Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Электричество_магнетизм_2сем.doc
Скачиваний:
38
Добавлен:
08.12.2018
Размер:
5.17 Mб
Скачать

Контрольные вопросы

1. В чем за­клю­ча­ет­ся яв­ле­ние тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии ?

2. На­пи­ши­те фор­му­лу Ри­чард­со­на - Деш­мэ­на, объ­яс­ни­те ее смысл и ха­рак­тер вы­ра­жае­мой ею за­ви­си­мо­сти.

3. Что та­кое ра­бо­та вы­хо­да ? От че­го она за­ви­сит ?

4. Что та­кое эмис­си­он­ная ха­рак­те­ри­сти­ка?

5. На­пи­ши­те ус­ло­вие вы­хо­да элек­тро­на с по­верх­но­сти ме­тал­ла.

6. Объ­яс­ни­те при­ме­няе­мый гра­фоана­ли­ти­че­ский ме­тод оп­ре­де­ле­ния по­сто­ян­ных тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии.

7. Объ­яс­ни­те кос­вен­ный ме­тод из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры ка­то­да.

8. На­ри­суй­те схе­му ус­та­нов­ки и объ­яс­ни­те ее ра­бо­ту.

9. Оце­ни­те по­греш­ность при вы­чис­ле­нии ра­бо­ты вы­хо­да.

Литература

1. Са­вель­ев И.В. Курс об­щей фи­зи­ки: Элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм. Вол­ны. Оп­ти­ка: Учеб­ное по­со­бие. T.2.- 3-е изд.испр.-М.:Нау­ка. 1982.- §80,81.- C.236-240.

Са­вель­ев И.В. Курс об­щей фи­зи­ки: Элек­три­че­ст­во.- 5-е изд.- М.: Нау­ка. 1979.-§74,75.- C.265-274.

2. Дет­лаф А.А, Явор­ский Б.М. Курс фи­зи­ки: Учеб­ное по­со­бие для вту­зов. -М.: Высш. шк. 1989.- §18.5.- C.198-204.

3. Трофимова Т.И. Курс фи­зи­ки: Учеб­ное по­со­бие для вту­зов. - М.: Высш. шк. 1990.- §103-105.- C.164-167.

4. Ка­лаш­ни­ков С.Г. Элек­три­че­ст­во.- М.: Нау­ка. 1977. §169-171. C.339-344.

  1. Элек­тро­ста­ти­ка. По­сто­ян­ный элек­три­че­ский ток. Ру­ко­во­дство к ла­бо­ра­тор­но­му прак­ти­ку­му. Во­ло­гда, Во­ПИ, 1981.

Лабораторная работа 2-10

Изучение работы осциллографа

Цель работы : оз­на­ко­мить­ся с воз­мож­но­стя­ми и на­зна­че­ни­ем элек­трон­но­го ос­цил­ло­гра­фа, ис­сле­до­вать чув­ст­ви­тель­ность го­ри­зон­таль­но­го и вер­ти­каль­но­го вво­дов ос­цил­ло­гра­фа, про­вес­ти на­блю­де­ние си­ну­сои­даль­но­го сиг­на­ла, по­лу­чить фи­гу­ры Лис­са­жу и оп­ре­де­лить час­то­ту сиг­на­ла по фи­гу­рам Лис­са­жу, оп­ре­де­лить дли­тель­ность сиг­на­ла.

Обо­ру­до­ва­ние : элек­трон­ный ос­цил­ло­граф, ге­не­ра­тор си­ну­сои­даль­ных сиг­на­лов (ГЗ-34), уни­вер­саль­ное пи­таю­щее уст­рой­ст­во, элек­трон­ный вольт­метр, пе­чат­ные пла­ты для ис­сле­до­ва­ния чув­ст­ви­тель­но­сти пла­стин и на­блю­де­ния фи­гур

Введение

Ос­цил­ло­граф ис­поль­зу­ет­ся для на­блю­де­ния и ис­сле­до­ва­ния пе­ре­мен­ных элек­три­че­ских сиг­на­лов и яв­ля­ет­ся од­ним из важ­ней­ших ис­сле­до­ва­тель­ских при­бо­ров.

Рис. 17.

Ба­зо­вым ра­бо­чим эле­мен­том ос­цил­ло­гра­фа яв­ля­ет­ся элек­трон­но-лу­че­вая труб­ка (рис. 17).

