книги / Общая физика. Электричество и магнетизм

1 - «Сеть» - кнопка включения;

2 - 0	«Фокус» - регулятор фокусировки луча;
3 - О	«Яркость» - регулятор яркости;

4 - кнопка переключения осциллографа в режим мультиметра (в

данной работе не используется);

5 - переключатель входа осциллографа «открытый - закрытый». Закрытый вход используется для исследования переменной состав

через разделительный конденсатор;

6 - переключатель «время/дел» - выбор длительности развертки;

7 - \ У - совмещенный с переключателем 5 регулятор поло­

жения луча по горизонтали;

8 - «V/ дел» - переключатель делителя напряжения канала 7 -

регулятор чувствительности осциллографа;

А

/ ^

9 - у г- совмещенный с переключателем 7 регулятор положения
	V
луча по вертикали;
1 0 -	«\isfm s»- переключатель множителя частоты генератора
развертки;
1 1 -	«ЗА П У С К »- переключатель полярности запускающего

импульса синхронизации;

1 2 - «ВНУТР/ВНЕШ» - переключатель вида синхронизации;

13 - «ТВ/НОРМ» - выключатель генератора развертки;

14 - ~ ^ ) ~ вход 7;

15 - общий вход;

16вход Х\

17- регулятор уровня сигнала синхронизации.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Наблюдение формы сигнала звукового генератора, измерение его частоты

1.Изучите назначение и расположение органов управления ос­ циллографа.

2.Подключите к входу 7 выход звукового генератора (ЗГ). Включите электропитание ЗГ (выключатель расположен на задней

стенке генератора). Установите величину сигнала 5 В, частоту

100 Гц. Отрегулируйте чувствительность осциллографа так, чтобы

сигнал не выходил за пределы экрана по вертикали.

3.Подберите частоту генератора развертки и уровень синхрони­ зации осциллографа. Добейтесь устойчивого изображения сигнала на экране.

4.Изменяя форму и частоту /. сигнала ЗГ, наблюдайте измене­

ния на экране.

5. Измеряя время одного или нескольких периодов сигнала ЗГ т,

рассчитайте частоту / 0 по формуле (1). Сравните полученный резуль­ тат с показаниями ЗГ.

6. Повторите измерения для разных частот и форм сигнала, ре­ зультаты измерений запишите в табл.1 (таблицу следует выполнять на отдельной странице).

Таблица 1

N

/ , Гц

т

т, мс/дел

I, дел

* = /т,

/ 0 = тА

мс

ш

М

о

о

я

г

о

2

-

§

и

о, к

е

я

2

ЗЯ

*=;

I

ев

о

се

л

5

о

£ н

2

о

5

2 I £ I

2

§

О.

си

£

X о О

2

§

§

О

и

5

К ВЧ л ев

2 о

ев

Я я

СО

X

О

5

0*

2

р.

и к о Ю

[-Н О

Я

х

о

П

ей

й. О. «1

ё

О

С?

Я

5 еЗ

>=г

2

н

Ьг

Й о Г

О

со Л

X

К

2

о о

2 > ^ о

К

о

3

& 1

£ &

м

ев

Ч

£2

¡4

с

5

о

я

т

X

Т

о

1-5

Задание 2. Измерение напряжения с помощью осциллографа. Оценка линейности усилителя вертикального отклонения

1. Подключите вольтметр параллельно ЗГ и осциллограф (рис. 7). Обратите внимание на соединительный провод от осцил­ лографа к звуковому генератору. Этот провод часто содержит входной делитель напряжения 1:10. В этом случае измеренное напряжение необходимо умножить на 10 (коэффициент 10 в фор­ муле (1).

Рис. 7. Схема включения осциллографа

2. Установите синусоидальную форму сигнала ЗГ. Изменяя вы­ ходное напряжение ЗГ С/в от 0 до 5 В, измерьте напряжение С/о с по­ мощью осциллографа, для чего измерьте отклонение луча Ь по оси У (двойную амплитуду) в делениях шкалы.

3. Рассчитайте напряжение на входе Уосциллографа С/0 по фор­ муле (1):

1 к Ю

( 1)

2 72 ’

где к - цена деления шкалы осциллографа, на которую установлен переключатель делителя напряжения (см. рис. 6).

4.Результаты измерений занесите в табл. 2.

5.Постройте график зависимости С/о от £/„.

						Таблица 2
N	£/в,В	I , дел	к, В/дел	£/0,В	ив2	UoUB
1
2	—	—	—	—

Дня построения графика можно воспользоваться методом наи­ меньших квадратов. Зависимость £/о от £/„ - линейная: С/о = у£/„. Ко­ эффициент у рассчитайте по формуле (2):

2 Ж	(2)
7 =
Т ,и \
Задание 3. Измерение частоты сигнала
по фигурам Лиссажу
1. На вход Yподайте напряжение 12 В с частотой/ =	50 Гц (ро­

зетка расположена на вертикальной стенке модуля МО-3). На вход

X - от ЗГ. Отключите развертку осциллографа выключателем 13.

2.Отрегулируйте чувствительность осциллографа и напряжение на выходе генератора так, чтобы луч не выходил за пределы экрана.

3.Изменяя частоту ЗГ, добейтесь устойчивой картины на экране осциллографа (рис.8).

4.Найдите 5-6 различных частот ЗГ, при которых наблюдается устойчивая картина. Занесите в табл. 3 форму и число пересечений

пхи пу фигур Лиссажу с осями Хи Y.

