Измерения и обработка результатов. Описание экспериментальной установки

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.

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

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 ?

Контрольные вопросы

1. По каким формулам рассчитываются реактивные сопротивления конденсатора и катушки в цепи переменного тока?

2. Как записывается закон Ома для последовательной RLC-цепи переменного тока? Покажите, как можно его получить, используя метод векторных диаграмм.

3. Как объяснить, что сумма амплитудных (или действующих) напряжений на элементах колебательного контура больше полного напряжения на контуре?

4. Чем обусловлено активное сопротивление катушки индуктивности, содержащей ферромагнитный сердечник?

5. В чем состоит резонанс напряжений? При каких условиях он возникает? Что Вы можете сказать о напряжении на различных участках колебательного контура при резонансе?

6. Что такое добротность колебательного контура? От чего она зависит? Как зависит ширина резонансной линии колебательного контура от его добротности?

7. Как сдвинуты по фазе колебания переменного тока в контуре и напряжение на клеммах генератора при резонансе, а также при v > v_р и v < v_р?

Рекомендуемая литература

1. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Электродинамика. – М.: Просвещение, 1990.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1969.

3. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.

4. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1970.

5. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1982.

6. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. – М.: Просвещение, 1970.

7. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2003.

Приложения

Дата добавления: 2014-12-25