В ра­бо­те элек­трон­но-лу­че­вой труб­ки ис­поль­зу­ет­ся яв­ле­ние тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии. На­гре­ва­тель, ка­тод, фо­ку­си­рую­щий элек­трод и анод, вхо­дя­щий в со­став так на­зы­вае­мой "элек­трон­ной пуш­ки", соз­да­ют в элек­трон­но-лу­че­вой труб­ке элек­трон­ный луч. На пу­ти лу­ча к флюо­рес­ци­рующе­му эк­ра­ну рас­по­ло­же­на сис­те­ма от­кло­не­ния его по го­ри­зон­та­ли и вер­ти­ка­ли. В уст­рой­ст­ве труб­ки, изо­бра­жен­ной на рис. 17, та­кую сис­те­му об­ра­зу­ют пла­сти­ны го­ри­зон­таль­но­го и вер­ти­каль­но­го от­кло­не­ния элек­трон­но­го лу­ча. Су­ще­ст­ву­ют труб­ки с элек­тро­маг­нит­ным от­кло­не­ни­ем и управ­ле­ни­ем элек­трон­ным лу­чом.

Эк­ран труб­ки по­кры­ва­ет­ся ве­ще­ст­вом, флюо­рес­ци­рую­щим под­ дей­ст­ви­ем элек­трон­но­го лу­ча. При пра­виль­но по­доб­ран­ном на­пря­же­нии на ка­то­де, аноде и фо­ку­си­рую­щем элек­тро­де элек­трон­ный луч соз­да­ет на эк­ра­не све­тя­щее­ся пят­но до 1 мм в диа­мет­ре. Ре­гу­ли­ров­ка раз­ме­ров пят­на, а так­же его яр­ко­сти осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ре­гу­ля­то­ра­ми "фо­ку­си­ров­ка" и "яр­кость". По­ло­же­ние пят­на на эк­ра­не кон­тро­ли­ру­ет­ся с по­мо­щью ре­гу­ля­то­ров "сме­ще­нин X и Y".

Чув­ст­ви­тель­ность ос­цил­ло­гра­фа по вер­ти­ка­ли вы­ра­жа­ет­ся урав­не­ни­ем:

где L(+-) - сме­ще­ние пят­на по вер­ти­ка­ли, ес­ли на вхо­де "Y" по­да­но на­пря­же­ние U(+-).

Если на вход "Y" подается переменное напряжение ( например, , пят­но со­вер­ша­ет гар­мо­ни­че­ское ко­ле­ба­ние. При дос­та­точ­но боль­шой час­то­те  на эк­ра­не на­блю­да­ет­ся све­тя­щая­ся ли­ния. Ее дли­на L оп­ре­де­ля­ет­ся двой­ной ам­пли­ту­дой при­ло­жен­но­го на­пря­же­ния U . При этом чув­ст­ви­тель­ность вер­ти­каль­но­го вхо­да оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой:

, (2) где Uэфф - дей­ст­вую­щее эф­фек­тив­ное зна­че­ние си­ну­сои­даль­но­го на­пря­же­ния.

Элек­трон­но-лу­че­вая труб­ка яв­ля­ет­ся прак­ти­че­ски без­инер­ци­он­ным элек­три­че­ским при­бо­ром. Она да­ет воз­мож­ность ис­поль­зо­вать ос­цил­ло­граф для на­блю­де­ния пе­ре­мен­ных элек­три­че­ских сиг­на­лов. Рас­смот­рим, как это де­ла­ет­ся. Пусть на пла­сти­ны вер­ти­каль­но­го от­кло­не­ния ( на вход "Y" ) по­да­ет­ся си­ну­сои­даль­ное на­пря­же­ние и од­но­вре­мен­но на пла­сти­ны го­ри­зон­таль­но­го от­кло­не­ния по­да­ет­ся пи­ло­об­раз­ное на­пря­же­ние так, как это по­ка­за­но на рис. 18.

Рис. 18.

