Файл: laby_2_semestr_fizika.pdf

91 

Экспериментальная установка 

Для  изучения  реального  колебательного  контура  предназначена 

экспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис. 8.12. 

В состав электрической схемы установки входят: 

генератор звуковых колебаний ГЗ–106, 
электронный осциллограф (ЭО), 
колебательный  контур  (рис.8.1),  смонтированный  в  кассете               
ФПЭ–10/11, 
преобразователь импульсов ПИ (кассета ФПЭ–09), 
источник питания (ИП), 
магазин сопротивлений (МС). 

Рис. 8.10 

2

m

u

3

m

u

1

m

u

3

m

i

2

m

i

1

m

i

i 

i 

u 

u 

Рис. 8.11 

ГЗ–106 

V

ЭО 

V/дел 

скважн 

разв–Х 

ms/дел 

V~50В 

R 

С 

Y 

X 

X 

Y 

ФПЭ10/11

Рис. 8.12 

    МС 

    ПИ 

R

м

10 

8 

9 

7 

6 

3 

4 

5 

1 

2 

ИП 

V 

А 

92 

Напряжение от источника питания (ИП) и от звукового генератора 

ГЗ–106 подается на преобразователь импульсов (ПИ), и далее – на вход 
колебательного  контура  (кассета  ФПЭ–10/11)  для  циклической 
подзарядки конденсатора.  

Выходы  «Х»  и  «Y»  кассеты  ФПЭ–10/11  соединяются  с 

соответствующими гнездами электронного осциллографа (ЭО). Кроме 
того  к  колебательному  контуру  (ФПЭ–10/11)  подсоединяется  магазин 
сопротивлений  (МС),  что  позволяет  изменять  величину  активного 
сопротивления в контуре. 

Порядок выполнения работы 

Упражнение 1. 

Измерение периода Т затухающих колебаний, логарифмического 

декремента   и параметров L, C, R колебательного контура. 

1. На преобразователе импульсов (ПИ) нажать среднюю клавишу 4 

«     » (см.рис.8.12) и правую клавишу 5 «скважность грубо». 

2. На магазине сопротивлений (МС) с помощью переключателя 6 и 

клавиш 7 установить значение сопротивления R

м

 = 100 Ом. 

3. Переключатель  10  «Разверт. 

 Х2,  расположенный  на  правой 

боковой панели осциллографа, установить в положение «Разверт.». 

4. На  звуковом  генераторе  ГЗ–106  поставить  множитель  3  в 

положение  «10»  и  установить  диск  2  на  значение  «25»,  тем  самым 
установив частоту f = 250 Гц. 

4. Включить тумблеры «Сеть» на приборах. 
5. Ручкой  1  установить  величину  выходного  напряжения  на 

звуковом генераторе 2,5 В. 

6. Установить  на  панели  осциллографа  ручку  8  «V/дел»  в 

положение 2 В, ручку 9 «ms/дел» в положение 0,5 мкс. 

7. Получить  на  экране  электронного  осциллографа  (ЭО)  четкую 

картину  затухающих  колебаний  (см.  рис.8.7).  Ручкой     добиться 
симметричности картины относительно горизонтальной оси. 

8. Измерить  на  экране  отрезки  L  и  L

1

  (рис.8.7).  По  формуле  (8.27) 

рассчитать период колебаний и его значение записать в табл.8.1. 

9. Измерить  в  делениях  амплитуды  колебаний 

1

m

u

, 

2

m

u

, 

3

m

u

  на 

экране  осциллографа.  По  формулам  (8.30)  и  (8.31)  рассчитать  для 
каждой пары измерений логарифмический декремент затухания   и его 
среднее значение  . Результаты занести в табл.8.1. 

10. Вычислить коэффициент затухания по формуле (8.32). 
11. Повторить  измерения  по  п.п.  9,10  для  значений  на  магазине 

сопротивлений R

м

 = 300, 500, 600 Ом. 

93 

Таблица 8.1 

№  T  R

м

1

m

u

2

m

u

3

m

u

R

k

L 

L

C 

п.п  c  Ом 

Деления 

–  – 

–  с

–1

Ом 

Гн  Гн 

Ф 

1 

  100 

2 

  300 

3 

  500 

4 

  600 

 
12. Построить  график  зависимости  логарифмического  декремента 

затухания  от  значений  магазина  сопротивлений    =  f(R

м

),  как  это 

показано на рис.8.8. 

13. Экстраполируя  график  до  значения 

  0,  получить  значение 

активного сопротивления R

k

 катушки индуктивности. 

14. Для  каждого  значения  R

м

  вычислить  индуктивность  L  катушки 

по  формуле  (8.33)  и  рассчитать  среднее  арифметическое  значение  L  
для всех измерений. 