5. Рассчитайте по формуле (3) частоту сигнала, приняв частоту fy—50 Гц. Сравните полученный результат с показаниями шкалы

звукового генератора (ЗГ). Результаты занесите в табл. 3.

п,

/ x = / r - JL

(3 )

N

1

Рис. 8. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу

					Таблица 3
	форма фигуры	лх	пу	Л	Л
	Лиссажу

2...

Задания для отчета

1.Назначение и устройство осциллографа.

2.Измерения, которые можно проводить с помощью осциллографа.

3.Устройство и принцип действия электронно-лучевой трубки.

4.Как получить на экране осциллографа прямую вертикальную линию?

5.Как получить на экране осциллографа горизонтальную линию?

6.Как получить на экране развертку сигнала?

7.Наблюдение сложения взаимно перпендикулярных колебаний

спомощью осциллографа.

8.Измерение частоты неизвестного сигнала по фигурам Лиссажу.

9.Найдите соотношение частот колебаний на рис. 9.

10. Электрон с некоторой начальной скоростью Уо влетает в пло­ ский конденсатор параллельно пластинам на равном расстоянии от них. К пластинам конденсатора приложена разность потенциалов

11= 300 В. Расстояние между пластинами г/ = 2 см, длина конденса­ тора / = 10 см. Какой должна быть предельная начальная скорость электрона, чтобы электрон не вылетел из конденсатора?

11.Электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов Дер, влетает в плоский воздушный конденсатор параллельно пластинам, длина которых /. На конденсатор подают напряжение, которое изме­ няется линейно со временем по закону и = Ш, где а - положительная постоянная, / - время движения электрона в конденсаторе. Расстоя­ ние между пластинами конденсатора с1. Определить, с какой скоро­ стью электрон вылетит из конденсатора.

12.Узкий пучок электронов в вакууме пролетает сквозь плоский конденсатор параллельно его пластинам и попадает на флуоресци­ рующий экран, отстоящий от конденсатора на расстоянии Ь = 15 см. При подаче на конденсатор напряжения и = 50 В светящееся пятно на экране смещается на 5 = 21 мм. Расстояние между пластинами конденсатора г/ = 18 мм; длина конденсатора 1 = 6 см. Определите начальную скорость электрона.

13.Электрон влетает в плоский горизонтальный конденсатор параллельно пластинам со скоростью 9-106 м/с. Найти полное, нор­ мальное и тангенциальное ускорение электрона через 1(Г8 с после

начала его движения в конденсаторе. Разность потенциалов между пластинами равна 100 В, расстояние между пластинами 1 см.

14. Электрон влетает в плоский горизонтальный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью 1107 м/с. Напряженность поля в конденсаторе Е = 100 В/см, длина конденсатора / = 5 см. Най­ ти величину и направление скорости электрона при вылете его из конденсатора.

15. Электрон, находящийся в однородном электрическом поле, получает ускорение, равное МО4 см/с2. Найти: 1) напряженность электрического поля; 2) скорость, которую получит электрон за КГ8 с своего движения; 3) работу сил поля за это время; 4) разность потен­ циалов, пройденную при этом электроном в поле.

Лабораторная работа № 2 ИССЛЕД ОВАНИЕ Э Л ЕК ТР О С ТА ТИ Ч ЕС К О ГО ПОЛЯ

С ПОМОЩ ЬЮ ЭЛ ЕК ТРОП РОВОД Н ОЙ Б УМ А ГИ

Цель работы: изучение метода моделирования электростатиче­ ского поля с помощью электропроводной бумаги.

Приборы и принадлежности: планшет с электродами для кре­ пления электропроводной бумаги, вольтметр, источник постоянного тока на модуле МО-3, масштабная линейка.

Краткая теория

Электрические заряды создают вокруг себя поле, называемое электрическим. Напряженность электрического поля Е определяется как сила, действующая на единичный положительный заряд, поме­ щенный в данную точку поля, т.е.

( 1)

Потенциал электрического поля определяется как потенциаль­ ная энергия И'п, которой обладал бы положительный заряд, поме­ щенный в данную точку поля,

(2)

Элементарная работа, совершаемая силами электрического поля,

(¡А = РШ =дЕсЕ = дЕ,сИ,

(3)

где (И - перемещение заряда под действием силы Т*1; £ / - проекция вектора Е на направление перемещения /.

Эта работа равна убыли потенциальной энергии:

ал = —<Н¥П.

(4)

Из выражения (2) приращение потенциальной энергии

с1]¥п= qdq.

Подставив (3) и (5), в (4) получим

			Е,с11 - - 4 ф				(6)
или
			р	_	э<р		О)
			Е ' ~ ~ Щ
Поскольку	/ - лю бое		произвольно			выбранное направление,
то компоненты	вектора Е в декартовых					координатах будут сле­
дующими:
	Ех =	Эф	р	=	р	- Л	(8)
		дх ’		У	8у ’ ;	дг

Вектор Е в декартовых координатах

Ё - Е х1 +Еу] + Е 2к ,

или

Ё = - ^Э(рт	V	(9)
	Эг

Выражение, стоящее в скобках в формуле (9), носит название градиента скалярной величины ф и записывается сокращенно в виде

Ё = -^ ас!ф .

(10)

Поскольку градиент любой скалярной величины есть вектор, направленный в сторону наиболее быстрого возрастания этой вели­ чины, то из соотношения (10) видно, что вектор Е направлен в сто­ рону наиболее быстрого убывания потенциала.

Если это направление обозначить г, то

(И)