При по­сто­ян­но воз­рас­таю­щем на­пря­же­нии Ux элек­трон­ный луч со­вер­ша­ет дви­же­ние сле­ва на­пра­во с не­ко­то­рой по­сто­ян­ной ско­ро­стью, оп­ре­де­ляе­мой час­то­той ге­не­ра­то­ра раз­верт­ки. За­тем, ко­гда Ux бы­ст­ро умень­ша­ет­ся( за t=10-9 c), электронный луч практически возвращается справа налево. Через про­ме­жут­ки вре­ме­ни, рав­ные пе­рио­ду пи­ло­об­раз­но­го на­пря­же­ния , дви­же­ние электрон­но­го лу­ча по­вто­ря­ет­ся. Од­но­вре­мен­но пят­но пе­ре­ме­ща­ет­ся в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии под дей­ст­ви­ем си­ну­сои­даль­но­го на­пря­же­ния. В ито­ге тра­ек­то­рия лу­ча ока­зы­ва­ет­ся очень слож­ной, и на эк­ра­не на­блю­да­ет­ся ме­няю­щая­ся кар­ти­на. Но в слу­чае, ко­гда пе­ри­од на­пря­же­ния раз­верт­ки ("пи­лы") Tx ра­вен це­ло­му крат­но­му пе­рои­да ис­сле­дуе­мо­го на­пря­же­ния Ty ( в данном слу­чае си­ну­сои­ды), т.е.

, (3) кар­ти­на на эк­ра­не ока­жет­ся не­под­виж­ной. Для по­лу­че­ния не­под­виж­ной кар­ти­ны на эк­ра­не ос­цил­ло­гра­фа ис­поль­зу­ет­ся спе­ци­аль­ный сиг­нал син­хро­ни­за­ции, вы­ра­ба­ты­вае­мый спе­ци­аль­ным уст­рой­ст­вом внут­ри ос­цил­ло­гра­фа или по­да­вае­мый из­вне.

Экс­пе­ри­мен­таль­ная часть

Схе­ма рас­по­ло­же­ния при­бо­ров на па­нель­ном щит­ке представлена на рис. 19.

Рис. 19.

4313 -циф­ро­вой при­бор для из­ме­ре­ния на­пря­же­ния ;

С1-94 - ос­цил­ло­граф

ГЗ-111 - зву­ко­вой ге­не­ра­тор ;

НЧ" - ге­не­ра­тор низ­кой час­то­ты;

M% - пе­ре­мен­ное со­про­тив­ле­ние;

1- тумб­лер для вклю­че­ния в сеть;

2 - ин­ди­ка­тор вклю­че­ния.

НА ПРИ­БО­РЕ Щ4313 долж­ны быть на­жа­ты кноп­ки : "пит", "~", "V",

ос­таль­ные от­жа­ты.

НА ОС­ЦИЛ­ЛО­ГРА­ФЕ - на­жа­ты кноп­ки : "сеть", "ms", "за­пуск", "~",

"внут­рен­няя", ос­таль­ные от­жа­ты.

НА ГЕ­НЕ­РА­ТО­РЕ ГЗ-111 - переключатель фор­мы сиг­на­лов в по­ло­же­нии "~", край­ний пра­вый регулятор - на вто­рой точ­ке по­сле ну­ля, пе­ре­клю­ча­тель "мно­жи­тель" пер­во­на­чаль­но ус­та­нав­ли­ва­ет­ся в по­ло­же­ние"10".

НА ГЕ­НЕ­РА­ТО­РЕ "НЧ" - пер­во­на­чаль­но долж­на быть на­жа­та кноп­ка "1".

регулятор "М%" - в край­нем пра­вом по­ло­же­нии.

По­ря­док вы­пол­не­ния ра­бо­ты

Пе­ред на­ча­лом ра­бо­ты оз­на­ко­мить­ся с ус­та­нов­кой и про­ве­рить пра-

виль­ность вклю­че­ния при­бо­ров.

ЗА­ДА­НИЕ 1. Оп­ре­де­ле­ние час­то­ты и дей­ст­вую­ще­го зна­че­ния си­ну­сои­даль­ных на­пря­же­ний.

1.1 Вклю­чить тумб­лер "сеть", ге­не­ра­тор "НЧ", ос­цил­ло­граф.

1.2 Регулятором "уро­вень" ус­та­но­вить на эк­ра­не ос­цил­ло­гра­фа си­ну­сои­ду. Регулятором "уси­ли­тель" по­доб­рать удоб­ный мас­штаб по оси X, регулятором "раз­верт­ка" - по оси Y.

1.3 Из­ме­рить пе­ри­од Ф и ам­пли­туд­ное зна­че­ние U0. Из­ме­ре­ние пе­рио­да про­из­во­дит­ся по го­ри­зон­таль­ной шка­ле эк­ра­на осцил­ло­гра­фа. Це­на круп­но­го де­ле­ния ус­та­нав­ли­ва­ет­ся пе­ре­клю­ча­те­лем "Раз­верт­ка вре­мя/дел" и кла­ви­шей .