15. Определить емкость С конденсатора по формуле (8.34). 
16. Подобрать  минимальное  (критическое)  значение  магазина 

сопротивлений 

kp

м

R

,  при  котором  уже  наблюдается  апериодический 

разряд  конденсатора  (рис.8.9).  Это  значение  не  превышает  2000  Ом. 
Результат записать в табл.8.2 

Таблица 8.2 

kp

м

R

Ом 

k

м

R

R

R

kp

Ом 

C

L

2

Ом 

% 

17. Проверить выполнение равенства 

C

L

2

R

R

k

м

kp

и найти относительную ошибку 

%

100

C

L

2

C

L

2

)

R

R

(

k

м

kp

. 

(8.36) 

Результаты занести в табл.8.2 

Упражнение 2. 

Исследование фазовых кривых. 

94 

1. Перевести 

переключатель  10  (рис.8.12)  «Разверт. 

 Х», 

расположенный на правой боковой панели осциллографа, в положение «Х».  

Таким 

образом 

на 

вертикально 

отклоняющие 

пластины 

осциллографа  подается  напряжение  с  обкладок  конденсатора,  а  на 
горизонтально отклоняющие пластины – напряжение с клемм магазина 
сопротивлений, пропорциональное току i. На экране это изображается 
зависимостью u = f(i) – фазовой кривой, как показано на рис. 8.10. 

2. Установить на магазине сопротивлений значение R

м

 = 100 Ом. 

3. С  помощью  ручек  ―

 ‖  и  ―

‖,  расположенных  на  лицевой 

панели осциллографа, поместить фазовую кривую в центре экрана. 

4. Измерить  амплитуды  колебаний 

1

m

u

, 

2

m

u

, 

3

m

u

  и  по  формулам 

(8.30)  и  (8.31)  рассчитать  для  каждой  пары  измерений 
логарифмический  декремент  затухания    и  его  среднее  значение  . 
Результаты занести в табл.8.3. 

Таблица 8.3 

№  R

м

1

m

u

2

m

u

3

m

u

1

m

i

2

m

i

3

m

i

п.п  Ом 

Деления 

–  – 

– 

Деления 

– 

– 

– 

1  100 

2  200 

3  300 

4  400 

5. Измерить  амплитуды  колебаний 

1

m

i

, 

2

m

i

, 

3

m

i

;  по  формулам 

(8.35)  рассчитать  для  каждой  пары  измерений  логарифмический 
декремент  затухания    и  найти  его  среднее  значение  .  Результаты 
занести в табл.8.3. 

6. Повторить  измерения  по  п.п.4,5  для  значений  сопротивления 

магазина R

м

 = 200, 300, 400 Ом. 

7. Увеличивая сопротивление на магазине сопротивлений, получить 

фазовую кривую для апериодического разряда конденсатора, как показано 
на рис.8.11. Вид полученной кривой зарисовать в журнал наблюдений. 

8. Отключить установку от сети. 

Контрольные вопросы 

1. Как в работе определяется период затухающих колебаний? 
2. Изобразить  вид  фазовых  кривых  при  затухающих  колебаниях  и 

апериодическом разряде. 

3. Какими  способами  в  работе  определяется  логарифмический 

коэффициент затухания? 

4. Как  в  работе  определяется  активное  сопротивление  катушки 

индуктивности? 

95 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  № 70(к) 

    Свободные затухающие колебания                    

        в электрическом контуре 

Цель работы: изучение с помощью компьютерной модели процесса 

свободных  затухающих  колебаний  в  электрическом  колебательном 
контуре,  экспериментальное  определение  коэффициента  затухания  и 
критического сопротивления контура. Построение фазовых кривых. 

Методика измерений 

Рассмотрим  колебательный  контур,  состоящий  из  конденсатора 

емкостью С, катушки индуктивности L и активного сопротивления  R. 
При  значениях  сопротивления  R,  не  превышающих  критическое 
сопротивление  для  данного  контура 

C

/

L

2

R

кр

,  в  контуре  будут 

происходить свободные затухающие колебания.

Быстрота  затухания  колебаний  характеризуется  коэффициентом 

затухания, который определяется параметрами колебательного контура 

L

2

R

. 

(8.37) 

Величина  коэффициента  затухания  может  быть  определена 

экспериментально  по  графику  зависимости  заряда  Q  от  времени  t, 
приблизительный вид которого показан на рис.8.13. 

Измерив  амплитуды  колебаний  заряда  Q

m

  в  моменты  времени, 

отстоящие друг от друга на период колебаний Т

.

д

.

т

и

)

T

2

(

Q

Q

;

)

T

(

Q

Q

;

)

0

(

Q

Q

m

m

m

m

m

m

2

1

0

,   

можно,  согласно  формуле  (8.21),  определить  логарифмический 
декремент затухания   

...

;

Q

Q

ln

;

Q

Q

ln

2

1

1

0

m

m

2

m

m

1

(8.38) 

0

m

Q

1

m

Q

3

m

Q

2

m

Q

Рис. 8.13 

Т 

t 

Q