ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9484
Скачиваний: 23
106
Таблица 8.7
u
B
40
50
60
70
80
90
100
110
пр
i
деления
обр
i
деления
5. Уменьшая напряжение от 110 до 40 В, измерять силу тока в
обратном направлении
обр
i
и данные занести в табл.8.7.
6. По данным табл.8.7 определить интервал u 10 В, в котором
происходит зажигание и гашение лампы. Наблюдать зажигание и
гашение лампы в кассете ФПЭ–12/13.
7. Подробно изучить интервал
u зажигания и гашения лампы,
проводя измерения тока через каждые 1В. Данные записать в табл.8.8.
Таблица 8.8
№
п.п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
u
B
пр
i
дел.
обр
i
дел.
8. По данным табл.8.8 построить график зависимости
пр
i и
обр
i
от u
(вольт–амперную характеристику генератора лампа–конденсатор,
примерный вид которой показан на рис.8.18).
Упражнение 2.
Определение периода релаксационных
колебаний генератора лампа – конденсатор
1. Установить кнопку 4 на кассете ФПЭ–12/13 в положение
―генератор‖.
2. На магазине емкостей (МЕ) с помощью переключателя 5 и
клавиш 6 установить значение 3 10
–3
мкФ.
3. На магазине сопротивлений (МС) с помощью переключателя 7 и
клавиш 8 установить значение сопротивления 1 10
6
Ом.
107
4. Подключить к сети осциллограф и источник питания.
5. Ручкой 9 установить напряжение на источнике питания (ИП) 110
В и поддерживать его постоянным.
6. Установить тумблер 12 ―Разверт.
Х‖, расположенный на
правой боковой панели осциллографа, в положение ―Разверт.‖.
Наблюдать на экране примерно 2 – 3 релаксационных колебания
(рис.8.19).
7. Измерить
период релаксационных колебаний с экрана
осциллографа
дел
ms
N
T
,
где N – число больших делений с точностью до 0,1;
дел
ms
– цена
одного большого деления, которая устанавливается ручкой 11 на
лицевой панели осциллографа. Результат занести в табл.8.9.
Таблица 8.9
Т
c
соотношение
частот
n
–
f
n
Гц
f
Гц
f
Гц
T
с
%
1:1
1
1:2
2
1:3
3
1:4
4
8. Перевести тумблер 12 ―Разверт.
Х‖ в положение ―Х‖, тем
самым, подав на вход ―Х‖ напряжение со звукового генератора ГЗ–106.
9. Подключить генератор ГЗ–106 к сети тумблером и ручкой 10
установить выходное напряжение на нем 1 В.
10. Поставить множитель 2 частоты звукового генератора в
положение 10
3
.
11. Плавно изменяя вращением диска 1 на звуковом генераторе
частоту выходного сигнала, получить на экране осциллографа
неподвижную фигуру Лиссажу, соответствующую соотношению
частот 1:1, как это показано на рис.8.20. Полученное значение частоты
f
n
генератора записать в табл.8.9.
12. Постепенно увеличивая частоту сигнала f
n
звукового генератора,
получить фигуры Лиссажу, соответствующие соотношениям частот
1 : 2, 1 : 3, 1 : 4. Записать значения этих частот в табл.8.9.
13. Рассчитать частоту релаксационных колебаний по формуле
n
f
f
n
,
(8.48)
где n = 1, 2, 3, 4 – отношение частоты колебаний звукового генератора
к частоте релаксационных колебаний.
108
14. Найти среднее арифметическое значение
f
частоты и
рассчитать период релаксационных колебаний:
f
1
T
.
(8.49)
15. Сравнить периоды релаксационных колебаний Т и T и
рассчитать относительную ошибку измерений
%
100
T
T
T
.
(8.50)
16. Отключить установку от сети.
Контрольные вопросы
1. От чего зависит электропроводность газов?
2. Что такое несамостоятельный разряд?
3. Каков механизм возникновения самостоятельного разряда?
4. Как работает генератор релаксационных колебаний?
5. Как
меняется напряжение на конденсаторе генератора
релаксационных колебаний?
6. Объяснить вольт амперную характеристику газонаполненной лампы.
7. Как можно определить период релаксационных колебаний?
8. Что такое фигуры Лиссажу и как они получаются в данной
работе?
