ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Цель: Измерить разность фаз электрических колебаний различными методами, сравнить измеренные значения с рассчитанными теоретически.

Оборудование: Лабораторная работа «Изучение разности фаз электрических колебаний» проводится на установке, собранной по схеме (рис. 9.1) и состоящей из лабораторного комплекса по электричеству и магнетизму, магазина сопротивлений, магазина емкостей и осциллографа С1-93. Принцип работы заключается в получении вынужденных колебаний, возникающих в интегрирующей RC-цепочке под воздействием внешней ЭДС (синусоидального сигнала, подаваемого с генератора ГССФ), изучении явлений, наблюдаемых при наложении колебаний с различными частотами, и в исследовании зависимости амплитуды и фазы этих колебаний от частоты вынуждающего воздействия. Наблюдение вынужденных колебаний ведется по экрану осциллографа, подключенного согласно схеме (рис. 9.1). Монтажная схема приведена на рисунках 9.2, 9.2а, 9.2б.

Ход работы: Собрать схему (рис. 9.1, 9.2). Подать сигнал с генератора ГССФ на вход первого канала осциллографа.

ГССФ

R

общ

вых

C

Uг

Рис. 9.1. Электрическая схема

Uc

 

Рис. 9.2. Монтажная схема

Сигнал с выхода RC-цепочки подается на второй канал осциллографа. Выходной сигнал RC-цепочки отстает по фазе от входного на величину j, определяемую соотношением:

tgj = w RC,

где T = 2p/w, n = w/2p, w = 2pn, с учетом этого tgj = 2pnRC.

Для измерения разности фаз колебаний первым способом на экране осциллографа накладываются оба сигнала и совмещаются их средние значения (рис. 9.2а).

 

Рис. 9.2а. Внешний вид монтажной схемы и наложенных сигналов

Рис. 9.2б. Внешний вид монтажной схемы и наложенных сигналов (сложение по Х, У)

 

Измерить по шкале осциллографа период Т и время запаздывания t (рис. 9.3а).

Рис. 9.3 а, б. Определение разности фаз колебаний

Разность фаз определяется как j₁ = 2pt/T.

Затем разность фаз необходимо измерить вторым способом: подать сигнал с выхода генератора на вход X осциллографа, а с выхода RC-цепочки — на вход Y. Получается простейшая фигура Лиссажу — эллипс (рис. 9.2б). Далее следует измерить отрезки H и h (рис. 9.3б).

 

Разность фаз определяется соотношением:

sinj2 = h/H.

Найти абсолютную и относительную погрешности измерения: Dj₁ = /j – j₁/; Dj₂ = /j – j₂/; Dj₁(%) = (Dj₁/j₁) 100%; Dj₂(%) = (Dj₂/j₂) 100%.

По итогам исследования сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Какой вид цепочки — дифференцирующая или интегрирующая — используется в данном опыте?

2. Чем определяется разность фаз вынужденных колебаний в интегрирующей RC-це­почке?

3. Какие способы измерения разности фаз колебаний Вам известны?

4. Выведите выражения для измерения разности фаз колебаний.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Построение графиков

Назначение графика — наглядно представить результаты опыта при изучении зависимости одной величины от другой. График позволяет увидеть особенности исследуемой зависимости, выявить ее характер (например, линейная, квадратичная или экспоненциальная) и определить ее параметры. Все это становится доступным при грамотном применении графического метода. Для этого необходимо следовать определенным правилам построения графиков и использовать методы их обработки.

1. Выбор координатных осей. График выполняют на листе миллиметровой бумаги размером ~ 150 х 150 мм, и координатные оси берут примерно равной длины. Горизонтальная ось отводится аргументу, т.е. величине, значение которой задает сам экспериментатор, а вертикальная ось – функции. В конце каждой оси указывают символ величины, десятичный множитель и единицу величины. При этом множитель 10^±Kпозволяет опустить нули при нанесении шкалы, например, писать 1, 2, 3... вместо 0, 001; 0, 002 и т.д.

2. Выбор интервалов. Интервалы чисел на каждой оси выбирают независимо друг от друга, причем такими, чтобы кривая заняла все поле чертежа. Для этого границы интервалов берут близкими к наименьшему и наибольшему среди измеренных значений. Подчеркнем, что отсчет часто начинают не с нуля. Нулевую точку помещают на график лишь в том случае, если она близка к экспериментально исследованной области или необходима экстраполяция на нулевое значение.

3. Выбор масштабов и шкалы. Масштаб должен быть простым и удобным для нанесения точек на график. За единицу масштаба принимают отрезок оси, кратный 5, 10, 50 или 100 мм, что позволяет легко отсчитывать доли отрезка. Такому отрезку соотносят «круглое» число (1, 2, 5) единиц измеряемой величины. Деления шкалы на каждой оси подбирают независимо, в соответствии с масштабом, причем надписи делений наносят вдоль всей оси. Чтобы шкала легко читалась, достаточно указать на оси 3—5 чисел.

4. Нанесение точек. Опытные данные наносят на поле графика в виде четких значков, не подписывая их численные значения: они приводятся в таблице. Разные значки (светлые и темные кружки, треугольники и др.) используют для обозначения данных, относящихся к различным условиям.

5. Проведение экспериментальной кривой. Кривую проводят тонкой плавной непрерывной линией (таковы обычно физические зависимости), чтобы точки находились равномерно по обе стороны кривой как можно ближе к ней. Если вид зависимости известен заранее, то проводят эту теоретическую кривую. В случае линейной зависимости прямую проводят через среднюю точку, координаты которой:

где N — общее число точек на графике.

6. Заголовок графика. График сопровождают названием зависимости, в котором поясняют символы переменных, указанные в конце осей. Кроме того, в подписи к графику разъясняют обозначения опытных точек и кривых, если их несколько. Заголовок принято располагать над графиком либо под ним.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: