3 : Электричество и магнетизм. – 336 с.

5.Лабораторные занятия по физике / сост. Л.Л. Гольдин [и др.] ; под ред. Л.Л. Гольдина. – М. : Наука, 1983. – 704 с.

6.Соловьев В.А. Руководство к лабораторным работам по физике / В.А.Соловьев, В.Е. Яхонтова. – СПб. : Из-во С.- Петербургского ун-та, 1997. – 340 с.

7.Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков/Ю. Шульц. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.

38