Вопросы по разделу 8
1. Идеальный колебательный контур. Дифференциальное уравнение
колебаний заряда на конденсаторе.
2. Энергия электрического и магнитного поля в идеальном
колебательном контуре.
3. Законы изменения напряжения на конденсаторе и тока в
идеальном контуре.
4. Реальный
контур
(с
активным
сопротивлением
R).
Дифференциальное уравнение колебаний заряда на конденсаторе.
5. Законы изменения заряда и напряжения на конденсаторе в
реальном контуре.
6. Циклическая частота и период затухающих колебаний.
7. Критическое сопротивление контура. Апериодический разряд.
8. Закон изменения тока в реальном контуре.
9. Коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания
контура.
10. Добротность контура.
11. Понятие фазовой кривой. Вид фазовой кривой в идеальном и
реальном контуре.
109
Р А З Д Е Л 9
Волновая оптика
9.1 Интерференция света
Интерференция – явление перераспределения интенсивности света
при наложении двух или нескольких когерентных волн.
Независимые источники света, посылающие световые волны в одну
область пространства, возбуждают там колебания с изменяющейся
разностью фаз. В результате их сложения возникает результирующее
колебание с беспорядочно меняющейся во времени амплитудой. Чтобы
получить устойчивую во времени интерференционную картину, нужны
когерентные источники колебаний.
Когерентные источники имеют одинаковую частоту, одинаковое
направление колебаний электрической и магнитной составляющих
волны и постоянную во времени разность фаз. Один из способов
получения когерентных источников состоит в отражении и
преломлении волн, испускаемых одним источником.
Колебания в точке, вызванные двумя волнами, для электрической
составляющей можно записать в виде:
;
)
t
sin(
A
E
,
)
t
sin(
A
E
2
2
2
1
1
1
(9.1)
где Е
1
и Е
2
– напряженность электрического поля в первой и второй
волне, А
1
и А
2
– амплитуды колебаний.
Можно показать, что интенсивность света J (количество энергии,
падающее за одну секунду на единицу площади поверхности,
перпендикулярной лучам) пропорциональна квадрату амплитуды
колебания J ~ А
2
. Следовательно, для расчета интерференционной
картины необходимо определить условия, при которых амплитуда
результирующего колебания будет максимальна или минимальна.
Введем понятие оптической разности хода волн
1
1
2
2
n
L
n
L
,
(9.2)
где L – геометрическая длина пути, n показатель преломления среды,
в которой распространяется волна, равный
v
c
n
.
(9.3)
Здесь с – скорость света в вакууме, v – скорость света в среде.
Величина L n, равная произведению геометрической длины пути и
показателя преломления среды, в которой распространяется волна,
называется оптической длиной пути.
110
Разность фаз колебаний
= (
2
1
) может быть рассчитана через
оптическую разность хода волн
2
,
(9.4)
где – длина волны света в вакууме.
В результате сложения колебаний (9.1) результирующее
гармоническое колебание будет происходить с амплитудой:
2
cos
A
A
2
A
A
)
cos(
A
A
2
A
A
A
2
1
2
2
2
1
2
1
2
2
2
1
(9.5)
и интенсивностью
2
cos
J
J
2
J
J
J
2
1
2
1
.
(9.6)
Значения амплитуды А и интенсивности J максимальны, если
1
2
cos
,
т.е. оптическая разность хода равна целому числу длин волн:
k
,
(9.7)
где
,...
2
,
1
,
0
k
Значения А и J минимальны, если
1
2
cos
,
т.е. оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн:
2
)
1
k
2
(
.
(9.8)
Кроме того, следует учесть, что при отражении света от границы
раздела двух сред скачком происходит изменение направления на
противоположное (изменение фазы колебаний на ) вектора напряженности
для электрической или магнитной составляющих волны.
При отражении от оптически более плотной среды (у которой
показатель преломления n больше показателя преломления среды, из
которой пришел луч) на
изменяется фаза электрической
составляющей, следовательно, в этом случае оптическую разность хода
необходимо изменить на /2.
Пример:
интерференция
в
тонкой
пленке,
освещаемой
параллельным пучком лучей, наблюдаемая в отраженном свете. Ход
интерферирующих лучей показан на рис.9.1.