ОТЧЕТ. Лабораторная работа №15

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра общей и технической физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа №15

“Изучение сложения электрических колебаний с помощью осциллографа”

По дисциплине Физика

(наименование учебной дисциплины, согласно учебному плану)

Выполнил: студент ГМ-16 Головков В. С.

(шифр группы) (подпись) ( Ф. И. О. )

Проверил

руководитель работы: ассистент Кожокарь М. Ю.

(должность) (подпись) ( Ф. И. О. )

Санкт-Петербург

Цель работы – исследование различных электрических процессов при помощи осциллографа.

Краткое теоретическое содержание:

Электронный осциллограф – прибор, позволяющий наблюдать (а в некоторых случаях фотографировать) ход временных электрических процессов с помощью электронно-лучевой трубки, в которой очень узкий пучок электронов используется как карандаш, рисующий изображение. Это, по существу, единственный прибор, с помощью которого можно зафиксировать быстропротекающие электрические процессы.

Осциллограф может служить для исследования большинства физических процессов. С его помощью можно сравнивать и измерять амплитуды, частоты, фазы колебаний, измерять очень малые промежутки времени.

Электронный осциллограф широко применяют в экспериментальной физике, химии, биологии, медицине, геологии, радиотехнике.

Пролетев ускоряющее поле (U_o»10⁴ В), электроны приобретают кинетическую энергию

eUo = mv2/2

и летят со скоростью

где е – заряд электрона, m – его масса.

Рис. 2

При отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах электроны движутся прямолинейно с постоянной скоростью и бомбардируют экран. На экране появляется светящееся пятно в точке О (рис. 2) Расстояние L = l1 + l2 между отклоняющими пластинами и экраном составляет 20-30 см. Время, необходимое электрону для преодоления этого расстояния, составляет t = L/v₀ = 3. 10^-8 c. Следовательно, электронно-лучевая трубка является практически безынерционным прибором, т. е. изображение возникает одновременно с подачей импульса (сигнала) на осциллограф.

Когда на вертикальные отклоняющие пластины подано напряжение Uy, то в пространстве между пластинами на электрон действует сила F=eUy/d, которая сообщает ему ускорение, а=eUy/md, где d – расстояние между пластинами.

Параллельно пластинам электрон будет двигаться равномерно со скоростью v₀ в течении времени t₁ = l₁/v₀, где l₁ – длина пластин.

За это же время электрон в направлении, перпендикулярном к пластинам, приобретает скорость

и сместится на расстояние

При выходе из пространства между пластинами электрон будет двигаться в направлении вектора результирующей скорости v и достигнет экрана трубки через промежуток времени t₂ = l₂/v_y. За время t₂ электрон сместится вдоль оси y еще на расстояние y₂= v_y t₂. Таким образом, за все время движения t = t₂+ t₁ электрон сместится от центра экрана О на расстояние

Следовательно, смещение электрона пропорционально приложенному напряжению, так как все остальные величины, входящие в формулу, постоянны.

Обозначим ,

тогда y = PU_y.

Результатом вертикального смещения электрона является равное ему смещение светящейся точки на экране; это смещение пропорционально приложенному напряжению.

Величина

P = Y/U_Y

называется чувствительностью трубки в направлении оси y.

Величина, обратная чувствительности, K = U_y/y называется ценой деления оси y.

Если к пластинам приложить периодически меняющееся напряжение, то электронный луч прочертит прямую линию, длина которой будет пропорциональна амплитудному значению приложенного к пластинам напряжения.

Чтобы на экране трубки вызвать смещение светящейся точки на x в направлении горизонтальной оси, необходимо приложить напряжение U_Xк горизонтально отклоняющим пластинам. Цена деления оси х соответственно

KX = Ux / x

Если одновременно подать напряжение U_x и U_y на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины, то светящаяся точка сместится соответственно на x и y делений вдоль соответствующих осей и займет положение на экране трубки, характеризуемое координатами y и x. Если одно из этих напряжений, например, U_x пропорционально произвольно изменяемой величине t, а второе (U_y) пропорционально величине Z = F(t), то на экране след электронного луча будет описывать функцию F(t) в прямоугольной системе координат.

Для изучения изменения сигналов с течением времени служит генератор развертки. Он вырабатывает напряжение, линейно меняющееся с течением времени, - пилообразное напряжение (рис. 3). В конце каждого периода напряжение падает до нуля и электронный пучок быстро возвращается в исходное состояние, практически не оставляя следа на экране.

Схема установки:

Упрощенная блок схема осциллографа. (рис. 1) включает блок питания БП, электронно-лучевую трубку ЭЛТ, генератор пилообразного напряжения ГР (генератор развертки), усилители Уx и Уy и синхронизирующее устройство СУ. Яркость электронного луча и его фокусировка регулируются делителем напряжения R₁ – R₂, к которому подводится высокое напряжение от блока питания. Потенциометры R₄ и R₅ позволяют перемещать электронный луч в вертикальном и горизонтальном направлении.

Основная расчетная формула:

Амплитуда результирующего колебания:

,

где -частота биения, -время, -эксперт. значение амплитуды.

Формула погрешности:

,

где -класс точности прибора.

Таблица результатов измерений и вычислений:

Таблица 1: Фигуры Лессажу.

№

f_x

f_y

n_x

n_y

f_x/f_y

n_x/n_y

размерность.

Гц

Гц

Ед.

Ед.

Ед.

Ед.

0, 5

0, 5

0, 25

0, 25

0, 67

0, 75

0, 4

0, 4

Таблица 2: Определение амплитуды биения.

t

∆ wt/2

Cos(∆ wt/2), рад.

A_б

A_э

T

0, 42

0, 913

65, 74

2T

0, 85

0, 659

36, 91

3T

1, 28

0, 287

9, 76

4T

1, 71

-0, 139

-2, 50

Пример вычисления:

Пример вычисления погрешности:

0, 5

График зависимости:

Вывод:

В результате проделанной лабораторной работы, изучила устройство и работу электронного осциллографа. Амплитуда результирующего колебания

12 Следующая ⇒