На­при­мер, ес­ли по­са­же­на кноп­ка "ms", а пе­ре­клю­ча­тель раз­верт­ки на­хо­дит­ся в по­ло­жен­ии 5, то це­на круп­но­го де­ле­ния го­ри­зон­таль­ной шка­лы . Пе­ри­од T = Cx . n , где Cx- це­на круп­но­го де­ле­ния, а n - чис­ло де­ле­ний.

Из­ме­ре­ние ам­пли­туд­но­го зна­че­ния на­пря­же­ния U0 про­из­во­дит­ся по вер­ти­каль­ной шка­ле. Це­на круп­но­го де­ле­ния ус­та­нав­ли­ва­ет­ся руч­кой "уси­ли­тель". - це­на де­ле­ния, n - чис­ло де­ле­ний.

1.4. Вы­чис­лить час­то­ту и дей­ст­вую­щее зна­че­ние на­пря­же­ние Uд по фор­му­лам

1.5. По­вто­рить из­ме­ре­ния и вы­чис­ле­ния по ана­ло­гии с пунк­та­ми 1.3 и 1.4, на­жи­мая по­оч­ред­но кноп­ки 2,3,4 ге­не­ра­то­ра "НЧ".

1.6. Ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний и вы­чис­ле­ний за­не­сти в таб­ли­цу по форме 7.

Форма 7

По­ло­же­ние кно­пок ге­не­ра­то­ра"НЧ"

на­жа­та кноп­ка "1"

на­жа­та кноп­ка "2"

на­жа­та кноп­ка "3"

на­жа­та кноп­ка "4"

ЗА­ДА­НИЕ 2 . На­блю­де­ние фи­гур Лис­са­жу на эк­ра­не ос­цил­ло­гра­фа.

2.1. На­жать кноп­ки "сеть", "жду­щая". В слу­чае не­ис­чез­но­ве­ния си­ну­сои­ды на эк­ра­не ос­цил­ло­гра­фа по­вер­нуть регулятор "уро­вень" до ис­чез­но­ве­ния си­ну­сои­ды и при­ба­вить яр­кость. На­жать кноп­ку "1" ге­не­ра­то­ра "НЧ".

2.2. Вклю­чить ге­не­ра­тор ГЗ-111. Ре­гу­ли­ров­кой вы­хо­да ус­та­но­вить на­пря­же­ние в ~5 раз боль­шее Uд.

2.3. Из­ме­няя час­то­ту (по за­да­ни­ю п­ре­по­да­ва­те­ля), по­лу­чить на эк­ра­не ос­цил­ло­гра­фа ус­той­чи­вую не­под­виж­ную кар­ти­ну фи­гур Лис­са­жу. За­ри­со­вав фи­гу­ры, за­пи­сать зна­че­ние час­тот, при ко­то­рых они на­блюда­ют­ся (x). Ве­ли­чи­на из­ме­ряе­мой час­то­ты рав­на про­из­ве­де­нию по­ка­за­ний по шка­ле на кру­ге и по­ка­за­ний переключателя "мно­жи­тель".

2.4. По ос­цил­ло­грам­ме най­ти чис­ла nx и ny пе­ре­се­че­ний фи­гур с ося­ми ко­ор­ди­нат X и Y. По фор­му­ле оп­ре­де­лить час­то­ту, по­да­вае­мую с ге­не­ра­то­ра "НЧ". Ре­зуль­та­ты за­не­сти в таб­ли­цу по форме 8.

Форма 8

Вид фи­гур Лис­са­жу

Час­то­та по лим­бу ге

не­ра­то­ра ГЗ-111

От­но­ше­ние час­тот

1:1

1:2

1:3

2:1

Ис­сле­дуемая час­то­та

При­ме­ры рас­че­та :

Рис. 20.

Пе­рио­да T : (рис. 20)

(регулятор "раз­верт­ка" в по­ло­же­нии 5. Кноп­ка "ms " на­жа­та.

На­пря­же­ние U0 : (рис. 20) (регулятор "уси­ли­тель" в по­ло­же­нии 0.2)

Рис. 21.

Час­то­ты y (рис. 21): Чис­ло пе­ре­се­че­ний фи­гу­ры с ося­ми ко­ор­ди­нат: nx = 4; ny = 2.

По­ка­за­ния по лим­бу ГЗ-111: nx = 50 Гц

2.5. Сде­лать вы­во­ды.

Вид фи­гур Лис­са­жу в за­ви­си­мо­сти от сдви­га фаз

Сдвиг фазы

1

2

3

4

5

6