Описание установки

С

а) б)

Рисунок 4 Электрическая схема:

1 – генератор сигналов специальной формы; 2 – мультиметр (режим V 20 В, входы COM, VW); 3 – миниблок «Сопротивление» сопротивлением R=470 Ом; 4 – миниблок «Катушка» с индуктивностью ; 5 – миниблок «Конденсатор» емкостью C или

хемы электрических цепей для исследования резонансов приведены на рисунке 4,

онтажная схема на рисунке 5.

Падение напряжения U_R на сопротивлении R измеряют мультиметром 2. В качестве источника внешнего переменного напряжения используют генератор напряжений специальной формы 1.

Рисунок 5.

Монтажная схема (рисунок 4, схема а);

2, 3, 4, 5 – см. рисунке 4 Электрическая цепь (см. рисунок 4а) с последовательно соединенными элементами L и C предназначена для изучения резонанса напряжений, а цепь с параллельным соединением L и C (см. рисунок 4б) – для резонанса токов.

Порядок выполнения работы

Выполнение измерений

1. Соберите по монтажной схеме, приведенной на рис. 5 электрическую цепь (см. рисунок 4а), состоящую из последовательно соединенных конденсатора известной емкости C (ее значение внесите в таблицу) и неизвестной индуктивности .

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка» (поз. 19, см. рисунок 1 на стр. 6). Кнопками установки частоты «0.2 – 20 кГц» (поз. 11, см. рисунок 1 на стр. 6) установите частоту =0.20 кГц. Соедините незадействованный в схеме мультиметр (режим V 20 В, входы COM, VW) с гнездами «ВЫХ.ГЕН.» (поз.9, см. рис. 1 на стр. 6) и кнопками установки уровня выхода «0 – 15 В» (поз. 10, см. рисунок 1 на стр. 6) установите напряжение на выходе генератора 1-2 В.

3. Увеличивая частоту выходного сигнала генератора, найти максимальное напряжение на активном сопротивлении и соответствующую ему частоту . Продолжая увеличивать частоту n, установите напряжение, примерно в 3-4 раза меньше максимального. Отметьте соответствующую частоту

4. Разделите частотный интервал ( ) на 15 значении и для каждой частоты измерьте соответствующее напряжение . Вдали от резонанса измерения можно производить с большим интервалом по частоте. Вблизи резонанса в области крутого подъема и спада кривой интервал следует уменьшить. Результаты измерений запишите в таблицу.

Таблица

	Последовательное соединение и C R=470 Ом, =…мГн				Параллельное соединение L и C
	С = … мкФ, = ? кГц		Сx= ? = ? кГц		С= мкФ, = мГн
№	n, Гц	UR, В	n, Гц	UR, В	n, Гц	UR, В
1
…
15

5. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Замените конденсатор С в колебательном контуре на С_x и повторите измерения по пп. 2, 3, 4 для получения еще одной резонансной кривой.

6. Подключите мультиметр параллельно участку цепи . Изменяя частоту генератора в том же интервале, пронаблюдайте, что вблизи , для которой максимально, значения напряжения U_LC минимально.

7. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

8. Соберите электрическую цепь (см. рисунок 4б), состоящую из последовательно соединенных конденсатора C (ее значение внесите в таблицу) и неизвестной индуктивности . Выполните п. 2 и проведите измерение в том же частотном диапазоне, что и при последовательном соединении. Результаты измерений запишите в таблицу.

9. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

Обработка результатов измерений

1. По данным таблицы постройте на одном графике 3 резонансных кривых . Отметьте значения резонансных частот контура по положению максимума и минимума кривых .

2. По величине резонансной частоты для контура с известной емкостью C найдите по формуле (4) индуктивность катушки :

.

По второй частоте , формула (5) расчитайте емкость C_x :

.

Результаты вычислений запишите в таблицу.

3. В выводе по работе проведите анализ полученных данных:

а) опишите изменения зависимости при изменении емкости колебательного контура;

б) сравните частоты, соответствующие максимуму резонансной кривой при последовательном соединении конденсатора и индуктивности и минимуму кривой при параллельном подключении конденсатора и индуктивности.

Контрольные вопросы

1. Запишите закон изменения тока в цепи при вынужденных колебаниях.

2. Чем определяются частота и амплитуда вынужденных колебаний?

3. Какая ЭДС вызывает вынужденные колебания?

4. Какие ЭДС действуют в колебательном контуре при вынужденных колебаниях?

5. При каком условии наблюдается резонанс в колебательном контуре?

6. Какова величина полного сопротивления контура и тока в нем в случае резонанса напряжений (последовательного резонанса)?

7. Что характерно для величин тока I и напряжений U_LC, U_R при резонансе напряжений в колебательном контуре?

8. Чем объясняется, что

а) при резонансе напряжений ток в контуре максимальный;

б) при резонансе токов в подводящих к колебательному контуру проводах течет небольшой ток?

9. От каких величин зависит высота резонансного пика ?

10. Какую форму имеют резонансные кривые и :

а) при резонансе напряжений; б) при резонансе токов?

11. К какому участку колебательного контура нужно подключить мультиметр для получения резонансной кривой с максимумом (или с минимумом) в случаях:

а) последовательного соединения элементов L и С;

б) параллельного соединения L и C?

12. Каким образом в данном колебательном контуре можно изменять:

а) частоту вынужденных колебаний; б) резонансную частоту контура?

13. Какие параметры колебаний в контуре изменятся, если изменить частоту колебаний генератора?

14. Каким путем в работе добиваются получения резонансов? Что служит признаком достижения резонанса?

15. С какой целью в работе строят график ? Как определяют по ним резонансную частоту контура?

16. Какие опытные данные используют для определения величин:

а) индуктивности контура L; б) емкости контура C_x?