Определение частот по фигурам Лиссажу.

2.1. Cобрать схему LC- генератора (рис.1.6);

 

На этой схеме индуктивность L – соленоид, выводы которого находятся у левого конца соленоида блока «Поле в веществе». Емкости конденсаторов С1 и С2 выбираются одинаковыми и равными по 1 мкФ (их обозначения на блоке: 1М). Точка А – выход операционного усилителя DA1.

2.2. С выводов катушки L подать сигнал на вход Y - осциллографа;

2.3. Представить собранную схему на проверку преподавателю.

2.4. Включить осциллограф и генератор.

Блок «Поле в веществе» работает совместно с ГСФ-2, т.к. генератор ГСФ-2 вырабатывает постоянное напряжение, необходимое для питания операционного усилителя блока, которое подается на блок с помощью специальных проводников, смонтированных на установке.

2.5. Включить генератор в режим частотомера:

Тумблер «ген/внеш» в положении «внеш». С помощью выводов «вх1/общ» и соединительных проводов измерить частоту исследуемого сигнала относительно « земли ^ » и записать это значение в табл. 1.2.

2.6. Переключить частотомер в режим генератора кнопкой «ген/внеш» в положении «ген».

2.7. Переключить осциллограф в работу на два канала кнопкой «ТV/NORM» в положение «ТV».

2.8. Подать сигнал с генератора (гнездо «ВЫХ») на вход X осциллографа, отрегулировать ручкой «амплитуда» размах сигнала так, чтобы он занимал большую часть экрана по горизонтали. Выход «общ» генератора-частотомера соединить с входом «^» осциллографа.

2.9. Подбирая частоту генератора, используя тумблеры «множитель» и ручку «частота», получить фигуры Лиссажу, которые получаются при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний и представляют собой вид эллипсов (при совпадении частот исследуемого сигнала и генератора) или «восьмерок» с двумя, тремя или большим числом петель при кратном соотношении частот генератора и исследуемого сигнала т.е. 1:2, 1:3 или 2:1, 3:1 и т.д.

2.10. Полученный вид фигур изобразить схематически и записать значения их частот в таблицу 1.2.

Таблица 1.2          частота сигнала n =   Гц

Фигура	Вид	Частота n, Гц
«1:1»
«1:2» или «2:1»
«1:3» или «3:1»
«1:4» или «4:1»

 

2.11. Сделать вывод по полученным частотам и ответить на следующие контрольные вопросы:

· Электронный осциллограф: назначение, основные узлы осциллографа.

· Устройство электронно–лучевой трубки и её основы физической работы.

· Назначение основных ручек управления, размещённых на панели осциллографа.

· Какой диапазон измерения частот имеет осциллограф.

· Каким должно быть входное сопротивление осциллографа. Какое входное сопротивление имеет осциллограф С1–112А.

· Определение амплитуды сигналов.

· Определение периода колебаний и частоты.

· Фигуры Лиссажу и использование их для определения частоты сигналов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Моделирование электрических полей

Цель работы: ознакомиться с методом моделирования электрического поля при различных формах конденсатора.

Приборы и принадлежности: ЛКЭ – 7 (фломастер или карандаш, блок питания, набор соединительных проводов, миллиметровая бумага, исследуемая плата).

Сведения из теории

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одним из видов материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле – поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими.

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который своим действием не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q₀, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Q₀,. Поэтому отношение  не зависит от пробного заряда и характеризует электрическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина является силовой характеристикой электростатического поля и называется напряженностью.

Напряженность Е электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

                                                 (2.1)

Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Из формулы (2.1) следует, что единица напряженности электростатического поля — ньютон на кулон (Н/Кл):1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует силой в 1Н. 1 Н/Кл = 1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля.

Из (2.1) следует, что напряженность поля точечного заряда (для = l)

                                            (2.2)

Вектор Е во всех точках поля направлен радиально от заряда, если он положителен, и радиально к заряду, если отрицателен (рис. 2.1).

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности (силовых линий), которые проводят так, чтобы касательные к ним в каждой точке пространства совпадали по направлению с вектором напряженности в данной точке поля (рис. 2.2). Так как в каждой данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности — радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен, и входящие в него, если заряд отрицателен. Вследствие большой наглядности графический способ представления электрического поля широко применяется в электротехнике.

Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только направление, но и величину напряженности электростатического поля, условились проводить их с определенной густотой (см. рис. 2.2). Число линий напряженности, пронизывающих единицу поверхности, перпендикулярной линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е. Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную площадку dS, нормаль n которой образует угол a с вектором Е, равно , где E_n — составляющая вектора Е по направлению нормали n к площадке. Величина

,

называется потоком вектора напряженности через площадку dS. Здесь dS=dS×n — вектор, модуль которого равен dS , а направление совпадает с нормалью n к площадке. Выбор направления вектора n (а следовательно, и dS) условен, так как его можно направить в любую сторону.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е через эту поверхность

,                                        (2.3)

где интеграл берется по замкнутой поверхности S. Поток вектора Е является алгебраической величиной: зависит не только от конфигурации поля Е, но и от выбора направления n. Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т. е. нормаль, направленная наружу области, охватываемой поверхностью.

Потенциал поля в точке – это скалярная величина, характеризующая энергетические свойства поля, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку поля

.                                                  (2.4)

здесь  - потенциальная энергия заряда +q, помещенного в некоторую точку поля. Единицей потенциала является В (Дж/Кл). Потенциал – энергетическая характеристика поля.

Потенциальная энергия, а вместе с ней и потенциал, задаются с точностью до постоянной. Чтобы потенциал приобрел вполне определенное значение, надо приписать ему некоторое значение в одной из точек поля. В физике принято считать  в точке, удаленной бесконечно далеко от заряженного тела.

Надо, однако, помнить, что хотя для любой точки поля можно указать такую величину, как потенциал, ясный физический смысл имеет только разность потенциалов двух точек поля : она равна работе поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки (1) в другую (2). Измерить практически можно тоже только разность потенциалов. И, говоря об измерении потенциала, подразумеваем изменение разности потенциалов двух точек, потенциал одной из которых условно принимается за нуль.

Из определения разности потенциалов двух точек поля следует, что работа поля по перемещению заряда +q из точки (1) в точку (2) может быть вычислена по формуле:

.                                        (2.5)

Электростатическое поле можно изобразить графически. Делается это с помощью линий напряженности (силовых линий) и эквипотенциальных поверхностей.

Линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением напряженности поля в этой точке (рис.2.2 – сплошные кривые).

Эквипотенциальная поверхность – поверхность равного потенциала (на рис. 2.2 пунктирные линии – линии пересечения этих поверхностей с плоскостью рисунка).

Так как работа поля по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю , то это значит, что линии напряженности в любой точке поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Напряженность и разность потенциалов поля связаны между собой. В общем случае эта связь выглядит так:

     или        .                      (2.6)

Здесь производная по расстоянию берется вдоль линии напряженности в направлении, совпадающем с направлением единичного вектора нормали  к эквипотенциальной поверхности. Из уравнения (2.6) видно, что вектор  всегда направлен в сторону уменьшения потенциала.

В случае однородного поля модуль вектора напряженности связан с разностью потенциалов соотношением:

,                                 (2.7)

где  и  - потенциалы двух точек (А и В), лежащих на одной линии напряженности, а d – расстояние между этими точками.

Таким образом, зная закон изменения потенциала вдоль силовой линии, можно в любой точке поля определить напряженность поля, численное значение которого равно изменению потенциала не единице длины силовой линии. Отсюда следует еще одна единица измерения напряженности – В/м.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: